Los acelos, gusanos marinos únicos que regeneran sus cuerpos después de una lesión, pueden formar relaciones simbióticas con las algas fotosintéticas que viven en su interior. Estas colecciones de organismos simbióticos se llaman holobiontes, y la forma en que "se comunican" entre sí es algo que los científicos están tratando de comprender, especialmente cuando las especies en cuestión son un animal y un microbio que funciona con energía solar.

Bo Wang, profesor asistente de bioingeniería en las Facultades de Ingeniería y Medicina de Stanford, ha comenzado a encontrar algunas respuestas. Su laboratorio, en colaboración con la Universidad de San Francisco, estudia Convolutriloba longifissura, una especie de acel que alberga el alga simbiótica Tetraselmis.

Según una nueva investigación, publicada en Nature Communications , los investigadores descubrieron que, cuando C. longifissura se regenera, un factor genético que participa en la regeneración del acelo también controla cómo reaccionan las algas dentro de ellos.

"Aún no sabemos cómo se comunican estas especies entre sí ni cuáles son los mensajeros. Pero esto muestra que sus redes genéticas están conectadas", afirmó Wang, autor principal del artículo.

Dividir gusanos

Debido a que el holobionte es un concepto relativamente nuevo, los científicos aún no están seguros de cuál es la naturaleza de algunas relaciones. El extraño nombre "acoel" en griego significa "sin tripa", ya que los gusanos no tienen estómago. En cambio, todo lo que comen va directamente a sus tejidos internos, que es también donde las algas flotan y realizan la fotosíntesis dentro de sus cuerpos. Esta relación proporciona una zona segura para las algas y energía adicional de la fotosíntesis al acelero.

"No había garantía de que hubiera comunicación porque las algas no están dentro de las células del acel, sino que flotan a su alrededor", dice James Sikes, investigador de la Universidad de San Francisco y coautor principal del artículo. Sikes lleva unos 20 años trabajando con acelos y su relación simbiótica los diferencia de otros animales que se regeneran, como los platelmintos planarios y los ajolotes.

Cuando estos acelos se reproducen asexualmente, primero se bisecan. A la región de la cabeza le crece una cola y se convierte en un nuevo acel. La cola, sin embargo, actúa como la Hidra mitológica y le crecen dos nuevas cabezas, que luego se dividen en dos animales separados.

La regeneración animal requiere comunicación entre muchos tipos de células diferentes, pero en este caso, también puede involucrar a otro organismo por completo.

Los investigadores tenían curiosidad sobre cómo reaccionaban las colonias de algas del interior a este proceso; en particular, si continuaban haciendo la fotosíntesis con normalidad y, en caso contrario, ¿qué lo controlaba? Esto fue especialmente desconcertante ya que el equipo descubrió que no era necesaria la fotosíntesis para que los aceles se regeneraran:podían hacerlo en la oscuridad. Pero tiene que haber una conversación entre las especies para su supervivencia a largo plazo.

"Probar si la fotosíntesis se vio afectada fue una aventura. Ninguno de nosotros sabía lo que estábamos haciendo", dice Dania Nanes Sarfati, autora principal del artículo, estudiante de doctorado en el laboratorio de Wang y becaria de Stanford Bio-X Bowes. "Una de las cosas más interesantes fue que pudimos medir la fotosíntesis de las algas que se produce dentro del animal".

Además, mediante la secuenciación, el equipo pudo diferenciar los genes de las dos especies y descubrir qué vías respondían a la lesión. Estas mediciones les ayudaron a darse cuenta de que las algas del interior estaban experimentando una importante reconstrucción de su maquinaria fotosintética durante la regeneración, pero el proceso mediante el cual se controlaba era impactante.

El papel del 'enano'

Cuando llegaron los resultados, Wang dijo que sucedió lo impredecible. Durante la regeneración, tanto el nuevo crecimiento del acele como la fotosíntesis de las algas parecían estar controlados por un factor de transcripción común en los acelos llamado "runt".

En la etapa inicial, inmediatamente después de la lesión, se activa "runt", iniciando el proceso de regeneración. Mientras tanto, la fotosíntesis de las algas disminuye, pero hay una regulación positiva de los genes de las algas asociados con la fotosíntesis, que probablemente compense la pérdida de fotosíntesis debido a la división. Sin embargo, cuando los investigadores derribaron al "enano", detuvieron tanto la regeneración como las respuestas de las algas.

Lo que tiene de especial el runt es que está altamente conservado, lo que significa que el mismo factor es responsable de la regeneración en muchos organismos diferentes, incluidos los acelos no simbióticos. Pero ahora está claro que en lugar de simplemente controlar el proceso regenerativo del acoel, también controla la comunicación con otra especie.

Cómo se comunican los holobiontes

Comprender cómo se comunican los socios en relaciones simbióticas a nivel molecular abre muchas preguntas nuevas para este campo de investigación. "¿Existen reglas de simbiosis? ¿Existen?" dijo Nanes Sarfati. "Esta investigación genera este tipo de preguntas, que podemos vincular con otros organismos".

Wang cree que introduce más formas de investigar cómo las especies simbióticas interactúan y se acoplan entre sí para formar holobiontes. Algunas de estas interacciones podrían ser potencialmente impulsadas por sustancias químicas, proteínas o factores ambientales. Pero lo más preocupante es que estas interacciones se están convirtiendo ahora en puntos vulnerables ante el desafío del cambio climático, lo que provoca que los socios simbióticos se separen.

Sikes destacó que él, Wang y Nanes Sarfati comenzaron desde el lado animal de la relación simbiótica, pero se dieron cuenta de que las algas también responden a las lesiones del huésped, lo que podría generar preguntas similares en otros sistemas.

"A menudo asumimos que sabemos mucho, pero nos sentimos honrados cuando observamos diferentes especies", dijo Wang. "Pueden hacer cosas de maneras completamente inesperadas, lo que resalta la necesidad de estudiar más organismos y esto es posible gracias a la tecnología".