Algunos de nuestros sistemas de defensa provienen de las arqueas de Asgard
Cuando nos infectamos con un virus, algunas de las primeras armas que el cuerpo utiliza para combatirlo son las que nos transmitieron nuestros ancestros microbianos hace miles de millones de años.
Según una nueva investigación de la Universidad de Texas en Austin, dos elementos clave de nuestro sistema inmunológico innato provienen de un grupo de microbios llamados arqueas de Asgard (Asgardarchaeotas).
En concreto, las viperinas y las argonautas, dos proteínas que se sabe que desempeñan importantes papeles en el sistema inmunológico de toda la vida compleja (desde los insectos hasta las plantas y los humanos), proceden de las arqueas de Asgard. Versiones de estas proteínas de defensa también están presentes en bacterias, pero según un nuevo estudio las versiones en formas de vida complejas están más estrechamente relacionadas con las de las arqueas de Asgard.
Esta investigación refuerza la idea de que toda la vida compleja, llamada eucariotas, surgió de una relación simbiótica entre bacterias y arqueas Asgard.
Imagen: Modelo que ilustra las contribuciones de las arqueas a los orígenes de los mecanismos de defensa eucariotas.
"Esto respalda aún más el hecho de que las Asgard son nuestros ancestros microbianos", dijo Brett Baker, profesor asociado de biología integrativa y ciencias marinas y autor principal. "Dice que no sólo los eucariotas obtuvieron todas estas ricas proteínas estructurales que hemos visto antes en las Asgards, ahora dice que incluso algunos de los sistemas de defensa en los eucariotas provienen de las Asgards".
Los investigadores identificaron por primera vez un gran arsenal de sistemas de defensa en arqueas que hasta ahora sólo se conocían en bacterias.
Cuando las viperinas detectan ADN extraño, que podría indicar un virus peligroso, editan el ADN para que la célula ya no pueda hacer copias del ADN, lo que impide que el virus se propague. Cuando las argonautas detectan ADN extraño, lo fragmentan, deteniendo también el virus. Además, en organismos más complejos, las argonautas pueden impedir que el virus produzca proteínas en un proceso llamado silenciamiento del ARN.
"Las infecciones virales son una de las presiones evolutivas que hemos tenido desde que comenzó la vida, y es fundamental tener siempre algún tipo de defensa", dijo Pedro Leão, ahora profesor asistente en la Universidad Radboud en los Países Bajos y reciente investigador postdoctoral en el laboratorio de Baker. "Cuando las bacterias y las arqueas descubrieron herramientas que funcionaban, las transmitieron de generación en generación y todavía forman parte de nuestra primera línea de defensa".
Imagen derecha: Árbol genealógico de proteínas inmunes llamadas viperinas de diferentes organismos. Las versiones de viperina que se encuentran en formas de vida complejas, llamadas eucariotas (verde), encajan dentro del grupo de viperinas de las arqueas de Asgard (violeta). Crédito: Universidad de Texas en Austin
La forma de una proteína es lo que determina su funcionamiento. Los investigadores compararon las proteínas implicadas en la inmunidad a lo largo del árbol de la vida y encontraron muchas que estaban estrechamente relacionadas. Luego utilizaron una herramienta de inteligencia artificial llamada ColabFold para predecir si las que tenían secuencias de aminoácidos similares también tenían formas tridimensionales similares (también conocidas como estructuras).
Esto demostró que las variaciones de la proteína viperina probablemente mantenían la misma estructura y función a lo largo del árbol de la vida. Luego crearon una especie de árbol genealógico, o filogenia, de estas secuencias y estructuras de aminoácidos hermanas que mostraban relaciones evolutivas.
Finalmente, los investigadores tomaron viperinas de genomas de arqueas Asgard, las clonaron en bacterias (para que las bacterias expresaran las proteínas), las desafiaron con virus y demostraron que las viperinas Asgard de hecho brindan cierta protección a las bacterias modificadas. Sobrevivieron mejor que las bacterias sin las proteínas inmunes.
"Esta investigación destaca el papel integral que deben haber desempeñado las defensas celulares desde el comienzo de la vida tanto procariota como eucariota", dijo Emily Aguilar-Pine, ex investigadora universitaria que contribuyó al proyecto. "También inspira preguntas sobre cómo nuestra moderna comprensión de la inmunidad eucariota puede beneficiarse al desentrañar algunos de sus orígenes más antiguos".
"Es innegable que las arqueas de Asgard contribuyeron mucho a la complejidad que vemos en los eucariotas actuales", dijo Leão. "Entonces, ¿Por qué no habrían de estar involucradas también en el origen del sistema inmunológico? Ahora tenemos pruebas sólidas de que esto es cierto".
El estudio se ha publicado en la revista Nature Communications: Asgard archaea defense systems and their roles in the origin of eukaryotic immunity
