Hongos patógenos atacan a las diatomeas en el océano y desencadenan la formación de nuevas sustancias beneficiosas en las algas
Las microalgas pueden formar enormes conjuntos en los océanos, atrayendo a muchos organismos oportunistas; estos son capaces de eliminar toda la población de algas en poco tiempo. Sin embargo, los mecanismos subyacentes de esta acuosa carrera armamentista son en gran medida desconocidos.
En una nueva publicación en Nature Communications, investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química y las universidades de Jena y Frankfurt muestran que un hongo patógeno altera el metabolismo de sus algas unicelulares anfitrionas para sus propios fines: Las sustancias bioactivas que se forman en el proceso benefician la propia propagación del hongo y evitan la proliferación de algas. Finalmente, las algas se contraen y mueren.
Se sabe que los huevos de los hongos, los oomicetos, causan muchas enfermedades peligrosas en plantas y animales. También infestan peces y algas, pero la relación entre estos microorganismos y las algas todavía se conoce poco. Hasta ahora, no ha quedado claro por qué algunas especies se reproducen masivamente en los océanos y luego desaparecen nuevamente.
Una hipótesis es que los microorganismos producen sustancias de señalización química que regulan las interacciones, como la defensa, el apareamiento y la comunicación, entre los organismos vivos. Para identificar tales sustancias, el equipo de científicos estableció un sistema de laboratorio en el que los huevos del hongo Lagenisma coscinodisci infectan una diatomea marina en condiciones controladas.
Los investigadores descubrieron que durante el proceso de infección, se formaron dos nuevas sustancias: ambas fueron las llamadas carbolinas de la clase de alcaloides que también incluye a la nicotina y cafeína. Grandes cantidades de estos compuestos se acumulan después de la infección por oomicetos.
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"La identidad de las sustancias nos sorprendió, ya que se ha descrito por primera vez en diatomeas y su inducción durante la infección se conservó en toda la población de células", explica Marine Vallet, una de los dos autores principales del nuevo estudio. Curiosamente, aunque estas dos sustancias beneficiaron al oomiceto, fueron perjudiciales para las algas y finalmente las mataron.
No es fácil investigar tal sistema, porque estas plagas de hongos matan a su anfitrión en unas pocas horas. "Se sabe que los oomicetos toman varias formas: a menudo se encuentran en su anfitrión solo como pequeñas esporas. A veces no causan ningún daño y están "dormidos" en su anfitrión, en otras ocasiones pueden causar la muerte masiva de las células. Estos procesos resultan en una fluctuación altamente dinámica de especies dominantes en los océanos", dice Tim Baumeister, otro autor principal, al describir los desafíos iniciales que enfrentaron los investigadores.
Utilizando métodos de espectrometría de masas de alta resolución para separar e identificar pequeñas sustancias en mezclas complejas, combinadas con técnicas microscópicas, los científicos pudieron identificar los compuestos activos producidos por una sola célula de algas.
"Hay que tener en cuenta que una sola célula es 30 veces más pequeña que una cabeza de alfiler y que las concentraciones de todas las sustancias son muy bajas; mostrar la química en una sola célula es un logro técnico importante", explica Georg Pohnert, jefe del grupo Max Planck Fellow Interactions en Comunidades de Plancton y presidente de análisis instrumental en la Universidad Friedrich Schiller de Jena.
No todas las diatomeas son igualmente vulnerables a los ataques, entonces, ¿cómo se defienden ciertas diatomeas? Estas y muchas otras preguntas sin resolver quedan por abordar en los estudios de seguimiento. El equipo está especialmente interesado en identificar sustancias de señalización involucradas en interacciones de diatomeas con su entorno. "Nuestro océano es un tesoro para proteger, todavía hay muchos fantásticos descubrimientos que nos esperan allí", concluye Marine Vallet.
Imagen de cabecera: Diatomea sana (izquierda) e infectada (derecha) Coscinodiscus granii: en la célula de la derecha, el oomiceto parásito Lagenisma coscinodisci ha absorbido todos los nutrientes y modulado el metaboloma de las algas para generar su propia forma reproductiva, el esporangio.
Artículo científico: The oomycete Lagenisma coscinodisci hijacks host alkaloid synthesis during infection of a marine diatom
