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¿Cómo prospera la vida en condiciones extremas?

¿Cómo prospera la vida en condiciones extremas?

Micrografía de metanógenos
Campo de visión de 100 x 100 μm de microorganismos metanogénicos totales CRÉDITO Paula Prondzinsky

La temperatura es una variable importante en los procesos biológicos. Sin embargo, una comprensión completa de la adaptación biológica a la temperatura debe mejorarse en parte debido a las limitaciones únicas entre los diferentes linajes evolutivos y grupos fisiológicos.

Esto plantea la pregunta, ¿cómo se adapta la vida a diferentes temperaturas? Para tratar de resolver esta pregunta, un equipo de investigación dirigido por Paula Brondzynski y Sean Erin McGlynn del Instituto de Ciencias de la Vida Terrestre (ELSI) en el Instituto de Tecnología de Tokio investigó recientemente un grupo de organismos llamados metanógenos.

Los metanógenos son microbios unicelulares productores de metano que forman parte del phylum Archaea (antiguos organismos unicelulares sin núcleo celular que se cree que fueron los ancestros de las células eucariotas). Los metanógenos son los organismos ideales para la investigación sobre la adaptación a la temperatura, ya que pueden sobrevivir a una amplia gama de temperaturas extremas, desde -2,5 °C hasta 122 °C.

Los científicos analizaron y compararon los genomas de diferentes tipos de metanógenos. Dividieron los metanógenos en tres grupos según las temperaturas a las que prosperaron: refractarios (temperaturas altas), psicotrópicos (temperaturas más bajas) y metanogénicos (temperaturas ambientales).

A continuación, se utilizó la base de datos de clasificación del genoma para crear una base de datos de 255 genomas y secuencias de proteínas. A continuación, se utilizó la base de datos de puntuaciones de crecimiento de procariotas normales y raras para obtener información sobre la temperatura de 86 metanógenos conservados en colecciones de laboratorio. El resultado fue una base de datos que correlaciona el contenido del genoma con la temperatura de crecimiento.

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Luego, los científicos usaron un programa llamado OrthoFinder para crear diferentes ortólogos: grupos de genes que descienden de un solo gen que se encuentra en el último ancestro común de la especie en estudio.

A continuación, dividieron estos grupos ortólogos en tres categorías: básicos (que se encuentran en más del 95 % de las especies), comunes (que se encuentran en al menos dos especies pero en menos del 95 % de los organismos) y únicos (que se encuentran en una especie). solamente) (sólo presente en una especie). Según su investigación, todos los animales comparten alrededor de un tercio del genoma metanogénico. También descubrieron que a medida que aumenta la distancia evolutiva, disminuye la proporción de genes compartidos por diferentes especies.

Curiosamente, los científicos descubrieron que los organismos tolerantes al calor tenían genomas más pequeños y una mayor proporción del genoma central. También se descubrió que la “edad” de estos genomas jóvenes era mayor que la de las especies con resistencia psicológica. Estos resultados indican que el tamaño del genoma depende más de la temperatura que de la trayectoria evolutiva porque se han detectado especies tolerantes al calor en diferentes poblaciones.

También afirmaron que, en lugar de reducirse a medida que evolucionaban los genomas metanogénicos, aumentaban, lo que contradice la teoría de la “evolución del genoma termogénico”, según la cual los organismos pierden genes a medida que se adaptan a temperaturas más altas.

Los análisis de los investigadores también revelaron que los metanógenos pueden prosperar en un amplio rango de temperatura sin requerir muchas proteínas únicas. De hecho, sus genomas codificaban proteínas similares a la mayoría de ellos.

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Especulan que el mecanismo subyacente de la adaptación a la temperatura puede ser el control celular o los cambios de composición a menor escala. Investigaron esto analizando la composición de aminoácidos de los metanógenos, que son los componentes básicos de las proteínas.

Descubrieron que ciertos grupos de temperatura estaban enriquecidos en ciertos aminoácidos. Además, encontraron diferencias en la composición de los aminoácidos relacionadas con su carga proteica, polaridad y entropía de dimerización, todo lo cual afecta la estructura de la proteína y, por lo tanto, su funcionalidad. Descubrieron que, en general, los metanógenos termotolerantes tienen más aminoácidos cargados y genes de transporte de iones funcionales que los psicotolerantes.

Por el contrario, los organismos psicotróficos poseen una gran cantidad de proteínas y aminoácidos sin carga que son esenciales para la estructura y el movimiento celular. El hecho de que los científicos no hayan podido identificar ningún rol particular que cada miembro del grupo de temperatura compartiera indica que la adaptación a la temperatura ocurre gradualmente y en pequeños pasos en lugar de requerir cambios drásticos.

paula brondzinski Él dijoY “Esto sugiere que los primeros metanógenos, que surgieron cuando las condiciones en la Tierra eran hostiles para la vida, pueden haber sido similares a los organismos que encontramos en la Tierra hoy. Nuestros hallazgos pueden señalar rasgos y funciones que se encuentran en los microbios más antiguos e incluso dar pistas sobre what “Si la vida microbiana surgió en ambientes cálidos o fríos, podemos ampliar este conocimiento para comprender cómo la vida puede adaptarse a otros tipos de condiciones extremas, no solo a la temperatura, e incluso revelar cómo ha evolucionado la vida en otros planetas”.

Referencia de la revista:

  1. Paula Prondzinsky1,2*, Sakae Toyoda2, Shawn Erin McGlynn1,3,4*, El núcleo metanogénico y el pangenoma: conservación y diversidad a través de las temperaturas de crecimiento de los extremófilos, Investigación de ADN, DOI: 10.1093/dnares/dsac048
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