Descubren cómo prosperan los organismos a temperaturas superiores a 80 grados Celsius
"Adaptarse o perecer, ahora como siempre, es el imperativo inexorable de la naturaleza", escribió H. G. Wells. Este principio —que la supervivencia requiere cambio— fue dominado hace miles de millones de años por organismos unicelulares que vivían en condiciones de calor extremo.
En las últimas décadas, los estudios de los mecanismos adaptativos de estos organismos han producido tecnologías revolucionarias, desde la replicación rápida de ADN (PCR) y la producción de proteínas resistentes al calor hasta la generación de combustibles y productos químicos.
Los más notables de estos organismos son los hipertermófilos, que habitan en cráteres volcánicos, respiraderos hidrotermales y fuentes termales, entornos donde las temperaturas superan los 80 °C.
Un nuevo método desarrollado por investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann revela cómo los hipertermófilos modifican las moléculas de ARN en el núcleo de su ribosoma (la fábrica de producción de proteínas de la célula) para sobrevivir en ambientes extremadamente cálidos.
Los hallazgos del laboratorio del profesor Schraga Schwartz desafían la suposición de que los procesos vitales fundamentales son uniformes en todas las especies y a lo largo de la vida. Estos hallazgos podrían conducir a mejores tecnologías médicas e industriales basadas en ARN y aclarar un antiguo misterio en el desarrollo de fármacos.
Cómo difieren las modificaciones del ARN ribosómico
El ribosoma es una de las estructuras biológicas más antiguas y básicas, compartida por los tres dominios de la vida: arqueas, bacterias y eucariotas. A finales de la década de 1950, los investigadores descubrieron que las moléculas de ARN ribosómico sufren una "edición química" (modificación) tras su producción en la célula. Sin embargo, debido a la dificultad de medir estos cambios, no estaba claro cuánto variaban entre especies o en respuesta a las condiciones ambientales.
"Hasta hace poco, se asumía ampliamente, principalmente basándose en investigaciones en levaduras y humanos, que la modificación del ARN en el ribosoma era uniforme entre todos los miembros de una especie determinada y no cambiaba con el medio ambiente", explica Schwartz, del Departamento de Genética Molecular de Weizmann.
"Sin embargo, en los últimos años han surgido evidencias en algunas especies que sugieren que la modificación a veces puede ser dinámica, permitiendo que la estructura ribosómica se adapte al medio ambiente. Aun así, fue difícil confirmar esto a gran escala debido a la gran cantidad de tipos de modificaciones, el desafío de identificarlos y las limitaciones de los métodos existentes, que normalmente permitían a los investigadores examinar solo un tipo de modificación por muestra y solo una muestra a la vez".
Imagen: Estructura ribosómica del arqueón P. furiosus. Las áreas marcadas en tonos naranja y amarillo muestran los sitios de metilación del ARN ribosómico. El número de sitios de metilación aumenta gradualmente con el aumento de la temperatura ambiente, un mecanismo que permite que el ribosoma mantenga su estabilidad en condiciones de calor extremo. Crédito: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.09.014
Nuevos métodos revelan una adaptación dinámica
El nuevo sistema, desarrollado en el laboratorio de Schwartz bajo la dirección del Dr. Miguel A. García-Campos, permite a los científicos examinar 16 tipos de modificaciones en docenas de muestras de ARN, lo que supone un gran avance en la investigación de la edición de ARN. Utilizando este sistema, los investigadores mapearon patrones de modificación en 10 organismos unicelulares y los compararon con cuatro especies previamente estudiadas.
Priorizaron deliberadamente a los extremófilos (organismos que prosperan en diversos entornos hostiles), incluidos tres hipertermófilos, planteando la hipótesis de que era más probable que los mecanismos de adaptación ambiental ribosómica hubieran surgido en estos organismos.
"Mientras que la mayoría de las bacterias y arqueas se las arreglan con solo unas pocas docenas de modificaciones del ARN ribosómico, encontramos cientos en especies hipertermófilas", señala Schwartz. "De hecho, observamos que cuanto más cálido es el entorno natural de un organismo, más modificaciones sufre su ribosoma".
