Redibujando el árbol de la vida, con eucariotas que descienden de las arqueas de Asgard
Hace diez años, nadie sabía siquiera de la existencia de las arqueas de Asgard. Sin embargo, en 2015, investigadores que examinaban sedimentos de aguas profundas descubrieron fragmentos genéticos que indicaban una nueva forma de microbios hasta entonces desconocida.
Con ayuda informática, los investigadores ensamblaron estos fragmentos como piezas de un rompecabezas para compilar el genoma completo. Fue entonces cuando se dieron cuenta de que se trataba de un grupo de arqueas previamente desconocido.
Al igual que las bacterias, las arqueas son organismos unicelulares. Sin embargo, genéticamente existen diferencias significativas entre ambos dominios, especialmente en cuanto a sus membranas celulares y procesos metabólicos.
Después de una búsqueda más profunda, los microbiólogos identificaron los organismos correspondientes, los describieron y los clasificaron como un subgrupo archaeal separado: Arqueas Asgard. Su nombre, tomado del reino celestial de la mitología nórdica, hace referencia a su descubrimiento inicial cerca del Castillo de Loki, una fumarola negra en la cordillera mesoatlántica entre Noruega y Svalbard.
De hecho, las arqueas de Asgard parecían un regalo del cielo para la investigación: resultaron ser el eslabón perdido entre las arqueas y los eucariotas, es decir, entre las arqueas y los organismos cuyas células contienen núcleo, como las plantas y los animales.
Un árbol de la vida con una rama menos
En los últimos años, los investigadores han encontrado indicios crecientes de estrechos vínculos entre las arqueas de Asgard y los eucariotas, y de que estos últimos pueden haber evolucionado a partir de las primeras. La división de todos los organismos vivos en tres dominios: bacterias, arqueas y eucariotas no resistió este sorprendente descubrimiento.
Desde entonces, algunos investigadores han propuesto considerar a los eucariotas como un grupo dentro de las arqueas de Asgard. Esto reduciría el número de dominios de la vida de tres a dos: arqueas, que incluyen eucariotas, y bacterias.
Imagen: Redibujando el árbol de la vida, con eucariotas que descienden de las arqueas de Asgard. Crédito: Florian Wollweber / ETH Zurich
En la ETH de Zúrich, el profesor Martin Pilhofer y su equipo están fascinados por las arqueas de Asgard y llevan varios años examinando estos misteriosos microbios.
En un artículo publicado en Nature hace dos años, los investigadores de ETH exploraron detalles de la estructura y arquitectura celular de Lokiarchaeum ossiferum. Originario de los sedimentos de un canal de agua salobre en Eslovenia, esta arquea de Asgard fue aislada por investigadores del laboratorio de Christa Schleper en la Universidad de Viena.
En ese estudio, Pilhofer y sus investigadores postdoctorales Jingwei Xu y Florian Wollweber demostraron que Lokiarchaeum ossiferum posee ciertas estructuras también típicas de los eucariotas. "Encontramos una proteína actina en esa especie que parece muy similar a la proteína presente en los eucariotas y que se encuentra en casi todas las arqueas de Asgard descubiertas hasta la fecha", afirma Pilhofer.
En el primer estudio, los investigadores combinaron diferentes técnicas de microscopía para demostrar que esta proteína, llamada Lokiactina, forma estructuras filamentosas, especialmente en las numerosas protuberancias similares a tentáculos de los microbios. "Parecen formar el esqueleto de la compleja arquitectura celular de las arqueas de Asgard", añade Florian Wollweber.
Además de los filamentos de actina, los eucariotas también poseen microtúbulos. Estas estructuras tubulares son el segundo componente clave del citoesqueleto y están compuestas por numerosas proteínas tubulinas. Estos pequeños tubos son importantes para los procesos de transporte dentro de una célula y la segregación de cromosomas durante la división celular.
El origen de estos microtúbulos no se había esclarecido hasta ahora. En un artículo publicado recientemente en la revista Cell, investigadores de la ETH descubrieron estructuras relacionadas en las arqueas de Asgard y describen su estructura. Estos experimentos muestran que las tubulinas Asgard forman microtúbulos muy similares, aunque más pequeños que los de sus parientes eucariotas.
Sin embargo, solo unas pocas células de Lokiarchaeum forman estos microtúbulos. Y, a diferencia de la actina, estas proteínas tubulinas solo aparecen en muy pocas especies de arqueas de Asgard.
Los científicos aún no comprenden por qué las tubulinas aparecen tan raramente en Lokiarchaea, o por qué las células las necesitan. En eucariotas, los microtúbulos son responsables de los procesos de transporte dentro de la célula. En algunos casos, las proteínas motoras recorren estos tubos. Los investigadores de la ETH aún no han observado estas proteínas motoras en las arqueas de Asgard.
"Sin embargo, hemos demostrado que los tubos formados a partir de estas tubulinas crecen en un extremo. Por lo tanto, sospechamos que realizan funciones de transporte similares a las de los microtúbulos en eucariotas", afirma Jingwei Xu, coautor principal del estudio de Cell. Xu produjo las tubulinas en un cultivo celular con células de insecto y examinó su estructura.
Investigadores de microbiología, bioquímica, biología celular y biología estructural colaboraron estrechamente en el estudio. "Nunca habríamos llegado tan lejos sin este enfoque interdisciplinario", subraya Pilhofer con orgullo.
Imagen: La estructura de un microtúbulo de Asgard, que consta de solo cinco filamentos (en comparación con los 13 de los eucariotas). Crédito: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.02.027
¿Fue el citoesqueleto esencial para el desarrollo de la vida compleja? Aunque aún quedan algunas preguntas sin respuesta, los investigadores confían en que el citoesqueleto fue un paso importante en la evolución de los eucariotas.
Este paso podría haber ocurrido hace eones, cuando una arquea asgardiana entrelazó una bacteria con sus apéndices. En el curso de la evolución, esta bacteria se convirtió en una mitocondria, la cual sirve como fuente de energía de las células modernas. Con el tiempo, evolucionaron el núcleo y otros compartimentos y nació la célula eucariota.
"Este extraordinario citoesqueleto probablemente fue el origen de este desarrollo. Podría haber permitido a las arqueas de Asgard formar apéndices, lo que les permitió interactuar con una bacteria y luego capturarla y engullirla", afirma Pilhofer.
Imagen derecha: Crédito: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.02.027. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00254-5
En busca de arqueas de Asgard
Pilhofer y sus colegas planean ahora centrarse en la función de los filamentos de actina y la tubulina arqueal, junto con los microtúbulos resultantes.
También buscan identificar las proteínas que los investigadores han descubierto en la superficie de estos microbios. Pilhofer espera que su equipo pueda desarrollar anticuerpos diseñados con precisión para estas proteínas. Esto permitiría a los investigadores "pescar" específicamente arqueas de Asgard en cultivos mixtos de microbios.
"Aún tenemos muchas preguntas sin respuesta sobre las arqueas de Asgard, especialmente en cuanto a su relación con los eucariotas y su inusual biología celular", afirma Pilhofer. "Descubrir los secretos de estos microbios es fascinante".
La investigación se ha publicado en la revista Cell: Microtubules in Asgard archaea
