La evolución secreta de las bacterias: cómo forman especies de forma «sexual»
Aunque durante décadas se creyó que las bacterias no podían formar especies, un estudio revolucionario sostiene que estos microbios mantienen su cohesión mediante un intercambio genético sorprendentemente sexual. Los hallazgos abren nuevas puertas para entender la evolución y la biodiversidad microbiana.
Por Enrique Coperías
El análisis de las bacterias Salinibacter ruber y Escherichia coli revela que la recombinación supera a las mutaciones en la evolución, lo que sugiere que las bacterias evolucionan de forma más sexual de lo previsto. Imagen generada con DALL-E
Cuando el profesor Kostas Konstantinidis, del Instituto Tecnológico de Georgia, en Estados Unidos, demostró que muchos microorganismos, al igual que las plantas y los animales, están organizados en especies, rompió con una creencia científica profundamente arraigada.
Durante mucho tiempo, los científicos asumieron que las bacterias, debido a sus mecanismos únicos de intercambio genético y el vasto tamaño de sus poblaciones globales, no formaban ni podían formar especies distintas.
Una nueva investigación liderada por Konstantinidis y su equipo va aún más allá, y propone que las bacterias no solo forman especies, sino que también logran mantener su cohesión interna a través de un proceso que podría describirse como algo sexual.
Cómo logran las bacterias mantenerse similares
«La siguiente pregunta para nosotros fue la siguiente: ¿cómo los microbios individuales de una misma especie mantienen su cohesión? En otras palabras, ¿de qué modo logran las bacterias mantenerse similares?", se pregunta Konstantinidis en un comunicado del Instituto Tecnológico de Georgia.
Tradicionalmente, se pensaba que las bacterias y otros microbios evolucionaban principalmente mediante fisión binaria, un proceso de reproducción asexual en el que una célula se divide en dos células hijas idénticas. Consiste en la replicación del ADN, el crecimiento de la célula, la formación de un tabique celular y la separación en dos células independientes. Es un mecanismo rápido y eficiente que permite su proliferación.
Ahora bien, en este proceso multipliacador, el intercambio genético ocurría solo de forma ocasional.
Una evolución bacteriana más «sexual» de lo esperado
Sin embargo, utilizando un novedoso método bioinformático diseñado para rastrear transferencias genéticas, combinado con un extenso conjunto de datos genómicos completos, Konstantinidis y un equipo internacional de investigadores pusieron a prueba esta hipótesis.
Sus hallazgos, publicados en la revista la revista Nature Communications, revelaron que las bacterias evolucionan y forman especies de manera significativamente más sexual de lo que se pensaba.
Para investigar cómo las especies microbianas logran mantener su identidad distintiva, el equipo analizó los genomas completos de microbios pertenecientes a dos poblaciones naturales. Recolectaron y secuenciaron más de cien cepas de Salinibacter ruber—un microbio amante de la sal—provenientes de salinas situadas en España.
Intercambio de ADN
En paralelo, analizaron un conjunto de genomas previamente publicados de Escherichia coli aislados de granjas ganaderas en el Reino Unido. Al comparar los genomas de microbios estrechamente relacionados, el equipo examinó cómo se intercambiaban los genes entre ellos.
Descubrieron que un proceso llamado recombinación homóloga desempeña un papel crucial en la cohesión de las especies microbianas. Este tipo de recombinación ocurre cuando los microorganismos intercambian ADN entre sí e integran el ADN recibido en su propio genoma, reemplazando segmentos similares de su ADN original.
Este fenómeno se da de manera frecuente y al azar en todo el genoma de los microbios, en lugar de estar restringido a unas pocas regiones específicas.
Células de Salinibacter ruber (verde) bajo el microscopio. Otros colores representan diferentes organismos presentes en la salina española donde se tomaron las muestras. Crédito: Tomeu Viver
«Esto puede ser fundamentalmente distinto de la reproducción sexual en animales, plantas, hongos y otros organismos no bacterianos, donde el intercambio genético ocurre durante la meiosis —afirma Konstantinidis. Y añade—: Sin embargo, el resultado en términos de cohesión entre los miembros de una especie resulta comparable».
En palabras de Konstantinidis, «este intercambio constante de material genético funciona como una fuerza cohesiva que mantiene la similitud entre los individuos de una misma especie».
Fronteras entre especies
Además, los investigadores observaron que los miembros de una misma especie tienden a intercambiar ADN entre ellos con mayor frecuencia que con microbios de otras especies, lo que refuerza aún más las fronteras entre especies.
«Este trabajo aborda un problema importante y de larga duración en la microbiología, con implicaciones relevantes para muchas áreas de investigación —señala Konstantinidis. Y continúa—: En esencia, cómo definir las especies y cuáles son los mecanismos que subyacen a su cohesión».
El estudio demuestra que las especies microbianas y sus unidades intraspecíficas se mantienen gracias a la cohesión ecológica y la alta recombinación homóloga, un proceso de intercambio genético frecuente y aleatorio que abarca todo el genoma.
La investigación tiene amplias implicaciones en campos que van desde la ciencia ambiental y la evolución hasta la medicina y la salud pública. También ofrece nuevas perspectivas para identificar, modelar y regular organismos de importancia clínica o ambiental. Asimismo, la metodología desarrollada por el equipo constituye un valioso conjunto de herramientas moleculares para futuros estudios en epidemiología y microdiversidad.▪️
Información facilitada por el Instituto Tecnológico de Georgia
Fuente: Conrad, R. E., Brink, C. E., Viver, T. et al. Microbial species and intraspecies units exist and are maintained by ecological cohesiveness coupled to high homologous recombination. Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-53787-0
