Las primeras fases de la simbiosis microbiana con el hospedador, al descubierto
En la actualidad, se sabe que los microbios simbióticos protectores forman parte habitual de la microbiota de plantas, animales y seres humanos. Por ejemplo, en las moscas, las bacterias heredadas producen toxinas que reducen la fertilidad de los parásitos, mientras que en los árboles de cacao, los microbios protectores reducen el impacto de los hongos patógenos en las hojas. También se utilizan en humanos para tratar enfermedades infecciosas, como en los trasplantes fecales, en los que se transfieren microbios presentes en las heces de individuos sanos al intestino de personas enfermas. Dado que los microbios pueden evolucionar con relativa rapidez, existe la posibilidad de que los microbios simbióticos que protegen a hospedadores de vida más larga, como los mamíferos o los árboles, evolucionen y respondan a las infecciones más rápidamente que el propio hospedador. «Probamos si los microbios podrían “tomar el relevo” en la carrera coevolutiva con los microorganismos patógenos», comenta Kayla King(se abrirá en una nueva ventana), catedrática de Ecología Evolutiva en la Universidad de Oxford(se abrirá en una nueva ventana), y coordinadora del proyecto COEVOPRO, que contó con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana) (CEI). «He demostrado(se abrirá en una nueva ventana) que los microbios pueden evolucionar en cuestión de días para proteger, lo que ofrece la posibilidad de que las defensas mediadas por microbios lleguen a sustituir a las del hospedador en la lucha contra microorganismos patógenos a lo largo del tiempo evolutivo», agrega King. De este modo, los simbiontes protectores podrían ser más eficaces que el propio sistema inmunitario del hospedador. En el proyecto también se investigó cómo podría funcionar este proceso cuando los simbiontes protectores forman parte de una microbiota hospedadora compleja, planteando la duda de si estos efectos protectores se verían reducidos.
Nuevo modelo de interacción nematodo-microbio para averiguar cómo se inician las relaciones simbióticas
Para examinar cómo evolucionó la simbiosis protectora desde su inicio, el equipo consideró emplear los nematodos y los microbios. Hasta ahora, cuando se han analizado las simbiosis protectoras, las investigaciones se han basado en ejemplos ya establecidos, sin abordar cómo surge este tipo de simbiosis. Como los nematodos y los microbios empleados en las investigaciones no coexisten en la naturaleza, el equipo del proyecto decidió usarlos como modelos, y estas especies interactuaron en el laboratorio por primera vez.
¿Cómo evoluciona la protección proporcionada por bacterias simbióticas?
El equipo del proyecto COEVOPRO estudió la evolución del hospedador y de las bacterias simbióticas mediante el paso de las variantes «exitosas»: los hospedadores que sobrevivieron a la infección y las bacterias simbióticas que colonizaron a esos hospedadores supervivientes. «La evolución experimental es un método bien establecido que favorece un análisis controlado de los factores que afectan a la velocidad y el patrón de las interacciones entre especies», apunta King. El equipo descubrió que los microbios protectores pueden influir en la forma en que hospedadores y microorganismos patógenos interactúan a lo largo de las generaciones. Se observó que los microbios protectores pueden favorecer la evolución de un rasgo en el hospedador, conocido como «tolerancia», que le permite sobrellevar la infección en lugar de eliminarla, ya que estos microbios reducen sus efectos más perjudiciales. «Luego vimos que, para infectar con éxito, los microorganismos patógenos evolucionaban recíprocamente para contrarrestar la protección microbiana, en lugar de las defensas del hospedador. Estos resultados sugieren que los microbios protectores eran el principal factor que determinaba la evolución de hospedadores y microorganismos patógenos», un hallazgo que King presenta en un artículo(se abrirá en una nueva ventana) publicado en la revista «Current Biology». La protección tiene costes y beneficios: es un compromiso: «Descubrimos que la protección y los costes de los simbiontes dependen, simplemente, de una cuestión de cantidad. Observamos(se abrirá en una nueva ventana) que un mayor número de células microbianas protectoras dentro de nematodo hospedador puede conferir un mayor grado de protección frente a los microorganismos patógenos, pero también un mayor coste para la salud del hospedador». King tiene claro que el apoyo del CEI tuvo una gran importancia para su proyecto. «Ha sido un honor recibir una subvención de inicio del CEI (ERC Starting Grant). Me dio la oportunidad de trabajar con grandes colaboradores y comprender mejor los microbios protectores. Las implicaciones de estas defensas frente a las enfermedades infecciosas son numerosas y muy prometedoras», concluye King.
