Los microbios serían nuestros ancestros cuando se originaba la vida en la Tierra

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¿Quiénes fueron nuestros primeros antepasados? La respuesta podría residir en un grupo especial de organismos unicelulares con un citoesqueleto similar al de los organismos complejos, como animales y plantas. Investigadores de la ETH Zurich nos muestran estos hallazgos en un nuevo estudio.

Representación artística de un archaeon asgardiano, basada en datos de tomografía crioelectrónica: el cuerpo celular y los apéndices presentan estructuras esqueléticas filiformes, similares a las que se encuentran en células complejas con núcleo. (Gráfico: Margot Riggi, Instituto Max Planck de Bioquímica)

Hace diez años, nadie sabía siquiera de la existencia de las arqueas de Asgard. Sin embargo, en 2015, investigadores que examinaban sedimentos de aguas profundas descubrieron fragmentos genéticos que indicaban una nueva forma de microbios desconocida hasta entonces.

Con modelos informáticos, los investigadores ensamblaron estos fragmentos como piezas de un rompecabezas para compilar el genoma completo. Fue entonces cuando se dieron cuenta de que se trataba de un grupo de arqueas previamente desconocido.

Al igual que las bacterias, las arqueas son organismos unicelulares. Sin embargo, genéticamente existen diferencias significativas entre ambos dominios, especialmente en cuanto a sus membranas celulares y procesos metabólicos.

Tras una búsqueda más exhaustiva, los microbiólogos identificaron los organismos correspondientes, los describieron y los clasificaron como un subgrupo de arqueas independiente: las arqueas de Asgard. Su nombre, tomado del reino celestial de la mitología nórdica, hace referencia a su descubrimiento inicial cerca del Castillo de Loki, una fuente hidrotermal en la Dorsal Mesoatlántica entre Noruega y Svalbard -algunos mencionan a Groenlandia.

De hecho, las arqueas de Asgard aparentan ser casi un regalo del cielo para los investigadores: resultaron ser un eslabón perdido entre las arqueas y los eucariotas, es decir, entre las arqueas y los organismos cuyas células contienen un núcleo, como las plantas y los animales.

Del árbol de la vida con una rama menos
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En los últimos años, los investigadores han encontrado cada vez más indicios de vínculos estrechos entre las arqueas de Asgard y los eucariotas, y de que estos últimos podrían haber evolucionado a partir de los primeros. La división de todos los organismos vivos en los tres dominios de bacterias, arqueas y eucariotas no se sostuvo ante este sorprendente descubrimiento. Desde entonces, algunos investigadores han propuesto considerar a los eucariotas como un grupo dentro de las arqueas de Asgard. Esto reduciría el número de dominios de la vida de tres a dos: arqueas, incluyendo eucariotas, y bacterias.

Redibujando el árbol de la vida, con eucariotas que descienden de las arqueas de Asgard. (Crédito del gráfico: Florian Wollweber / ETH Zurich)

En ETH Zúrich, el profesor Martin Pilhofer y su equipo están fascinados por las arqueas de Asgard y llevan varios años examinando estos misteriosos microbios.

En un artículo publicado dos años atrás en Nature, investigadores de la ETH exploraron los detalles de la estructura celular y la arquitectura del Lokiarchaeum ossiferum. Originario de los sedimentos de un canal de agua salobre en Eslovenia, este archaeon de Asgard fue aislado por investigadores del laboratorio de Christa Schleper en la Universidad de Viena.

En ese estudio, Pilhofer y sus investigadores postdoctorales Jingwei Xu y Florian Wollweber demostraron que Lokiarchaeum ossiferum posee ciertas estructuras también típicas de los eucariotas. «Encontramos una proteína actina en esa especie que parece muy similar a la proteína presente en los eucariotas y que se encuentra en casi todas las arqueas de Asgard descubiertas hasta la fecha», afirmó Pilhofer.

En el primer estudio, los investigadores combinaron diferentes técnicas de microscopía para demostrar que esta proteína, llamada Lokiactina, forma estructuras filamentosas, especialmente en las numerosas protuberancias similares a tentáculos de los microbios. “Parecen formar el esqueleto de la compleja arquitectura celular de las arqueas de Asgard”, añadió Florian Wollweber.

Además de los filamentos de actina, los eucariotas también poseen microtúbulos. Estas estructuras tubulares son el segundo componente clave del citoesqueleto y están compuestas por numerosas proteínas tubulinas. Estos diminutos tubos son importantes para los procesos de transporte dentro de la célula y la segregación de cromosomas durante la división celular.

El origen de estos microtúbulos no ha sido del todo claro hasta ahora. En un artículo publicado recientemente en Cell, los investigadores de la ETH descubrieron estructuras relacionadas con las arqueas de Asgard y describieron su estructura. Estos experimentos demuestran que las tubulinas de Asgard forman microtúbulos muy similares, aunque más pequeños que los de sus parientes eucariotas.

Sin embargo, sólo unas pocas células de Lokiarchaeum forman estos microtúbulos. Y, a diferencia de la actina, estas proteínas tubulinas sólo aparecen en muy pocas especies de arqueas de Asgard.

