Se estudió un collage de cinco especies de medusas en forma de peine. El color rojo que se ve en los dos ejemplares de la derecha es común en los animales de aguas profundas. Crédito: Jacob Winnikoff
Investigadores de la Universidad de California en San Diego han descubierto que los ctenóforos de las profundidades marinas tienen adaptaciones lipídicas únicas, llamadas «homeocurvatura», que les permiten sobrevivir a altas presiones. Estos hallazgos pueden ayudar a comprender las enfermedades.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>AlzheimerAllí intervienen lípidos similares.
Las profundidades del mar son uno de los entornos más hostiles de la Tierra. La temperatura es helada, no hay luz y el estrés extremo abruma a los humanos. Los animales que viven en estas profundidades han desarrollado adaptaciones biofísicas especiales para sobrevivir en estas duras condiciones.
Para investigar estas mutaciones y cómo se desarrollaron, un equipo de investigadores dirigido por Itai Budin, profesor asistente de química y bioquímica de la Universidad de California en San Diego, estudió las membranas celulares de los ctenóforos, también conocidos como medusas en peine. En su estudio, publicado recientemente cienciaLos ctenóforos tienen estructuras lipídicas únicas que les permiten sobrevivir bajo estrés extremo.
Desentrañando el misterio de la adaptación de los lípidos
Aunque las medusas peine se parecen a las medusas, no están estrechamente relacionadas. Estos depredadores, que pertenecen al filo Ctenophora, pueden crecer hasta alcanzar el tamaño de una pelota de voleibol y vivir en océanos de todo el mundo a distintas profundidades, desde la superficie hasta las profundidades del mar.
Las membranas celulares son finas láminas de lípidos y proteínas que deben mantener ciertas propiedades para que las células funcionen correctamente. Si bien se sabe desde hace décadas que algunos organismos han adaptado sus lípidos para mantener la fluidez en condiciones de frío extremo (la llamada adaptación homeoviscosa), no está claro cómo los organismos de las profundidades marinas se adaptan y se adaptan al estrés extremo. Adaptación al frío.
Budin había estado estudiando la adaptación del homeoviscus en la bacteria E. coli, pero cuando Steven Haddock, científico principal del Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey (MBARI), preguntó si los ctenóforos tenían la misma adaptación del homeoviscus para compensar el estrés extremo, Budin quedó intrigado.
Los organismos complejos contienen diferentes tipos de lípidos. Los humanos somos miles: el corazón es diferente a los pulmones, ellos son diferentes a la piel, etcétera. Tienen diferentes formas: algunas son cilíndricas y otras tienen forma de cono.
Buceo en busca de medusas en las aguas poco profundas de la Isla Grande de Hawaii. La mayoría de las medusas viven en mar abierto, donde los buzos deben usar correas para evitar alejarse a la deriva. Crédito: Jacob Winnikoff
Descubrimiento de la homeocurvatura en ctenóforos.
Para responder si los ctenóforos se adaptan al frío y al estrés mediante el mismo mecanismo, el equipo necesitaba controlar la variable de temperatura. Jacob Winnikoff, autor principal del estudio, que trabajó tanto en MBARI como en UC San Diego, analizó los ctenóforos recolectados en todo el hemisferio norte, incluidos los que viven en el fondo del océano (frío, alta presión) frente a California y en la superficie. Océano Ártico (frío, baja presión).
«Resulta que los ctenóforos han desarrollado estructuras lipídicas únicas para compensar el estrés severo, distintas de aquellas que compensan el frío extremo», dijo Budin. «Tanto es así que la presión mantiene unidas sus membranas celulares».
Los investigadores llaman a esta adaptación «homeocurvatura» porque la forma curva de los lípidos se adapta al hábitat único de los ctenóforos. En las profundidades del mar, los lípidos en forma de cono han evolucionado hasta adoptar formas de cono exageradas. La presión oceánica resiste la exfoliación, por lo que la forma de los lípidos es normal, pero sólo en estas presiones extremas. Cuando los ctenóforos de las profundidades marinas salen a la superficie, la forma de cono exagerada se invierte, las membranas se desintegran y los animales se desintegran.
Posibles implicaciones médicas de la investigación en aguas profundas
Las moléculas con forma de cono exagerada son un tipo de fosfolípidos llamados plasmalógenos. Los plasmalógenos son abundantes en el cerebro humano y su disminución en la abundancia a menudo acompaña a una función cerebral reducida y enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Es muy interesante para científicos e investigadores médicos.
«Una de las razones por las que elegimos estudiar los ctenóforos es que su metabolismo lipídico es similar al de los humanos», dijo Budin. «Y aunque no me sorprendió encontrar plasmalógenos, sí me sorprendió ver que constituyen tres cuartas partes del recuento de lípidos de un ctenóforo de aguas profundas».
Para probar más a fondo este descubrimiento, el equipo volvió a E. coli y realizó dos experimentos en cámaras de alta presión: uno con bacterias no modificadas y un segundo con bacterias modificadas mediante bioingeniería para sintetizar plasmalógenos. Cuando la E. coli no mutada murió, se desarrolló una cepa de E. coli con plasmalógenos.
Esfuerzos colaborativos y direcciones futuras
Estos experimentos se llevaron a cabo durante varios años y con colaboradores de múltiples instituciones y disciplinas. En UC San Diego, además de Budin, quien realizó los experimentos de biofísica y microbiología, el laboratorio de Edward Dennis, Profesor Distinguido de Química y Bioquímica, realizó análisis de lípidos mediante espectrometría de masas. Los biólogos marinos del MBARI recogieron los ctenóforos para estudiarlos, mientras que los físicos de la Universidad de Delaware realizaron simulaciones por computadora para validar el comportamiento de la membrana bajo diversas presiones.
Budin, que está interesado en estudiar cómo las células regulan la producción de lípidos, espera que el descubrimiento conduzca a más investigaciones sobre el papel que desempeñan los plasmalógenos en la salud y las enfermedades del cerebro.
«Creo que la investigación muestra que los plasmalógenos tienen propiedades biofísicas realmente únicas», afirmó. “Entonces la pregunta ahora es: ¿qué importancia tienen esas propiedades para el funcionamiento de nuestras propias células? Creo que ese es un mensaje para llevar.
Referencia: «Adaptación de la homeocurvatura de los fosfolípidos a la presión en las profundidades del mar
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Invertebradosjacob r. Winnikoff, Daniel Milstein, Sasiri J. Vargas Urbano, Miguel A. Pedraza-Joya, Aaron M. Armando, Oswald Kuehenberger, Alexander Sodt, Richard E. Gillilan, Edward A. Dennis, Eduardo A. Haddock e Itay Budin, 27 de junio de 2024, ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adm7607
Financiamiento: Esta investigación fue apoyada por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Institutos Nacionales de SaludOficina de Investigación Naval y Fundación David y Lucille Packard.
