Cómo las bacterias simbióticas ayudaron a los escarabajos a prosperar
La mayoría de los animales viven en simbiosis con microorganismos, un acuerdo que muy a menudo es importante para el bienestar del hospedador. Por ejemplo, el microbioma intestinal humano es un sistema simbiótico en el que las bacterias se benefician de un entorno propicio (temperatura ideal, suministro de nutrientes, etc.), mientras que los humanos reciben ayuda para la digestión y la absorción de nutrientes. En los escarabajos, en estudios recientes se indica que los simbiontes microbianos suministran aminoácidos aromáticos (especialmente precursores de tirosina) que aumentan la protección del escarabajo frente a los depredadores, los patógenos y la desecación. Como metabolito central, además de ser un componente de las proteínas, la tirosina es importante para la melanización (la pigmentación) y la esclerotización (el endurecimiento) de la coraza protectora de los insectos, la cutícula. «Pero aún no comprendíamos el alcance de estas simbiosis de aprovisionamiento de tirosina, su relevancia ecológica, su historia evolutiva o su regulación molecular», señala Martin Kaltenpoth, coordinador del proyecto SYMBeetle, financiado por el Consejo Europeo de Investigación. En SYMBeetle se demostró que la tirosina es suministrada por simbiontes bacterianos en múltiples familias de escarabajos y arrojó luz sobre sus historias evolutivas. «Fue emocionante descubrir que muchos escarabajos diferentes adquirieron de forma independiente simbiontes microbianos como fuente de este metabolito clave, la tirosina», añade Kaltenpoth.
Caracterización de las simbiosis con suplementadores de tirosina
El equipo llevó a cabo estudios filogenómicos, tanto de los escarabajos como de los simbiontes, para desentrañar las historias evolutivas de las bacterias que suplementan la tirosina en cinco familias diferentes de escarabajos. En los estudios se demostró que estos simbiontes pueden persistir durante largos periodos evolutivos (cientos de millones de años), pero también pueden perderse o ser sustituidos por otros simbiontes. «Las adquisiciones repetidas de simbiontes suplementadores de tirosina demuestran que son muy importantes para muchos escarabajos herbívoros. Pero como otros escarabajos herbívoros funcionan bien sin ellos, necesitamos más investigación para identificar los factores ecológicos que determinan la distribución de los simbiontes», señala Kaltenpoth. Otro descubrimiento fue que las simbiosis con suplementadores de tirosina pueden verse alteradas por el herbicida «glifosato», ampliamente utilizado. Dirigido a la vía del «shikimato», el herbicida inhibe una enzima responsable de la producción de aminoácidos aromáticos en plantas y microbios. «Teniendo en cuenta lo extendida que está esta vía entre los simbiontes de los insectos, muchos insectos diferentes podrían ser susceptibles al glifosato», añade Kaltenpoth. Las ventajas digestivas que los simbiontes bacterianos confieren a la variada familia de escarabajos de la hoja también se caracterizaron analizando genómicamente la capacidad de los escarabajos para producir enzimas digestivas que descomponen la pared celular de la planta. En los resultados se mostró claramente que estas enzimas se habían formado en los escarabajos de las hojas mediante la exposición repetida a los simbiontes, así como la transferencia horizontal de genes de bacterias y hongos para codificar estas enzimas. Otro descubrimiento clave fue el de un simbionte intracelular nuevo en múltiples familias de escarabajos y otros órdenes de insectos. Al igual que los simbiontes digestivos y de aprovisionamiento de tirosina, esta bacteria (denominada «Symbiodolus» por el equipo) es transmitida por las madres a su descendencia, pero también parece colonizar con éxito hospedadores nuevos, lo que tiene consecuencias desconocidas para su estado físico. «Nos sorprendió encontrar repetidamente secuencias bacterianas muy similares en muchos insectos diferentes, lo que nos llevó a este descubrimiento», señala Kaltenpoth.
Implicaciones médicas y agrícolas
Desentrañar la función, relevancia ecológica e historias evolutivas de las simbiosis entre escarabajos y bacterias revela mucho sobre la diversificación de uno de los grupos de organismos más exitosos del planeta. Comprender mejor las bases moleculares y la regulación de las interacciones entre hospedador y simbionte también aporta conocimientos que podrían aplicarse a la medicina y la agricultura. Mientras tanto, los experimentos con glifosato del equipo sirven de advertencia de que su uso puede contribuir a la disminución de las poblaciones de insectos.
Palabras clave
SYMBeetle, microbiano, bacteria, cutícula, escarabajo, insecto, simbiosis, simbionte, tirosina, herbicida, glifosato
