Desarrollan en la UNAM técnica para eliminar fluoresencia de algas dinoflageladas y visualizar su estructura interna

 
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23 de diciembre de 2016

En una asociación denominada simbiosis, las algas dinoflageladas del género Symbiodinium habitan en corales, medusas, anémonas y otros organismos marinos para protegerse del medio externo y capturar moléculas orgánicas de sus hospederos; a cambio, les aportan nutrientes derivados de la fotosíntesis.Por su tamaño microscópico se ubican en el nivel trófico primario de la cadena alimentaria acuática. La presencia de dos flagelos (látigos) y la fluorescencia de su cloroplasto son dos de los rasgos más característicos en su fase de vida libre.

Para entender cómo se organiza su estructura fotosintética y optimizar en un futuro su relación con el hospedero, investigadores de la UNAM desarrollaron una técnica para eliminar la intensa autofluorescencia del cloroplasto, que impide visualizar su estructura interna.

Dirigidos por Marco Antonio Villanueva, titular de la Unidad Académica de Sistemas Arrecifales del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología (ICMyL), en Puerto Morelos, Quintana Roo, el estudio de los universitarios reveló que la forma del cloroplasto (orgánulo que fija el bióxido de carbono a través de la fotosíntesis para producir los nutrientes) de estos dinoflagelados no coincide con el tradicional de otras células vegetales.

En lugar de orgánulos aislados dentro de la célula, que se pueden relocalizar libremente por movimientos protoplásmicos, encontraron que “el cloroplasto de Symbiodinium es como una segunda membrana que yace debajo de la membrana de la célula”.

Además identificaron, a través de una cascada de señales comandadas por el citoesqueleto de actina (el esqueleto de las células), que el cloroplasto se reorganiza para absorber luz en mayor o menor grado. “Adopta la estructura de una red membranal ortogonal que simula un panal de abeja, con filamentos gruesos que se adaptan a la intensidad de luz”, detalló Villanueva.

Cuando hay sobreexposición a la luz, “las membranas se relajan, sus filamentos se adelgazan y se crea un espacio mayor entre ellas para evitar la captura excesiva y que se dañe la célula; por otro lado, en condiciones de poca luz los túbulos se ensanchan y la red membranal tiende a cerrarse para absorber mayor cantidad”.

Con estos hallazgos –publicados en las revistas Photosynthesis Research y Canadian Journal of Microbiology–, ahora se conoce la estructura del citoesqueleto de actina y se visualiza cómo podría reorganizar la estructura del cloroplasto en respuesta a la intensidad de luz.

Proceso
Compuesto de actina y otras proteínas, el citoesqueleto es crucial en la dinámica de las células: organiza las estructuras que intervienen en el transporte, tráfico y división celular, además de proveer soporte interno.

“Hasta ahora no existían reportes de cómo se organizaba esta estructura en Symbiodinium, debido a que la pared celular y la autofluorescencia producida por la clorofila (un pigmento verde brillante contenido en el cloroplasto) impedía visualizar su organización bajo el microscopio, mediante sondas fluorescentes”.

Para lograrlo, Villanueva y su equipo utilizaron en la especie Symbiodinium kawagutii la técnica denominada “fractura en congelación”, que consiste en aplicar un fijador a base de formaldehído para inmovilizar químicamente la célula, congelarla en nitrógeno líquido y fracturar su pared. Mediante isopropanol (un tipo de alcohol) extrajeron los pigmentos fluorescentes del cloroplasto.

“Una vez ?apagada? la célula, introdujimos moléculas que se unen al citoesqueleto de actina que generaran fluorescencia y que nos permitieran visualizar el interior; así descubrimos que las estructuras del cloroplasto y el citoesqueleto de actina estaban íntimamente relacionadas”.

Relación simbiótica

Cuando se rompe la relación simbiótica dinoflagelados-hospedero en los corales de arrecife, éstos no sobreviven. Se sabe que los corales tienen un mecanismo de regulación que expulsa los dinoflagelados, aunque se desconoce exactamente cómo sucede; se cree que ese proceso regula el número de simbiontes en su interior y evita una población excesiva.

No obstante, este equilibrio se rompe cuando el agua mantiene de manera constante una temperatura dos grados por arriba del promedio, lo que induce un mecanismo de expulsión”, íntimamente relacionado con el calentamiento global. La ausencia de dinoflagelados simbiontes en los corales produce la muerte de estos últimos y deja los esqueletos blancos en los arrecifes, proceso conocido como blanqueamiento del coral.

“Este conocimiento permite entender cómo ocurre la transducción de señales de los dinoflagelados del género Symbiodinium a través del citoesqueleto de actina, en función de la exposición a distintas cantidades de luz, y cómo éste podría ser también un modo de optimizar su proceso de fotosíntesis. Lo anterior podría llevar a encontrar métodos para prevenir que el alga abandone el coral”, concluyó.

Boletín UNAM-DGCS-876/2016

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