La célula más mínima que sacude la definición de vida

• Se descubrió un organismo unicelular con un genoma extremadamente reducido, lo que llama la atención como un caso que obliga a replantear la definición de los seres vivos
• Este microorganismo perdió la mayoría de los genes relacionados con el metabolismo, por lo que no puede procesar nutrientes ni crecer por sí mismo y depende por completo de una célula huésped
• El equipo de investigación nombró a esta arquea Candidatus Sukunaarchaeum mirabile, y tiene un genoma circular de 238 mil pares de bases
• Este organismo solo conserva los genes mínimos necesarios para autorreplicarse; tiene la maquinaria básica de expresión, como los ribosomas, pero casi no posee funciones metabólicas
• El hallazgo amplía los límites mínimos y la diversidad de la vida celular y tiene implicaciones para reconsiderar la frontera entre lo vivo y lo no vivo

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La estructura básica de la vida y un nuevo hallazgo

• La célula es la unidad básica de la vida, y se considera que sus funciones clave son el metabolismo, el crecimiento y la replicación del material genético
  • Sin embargo, la célula descubierta esta vez carece de la mayoría de esas funciones
• Este organismo tiene un genoma extremadamente pequeño y casi ha perdido todos los genes relacionados con el metabolismo
  • No puede procesar nutrientes ni crecer por sí mismo, y debe depender de un huésped o de una comunidad celular
• El equipo de investigación evaluó que este organismo es un caso que sacude las definiciones tradicionales de vida
  • Muestra que “también puede existir una célula sin metabolismo”

Cómo se confirmó el genoma ultrarreducido

• El equipo recolectó en agua de mar del Pacífico un dinoflagelado llamado Citharistes regius para analizarlo
  • Esta alga alberga internamente una cianobacteria simbionte
• Durante el análisis genómico se descubrió la secuencia de ADN de una nueva arquea
  • Su longitud era de 238,000 pares de bases, aproximadamente la mitad del mínimo conocido hasta ahora en arqueas (Nanoarchaeum equitans)
• Tras volver a verificarlo con varias técnicas y programas, se confirmó que era un genoma circular completo
• El nuevo organismo fue nombrado Candidatus Sukunaarchaeum mirabile
  • El nombre combina al dios enano de la mitología japonesa “Sukunabikona” y el latín para “extraño”

El espectro de las cuasi formas de vida

• Sukunaarchaeum solo conserva al mínimo las proteínas relacionadas con la replicación
  • Los genes vinculados al metabolismo están casi totalmente ausentes
• Pertenece al grupo de arqueas DPANN, que en general se conocen como simbiontes que se adhieren a la superficie de células huésped
  • Pero entre ellas, Sukunaarchaeum tiene el genoma reducido más extremo
• Algunos investigadores analizan que este organismo tiene una naturaleza parasitaria
  • No puede aportar productos metabólicos y obtiene recursos de manera unilateral del huésped
• Otras bacterias ultrapequeñas, como Carsonella ruddii, tienen genomas aún más pequeños, pero mantienen funciones metabólicas para su huésped
  • Sukunaarchaeum, en cambio, conservó solo la función de replicación y perdió la función metabólica
• A diferencia de los virus, posee su propia maquinaria de expresión genética, como los ribosomas
  • Por eso tiene una diferencia fundamental con los virus

Debate sobre la definición de vida

• Los investigadores consideran que Sukunaarchaeum no puede sobrevivir de manera independiente
  • Sin embargo, como los orgánulos celulares (por ejemplo, las mitocondrias) tampoco pueden hacerlo, la frontera de la definición de vida se vuelve ambigua
• Este hallazgo plantea la pregunta filosófica y biológica de “¿a partir de cuándo puede llamarse vida?”

