Científicos uruguayos lideran hallazgo vinculado al origen de la reproducción sexual

La fusión del óvulo y el espermatozoide para dar origen a un nuevo individuo ha fascinado a la ciencia por más de 150 años. Cómo surge este proceso es solo una de las preguntas que se hacen los científicos. Ahora, un grupo de investigadores de centros internacionales entre los que se cuenta el Institut Pasteur de Montevideo determinó que la proteína responsable de esta fusión de células —una característica crucial de la reproducción sexual en plantas y animales— podría haber surgido en arqueas —microorganismos similares a bacterias— mucho antes que la propia célula eucariota y su vida sexual, hace unos 3.000 millones de años.

El trabajo fue publicado esta semana en la revista Nature Communications e ilustra cómo la naturaleza obra frecuentemente como una “ingeniera/artesana chapucera”, sostuvo Martín Graña, investigador de la Unidad de Bioinformática del IP Montevideo que participó en la investigación.

“Efectivamente, la evolución opera con el material disponible en un momento dado. En biología, muchas innovaciones morfológicas y moleculares han sido combinaciones y/o reutilizaciones de piezas preexistentes, como cuando jugando al LEGO surgen diseños y funciones no pensadas para las formas originales”, agregó Graña. Del instituto, también participó el doctorando Mauricio Langleib, y Héctor Romero de Facultad de Ciencias (Udelar).

En la reproducción sexual, un nuevo individuo se construye a partir de la combinación de las dos mitades genéticas de madre y padre. Este proceso universal existe desde los albores de la vida eucariota, que hace referencia a organismos con células con núcleo definido, desde amebas hasta cebras, por ejemplo.

El Institut Pasteur informó que la fusión, a diferencia de la división celular que sucede todo el tiempo para generar más células, solo se produce en ocasiones especiales. Esto ocurre durante el sexo (en la fertilización o el apareamiento) y también en la construcción de músculos y huesos en vertebrados, o la placenta humana. Una fusión celular descontrolada sería letal para cualquier organismo; basta imaginar células cerebrales fusionadas con las de la boca o las manos. Para evitar este descontrol, plantas y animales usan proteínas especiales llamadas fusógenos, que gestionan cuándo y dónde ocurre el proceso.

“Se trata de pocas proteínas que hacen un trabajo monumental. Son quizás unas decenas o centenas de proteínas que fusionan células que son 10.000 veces más grandes, lo que explica por qué para la ciencia ha sido difícil su identificación. De hecho, aún no conocemos el fusógeno sexual de vertebrados, incluyendo al ser humano. Lo que sí se sabe es que en plantas, animales invertebrados y protozoarios, la proteína que fusiona gametas es la llamada HAP2”, informó el instituto.

Pero, además, en los últimos cinco años, la ciencia también halló que HAP2 tiene la misma forma que las proteínas de fusión presentes en algunos virus como el Zika, Dengue, Rubeola y que permiten al patógeno invadir organismos eucariotas. Esta similitud plantea el dilema respecto al origen evolutivo de estas proteínas: ¿fueron una invención eucariota cooptada por los virus, o a la inversa?

Un paso más

El equipo internacional dio un paso más, demostró que criaturas tan antiguas como las arqueas contienen una proteína homóloga a HAP2, a la que llamaron Fusexin1. Su actividad fusogénica se demostró en células de hamsters que, al producir Fusexin1, desencadenaron la fusión de gametos. Esto implica que podría tratarse de la molécula ancestral: la madre de todas las “fusexinas”, tanto las virales como las sexuales, afirmó Graña.

Este trabajo multidisciplinario implicó grupos de investigación Argentina, Francia, Israel, Suecia, Suiza y Uruguay, así como DeepMind, empresa de Google dedicada al aprendizaje automático que sacudió el área de la inteligencia artificial con logros históricos (AlphaGo; AlphaFold). Para el estudio, los investigadores combinaron bioinformática, biología evolutiva computacional, predicción de dominios de proteínas con AlphaFold, cristalografía de rayos X, así como estudios funcionales demostrando que la antigua proteína Fusexin1 funciona como un fusógeno.

A futuro, los siguientes pasos serán comprender mejor el rol que cumple Fusexin1 en arqueas y establecer la historia evolutiva que conecta a la antigua Fusexin1 con la más reciente HAP2 eucariota. Asimismo, las fusexinas de arqueas y las proteínas de fusión ya descubiertas podrían ayudar a comprender cómo evolucionaron las células desde formas aparentemente simples hasta las formas de vida complejas que hoy se reproducen sexualmente.