La microscopía de expansión, una novedosa técnica de microscopía óptica, muestra el citoesqueleto de las arqueas de Asgard: filamentos de actina (verde) y, en la imagen de la derecha, un microtúbulo (violeta). (Crédito de la imagen: de Wollweber F, et al. Cell, 2025)

La microscopía de expansión, una novedosa técnica de la microscopía óptica, muestra el citoesqueleto de las arqueas de Asgard: filamentos de actina (verde) y, en la imagen de la derecha, un microtúbulo (violeta). (Crédito de la imagen: de Wollweber F, et al. Cell, 2025)

En la maravilla de una puerta que se abre hay una cerrada o entreabierta apenas, los científicos aún no comprenden por qué las tubulinas aparecen tan raramente en Lokiarchaea ni por qué las células las necesitan. En eucariotas, los microtúbulos son responsables de los procesos de transporte dentro de la célula. En algunos casos, las proteínas motoras recorren estos tubos. Los investigadores de la ETH aún no han observado estas proteínas motoras en las arqueas de Asgard.

“Sin embargo, hemos demostrado que los tubos formados a partir de estas tubulinas crecen en un extremo. Por lo tanto, sospechamos que realizan funciones de transporte similares a las de los microtúbulos en eucariotas”, afirmó Jingwei Xu, coautor principal del estudio difundido en Cell. Xu produjo las tubulinas en un cultivo celular con células de insecto y examinó su estructura.

El peso de lo interdisciplinario
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Investigadores de los campos de la microbiología, la bioquímica, la biología celular y la biología estructural colaboraron estrechamente en el estudio. «Nunca habríamos llegado tan lejos sin este enfoque interdisciplinario», subrayó Pilhofer con cierto orgullo.

La estructura de un microtúbulo de Asgard, que consta de solo cinco filamentos (en comparación con los 13 de los eucariotas). (Crédito de la imagen: de Wollweber F, et al. Cell, 2025)

Citoesqueleto
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¿El citoesqueleto fue esencial para el desarrollo de la vida compleja? Aunque aún quedan algunas preguntas sin respuesta, los investigadores confían en que el citoesqueleto fue un paso importante en la evolución de los eucariotas.

Este paso pudo haber ocurrido eones atrás, cuando una arquea asgardiana entrelazó una bacteria con sus apéndices. En el curso de la evolución, esta bacteria se convirtió en una mitocondria, que sirve como fuente de energía de las células modernas. Con el tiempo, el núcleo y otros compartimentos evolucionaron, y así nació la célula eucariota.

“Este extraordinario citoesqueleto probablemente se encontraba al comienzo de este desarrollo. Podría haber posibilitado a las arqueas de Asgard formar apéndices, lo que les permitió interactuar con una bacteria, luego capturarla y engullirla”, afirmó Pilhofer.

A la pesca de la Archaea de Asgard
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Pilhofer y sus colegas ahora planean centrar su atención en la función de los filamentos de actina y la tubulina arqueal junto con los microtúbulos resultantes.

También buscan identificar las proteínas que los investigadores han descubierto en la superficie de estos microbios. Pilhofer espera que su equipo pueda desarrollar anticuerpos diseñados con precisión para estas proteínas. Esto permitiría a los investigadores “pescar” específicamente arqueas de Asgard en cultivos mixtos de microbios.

“Aún tenemos muchas preguntas sin respuesta sobre las arqueas de Asgard, especialmente en cuanto a su relación con los eucariotas y su inusual biología celular”, afirmó Pilhofer. “Descubrir los secretos de estos microbios es fascinante”, concluyó.

Resumen
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Las arqueas de Asgard son un grupo de microorganismos descubierto hace apenas diez años. Representan un vínculo entre las bacterias, las arqueas y organismos complejos, como plantas y animales.
Los investigadores de ETH llevaron a cabo un examen detallado de uno de estos microbios, Lokiarchaeum ossiferum, y han descubierto proteínas citoesqueléticas muy similares a las que se encuentran en organismos complejos.
Como resultante, parece cada vez más claro que las arqueas de Asgard son ancestros de los humanos, los animales y las plantas.
El artículo científico Microtubules in Asgard archaea fue publicado en Cell. Autores: Florian Wollweber, Jingwei Xu (许靖蔚), Rafael I. Ponce-Toledo, Florina Marxer, Thiago Rodrigues-Oliveira, Anja Pössnecker, Zhen-Hao Luo (罗振豪), Jessie James Limlingan Malit, Anastasiia Kokhanovska, Michal Wieczorek, Christa Schleper & Martin Pilhofer.
Funding: El estudio fue apoyado por unETH Zürich Career Seed Award (to F.W.), una SNSF SPARK grant (229135 a F.W.), una ETH Zürich Research Grant (22 22-1 a M.W.), SNSF Project Grants (310030_208120 a M.W. y 10002842 to M.P.), una SNSF Starting Grant (TMSGI3_211309 a M.W.), la Austrian Science Fund (FWF Z437 a C.S.), el European Research Council (AdG TACKLE 695192 a C.S. y CoG Cryo-ET4Diversity 101000232 a M.P.), y la NOMIS Foundation (a M.P.).
El artículo científico Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon fue publicado en Nature el 21 de diciembre de 2022. Autores: Thiago Rodrigues-Oliveira, Florian Wollweber, Rafael I. Ponce-Toledo, Jingwei Xu, Simon K.-M. R. Rittmann, Andreas Klingl, Martin Pilhofer & Christa Schleper.
Financiamiento: C.S. fue apoyada por el European Research Council (AdG TACKLE, 695192) y el Austrian Science Fund (FWF): W1257. M.P. fue apoyada por el European Research Council (CoG CryoET4Diversity, 101000232) y la NOMIS Foundation.
El artículo Origin of Life: How microbes laid the foundation for complex cells escrito por Peter Rüegg, Corporate Communications fuepublicado en la sección de noticias del sitio web de ETH Zurich