En un ensayo reciente publicado en PLOS Biology , un equipo de investigadores de la Universidad de Umeå describe cómo los modelos matemáticos pueden hacer avanzar la investigación de la endosimbiosis.

Los endosimbiontes están en todas partes:dentro de nuestras células, las mitocondrias generan la mayor parte de nuestra energía, las plantas dependen de los cloroplastos para la fotosíntesis y muchos insectos no pueden reproducirse sin sus endosimbiontes. Sin embargo, esto es sólo la punta del iceberg cuando se trata de endosimbiosis.

"Las relaciones endosimbióticas son increíblemente diversas y complejas. Por ejemplo, una nueva investigación ha revelado que los endosimbiontes pueden determinar si los embriones pueden formarse con éxito e incluso guiar el desarrollo embrionario", afirma Lucas Santana Souza, becario postdoctoral en la Universidad de Umeå y coautor del estudio. artículo en PLOS Biology .

A pesar de su ubicuidad, las endosimbiosis pueden ser difíciles de estudiar.

"Consideremos el origen de las mitocondrias en nuestras células. Solía ​​ser un organismo separado, pero a través de una endosimbiosis que ocurrió hace cientos de millones de años se convirtió en una parte crucial de toda la vida compleja. Sin embargo, no podemos estudiar esta antigua y evento poco común reproduciéndolo en el laboratorio o retrocediendo en el tiempo; necesitamos otras formas y los modelos matemáticos son una gran herramienta", dice Eric Libby, profesor asociado del Departamento de Matemáticas y Estadística Matemática.

Los modelos matemáticos pueden ayudarnos a comprender cómo los diferentes factores afectan las interacciones entre los endosimbiontes y sus huéspedes. En el ensayo, los autores muestran cómo estos modelos pueden generar ideas y complementar la investigación del mundo real. También señalan cuestiones importantes para una mayor investigación.

Un ejemplo de ello está relacionado con los corales y sus endosimbiontes, de particular relevancia en la actualidad a medida que aumentan los eventos de blanqueamiento de corales en todo el mundo debido al aumento de las olas de calor. En el blanqueamiento de los corales, el coral expulsa a sus endosimbiontes y pierde su capacidad de generar alimento, lo que puede provocar su muerte.

Curiosamente, los corales pueden cambiar sus endosimbiontes por otros que mejoren su capacidad para resistir las olas de calor. Esta es una de las áreas de investigación en las que el coautor del estudio Adriano Bonforti, becario postdoctoral de la Universidad de Umeå, está más interesado.

"El enigma es comprender cuándo los corales deberían modificar su comunidad endosimbiótica para que un tipo de endosimbionte se vuelva dominante sobre los demás, cambiando así la respuesta del coral a los efectores de estrés. Los modelos matemáticos pueden sugerir razones probables de cuándo y cómo los corales deberían cambiar. Los resultados "Todos estos enfoques teóricos pueden ayudar a guiar futuras investigaciones experimentales", afirma.

Los autores también defienden una mayor colaboración entre los investigadores de la endosimbiosis. Establecen paralelismos entre las relaciones endosimbióticas y la interacción entre modeladores matemáticos y experimentalistas. Ambos tienen enfoques y experiencias diferentes, pero el resultado de su colaboración puede ser enormemente fructífero, según ellos.

"Piense en los modeladores como socios beneficiosos, que se inspiran y plantean preguntas intrigantes a partir de los ricos descubrimientos empíricos. En este contexto, los modeladores contribuyen simplificando conceptos complejos, descubriendo procesos fundamentales y abriendo nuevas vías de exploración. Con este ensayo, esperamos construir un puente más fuerte entre ambos campos e indicar direcciones fructíferas para la investigación endosimbiótica", dice Lucas Santana Souza.