Tras observar las diferencias entre especies de distintos entornos, los investigadores se preguntaron si una especie podía reeditar su ARN ribosómico —alterando así la estructura de su ribosoma— en respuesta a cambios ambientales a lo largo de su vida. Para comprobarlo, cultivaron cada especie en tres a cinco condiciones diferentes.
En los mesófilos, microorganismos que prosperan a temperaturas moderadas, la mayoría de las modificaciones fueron permanentes y no variaron con el entorno. En cambio, casi la mitad de las modificaciones en los hipertermófilos fueron dinámicas, ocurriendo en más sitios de las moléculas de ARN a medida que aumentaba la temperatura. Los investigadores concluyeron que los cambios en la estructura ribosómica no sólo son posibles sino que constituyen un importante mecanismo adaptativo.
Imagen derecha: El perfil de pan-modificación facilita una disección transevolutiva del epitranscriptoma ribosómico termorregulado. Crédito: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.09.014
Hallazgos clave sobre metilación y acetilación
En concreto, se observó que tres tipos de modificaciones se volvían cada vez más frecuentes a medida que aumentaba la temperatura. "Un hallazgo particularmente sorprendente fue que una de estas modificaciones —la adición de un grupo metilo, o metilación— casi siempre aparecía en especies hipertermófilas junto con otra modificación: la adición de un grupo acetilo, o acetilación", afirma Schwartz.
"Esto sugirió que ambas trabajan en conjunto. Colaboramos con el grupo del profesor Sebastian Glatt en la Universidad Jagellónica de Cracovia para evaluar la estabilidad de las moléculas de ARN sin ninguna adición, con una u otra, y con ambas. Tanto la metilación como la acetilación tuvieron un efecto estabilizador sobre el ARN, pero al combinarse, el efecto fue mayor que la suma de sus partes".
Perspectivas estructurales de la criomicroscopía electrónica
Lo que no estaba claro era cómo esta edición química modifica la estructura del ribosoma. Para averiguarlo, los investigadores colaboraron con el equipo del profesor Moran Shalev-Benami, del Departamento de Biología Química y Estructural de Weizmann, que utilizó criomicroscopía electrónica para mapear el ribosoma de una arqueona hipertermófila. Mapearon la estructura en dos estados: cuando la enzima responsable de la metilación a altas temperaturas estaba activa y cuando estaba silenciada.
Se observó que los grupos metilo añadidos a altas temperaturas se distribuían por todo el ribosoma, formando enlaces débiles con las moléculas circundantes que, en conjunto, fortalecían la estructura general. Asimismo, las regiones donde se produjo la edición presentaban menos huecos, lo que efectivamente "tapaba los agujeros" en el ribosoma.
Estos hallazgos revelan un sofisticado mecanismo en el que sutiles cambios químicos en las moléculas de ARN pueden mejorar notablemente la estabilidad del ribosoma, permitiéndole funcionar en entornos cambiantes. También podrían ayudar a explicar el antiguo fenómeno del "metilo mágico": un aumento inexplicable de más de cien veces en la potencia de algunos fármacos después de la adición de un grupo metilo.
"Ahora parece probable que al menos algunas modificaciones a lo largo de una molécula de ARN, como la metilación y la acetilación, no actúen de forma independiente y deban descifrarse como un código combinatorio", afirma Schwartz. "Nuestro estudio del ARN ribosómico ayuda a aclarar la interacción entre diferentes modificaciones, y el método que desarrollamos podría acelerar y ampliar el estudio de muchos tipos de modificaciones y nuevas especies".
"Actualmente existen muchas tecnologías en el mercado o en desarrollo basadas en ARN, desde vacunas contra pandemias y diagnósticos y terapias contra el cáncer hasta herramientas de edición genética utilizadas en biotecnología y medicina", añade. "El proceso natural de edición del ARN ha experimentado miles de millones de años de refinamiento, y descubrir sus secretos podría allanar el camino para tecnologías basadas en ARN más confiables y eficientes".
Los hallazgos han sido publicados recientemente en la revista Cell: Pan-modification profiling facilitates a cross-evolutionary dissection of the thermoregulated ribosomal epitranscriptome
