Hace unos años se describió que las poblaciones de fitoplancton del Atlántico Norte estaban muriendo en grandes cantidades. Hubo muchas hipótesis que intentaron explicar dicho evento, contaminación, cambio climático, prácticas pesqueras. Pero poco a poco se fue encontrando evidencias de que la responsabilidad recaía en los virus, aunque no se entendía muy bien como podían provocar tal mortandad de manera tan rápida. Ahora, según informa Science Daily, una colaboración entre grupos de la Universidad de Rutgers y la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) parecen haber encontrado la respuesta al misterio.
El responsable parece ser un glicoesfingolípido sintetizado por un Coccolithovirus que ataca al alga eucariota Emiliania huxley, más conocida como EHUX. Este alga es uno de los principales componentes del fitoplancton y se encuentra en todos los océanos del mundo. Se ha estudiado en profundidad debido a que es una de los protagonistas del ciclo global del carbono. Es responsable de la producción de un tercio del carbonato cálcico marino. A veces ocurren explosiones poblacionales tan grandes que pueden ser observadas mediante satélites artificiales como enormes manchas blanquecinas.
Imagen mostrando la importancia ecológica de Emiliana huxleyi. En una explosión poblacional se pueden alcanzar extensiones mayores a 100.000 kilómetros cuadrados, una superficie mayor que el tamaño de Inglaterra. Al morir el alga, su concha calcarea se deposita en el fondo marino formándose nuevos sedimentos. (Fuente: Microbe Wiki)
Pues bien, al cabo de unos pocos días de observarse esas explosiones poblacionales, las algas comienzan a morir. Y es precisamente debido a que el virus causa la muerte del alga por una molécula lipídica desconocida. Según el científico del WHOI Benjamin Van Mooy, no están muy seguros de porqué sucede, pero el lípido es la clave. El artículo fue publicado el pasado mes de noviembre en la revista Science.
En el recuadro inferior se ve una microfotografia de barrido del alga Emiliana huxleyi con un virus adherido a su concha calcárea (flecha). Este alga prolifera hasta formar extensas manchas en el mar que pueden ser vistas mediante satélite. (Fuente: Nature)
Esta observación tiene mucha importancia en la modelización del ciclo del carbono. E. huxleyi es uno de los principales organismos fotosintetizadores de la biosfera. Fijan el CO2 de la atmósfera en sus biomoléculas, pero además, también lo utilizan para producir su concha de carbonato cálcico. Si un virus mata a estas algas, no se produce tanta fotosíntesis y por lo tanto no se fija tanto CO2 atmosférico.
Microfotografia de transmisión del alga Emiliana huxleyi conteniendo virus (puntos negros) en su interior (Fuente: Science Daily)
En abril del 2008, el equipo de Van Mooy recogió muestras de agua marina en la zona de las Bermudas y encontraron esfingolípidos virales. Pensaron que el lípido era una marcador biológico de la acción del virus sobre las algas y el hecho de encontrarla podía servir para identificar los lugares en los cuales habían sucedido explosiones poblacionales del alga. Pero la sorpresa fue encontrar que si se purificaba dicho lípido y se añadía a un cultivo de E. huxleyi, las algas comenzaban a morir como si hubieran sido infectadas por el virus.
Estructura interna de Emiliana huxleyi.
El mecanismo citotóxico por el cual este lípido provoca la muerte del alga es por la inducción de una ruta de "suicido celular" muy similar a la apoptosis de eucariotas superiores. Según los datos del laboratorio del doctor Bidle en la Universidad Rutgers, esta "muerte celular programada" es un proceso muy importante que explica la evolución y el destino de estas explosiones poblacionales de fitoplancton en los mares. Sorprendentemente, los genes que codifican para las enzimas responsables de la biosíntesis del lípido se encuentran en el genoma viral, pero su origen parece derivarse de la propia alga. Esto es un caso único. E. huxleyi presenta genes para rutas biosintéticas muy similares en su genoma pero en palabras del propio Bidle, "el virus los tomó prestados, los metió en su genoma y consiguió alterarlos para hacer un producto tóxico".
Estructura de un Coccolithovirus. Su genoma tiene 407.339 pares de bases y tiene capacidad para codificar 472 proteínas. Al parecer el virus presenta una envoltura con el esfingolípido que le permitiría unirse al alga.
Adicionalmente este descubrimiento puede tener ramificaciones interesantes. Los investigadores están intentando caracterizar el esfingolípido responsable, y una vez hecho esto, intentar modificarlo para usarlo frente a un tipo de células que se caracterizan por presentar un defecto en sus rutas apoptóticas: las células cancerosas. Se especula con la posibilidad de crear nuevas moléculas capaces de destruir a las células tumorales induciendo en ellas las rutas de muerte celular.
Audio en "el podcast del microbio
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4 comentarios:
Que casualidad, hoy mismo he estado en un seminario acerca de Emiliana huxleyi en clase de Botánica marina. Muy interesante el blog.
Saludos.
Que extraño, no le encuentro mucho sentido a la toma y utilización por parte del virus de un esfingolipido tóxico, al fin y al cabo para el virus el intoxicar y matar a las algas sin haberlas infectado deberia de considerarse una desventaja seria. (Siempre se suele decir que el mejor parásito es aquel que no mata a su hospedador pues asi siempre tendra huespedes, como ejemplo los herpesviruses).
En cuanto al alga en ecología siempre se suele ver como se dan los blooms de algas unicelulares, y como de espectaculares llegan a ser. Si no fuera porque seria selección de grupo pareceria que el virus es un sistema de control poblacional natural del alga para evitar la sobreexplotación del medio, pero tal hipotesis carece de sentido...
Una entrada muy interesante.
Hola Nalia
Según el artículo en Science, el virus necesita activar la ruta de las caspasas para completar la replicación de su genoma. Si no hay lípido, no hay caspasas y no hay replicación viral. Pero claro, si hay mucho virus, se produce mucho lípido y las algas empiezan a morir sin ni siquiera ser infectadas.
En cuanto a la "lógica", bueno, supongo que según se vaya investigando se irá encontrando más sobre cómo se regulan estas poblaciones. Ten en cuenta que el virus es uno de los factores de control de población, pero los autores indican que también están los abióticos como la disponibilidad de fósforo. Y es que aún hay mucho que aprender.
Espero haber alcalrado algo las cosas
Ah claro, teniendo en cuenta la ruta de las caspasas todo encaja. De todas formas esto explica porque los blooms tienen un final tan explosivo como el comienzo, ya que en muchos casos cuando se disipan el nivel de fosforo y otros nutrientes no ha descendido tanto como para explicar las muertes masivas.
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