Formas mínimas de vida aún desconocidas

• Una parte considerable del genoma de Sukunaarchaeum no coincide con secuencias conocidas
  • Codifica proteínas grandes y podría estar involucrada en la interacción con el huésped
• Aún no se ha confirmado si el huésped real es C. regius o alguna otra arquea
  • Tampoco está claro si se trata de una forma adherida externamente o de una endosimbiosis interna
• Algunos investigadores plantean la posibilidad de que, debido a su rápida evolución, los genes metabólicos no puedan identificarse
• Los métodos de análisis actuales podrían descartar este tipo de genomas ultrapequeños al considerarlos datos incompletos
  • Por eso, es posible que organismos similares ya existan pero hayan pasado desapercibidos
• Al buscar en bases de datos marinas de todo el mundo, no se encontraron secuencias idénticas, pero sí muchas secuencias similares
  • Sukunaarchaeum podría ser solo una parte de una enorme diversidad microbiana
  • Los microbios parasitan a otros microbios y forman una compleja red de relaciones ecológicas

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Comentarios de Hacker News

• Este hallazgo es realmente impresionante. Aun así, este es el genoma arqueano (archaeal) más pequeño, no el más pequeño entre todas las bacterias
  El artículo menciona a C. ruddii (159 mil pares de bases), pero Nasuia deltocephalinicola parece ser el genoma bacteriano más pequeño conocido con 112 mil pares de bases

  • Lo interesante es que otros organismos ultrapequeños producen metabolitos para su huésped, pero no pueden reproducirse de manera independiente
    En cambio, Sukunaarchaeum descubierto esta vez solo produce las proteínas necesarias para su propia replicación y casi no tiene funciones para el huésped
    Es decir, su genoma de 238 kbp codifica solo las proteínas mínimas necesarias para replicarse y casi no tiene genes relacionados con el metabolismo
    En cambio, las bacterias de 159 kbp sí tienen genes para sintetizar aminoácidos y vitaminas para el huésped
  • Si se ve en detalle, las arqueas se parecen a las bacterias, pero pertenecen a un dominio biológico completamente distinto
  • La probabilidad de que 112 mil pares de bases aparezcan por casualidad en una combinación significativa es casi cero
    Hay varias hipótesis sobre el origen de la vida, pero también es posible que la vida moderna ya se haya “devorado” ese entorno
    O incluso podrían considerarse escenarios más fundamentales como el origen panspérmico (panspermia)

• Me hace pensar si la replicación no será el acto metabólico más importante de un ser vivo
  Sukunaarchaeum no puede sintetizar nutrientes ni crecer por sí solo, pero sí conserva los genes necesarios para replicarse
  Es decir, al recibir energía y materiales del huésped, puede ensamblar su propia autorreplicación
  La gran duda es qué tan “terminadas” están las materias primas que le proporciona el huésped, y cómo esta arquea las aprovecha para replicarse

  • Muchos organismos parásitos muestran una dependencia parecida. Aun así, no por eso los consideramos “no vivos”
    Al final, es una cuestión de hasta dónde llamar a algo “autosuficiente”
  • En cierto sentido, esta célula se siente como una forma intermedia entre bacteria y virus
    Así como un virus “secuestra” la maquinaria celular del huésped, esta arquea también depende profundamente del metabolismo de su huésped

• A la pregunta de “¿esto no es un virus?”, el propio artículo indica que existen genes que codifican tRNA y rRNA
  Eso es una característica biológica que la distingue claramente de los virus
  El texto original puede consultarse en el artículo de bioRxiv

• El genoma de Carsonella ruddii tiene unos 159,000 pares de bases (aprox. 40 KB), y se siente como una especie de “tamaño mínimo del firmware celular”
  Me pregunto si, con una célula tan simple, sería posible interpretar completamente la función de cada par de bases
  Sería interesante crear un sitio web interactivo para visualizarlo

  • También me pregunto si los genetistas cuentan la metilación epigenética (epigenetic methylation) como parte de la información genética
  • Estos genomas ultrapequeños parecen una versión biológica de sectorlisp

• Según el artículo, Candidatus Sukunaarchaeum mirabile es una nueva arquea con un genoma ultrapequeño de 238 kbp
  Eso es menos de la mitad del tamaño del genoma arqueano más pequeño conocido hasta ahora

  • Para comparar, el genoma bacteriano más pequeño, Nasuia deltocephalinicola, está en torno a 139 kbp

• La frase “investigadores conmocionados” en el artículo me parece demasiado exagerada
  Se siente como un guion de YouTube de ‘Biohacker Lab’

  • Aun así, en los hechos sí es un descubrimiento bastante asombroso

• Si las dos propiedades clave de la vida son la homeostasis y la reproducción, podría considerarse que esta célula no está viva al haberlas perdido

  • Pero esa definición es una visión demasiado rígida
    No existe un criterio consensuado para definir la vida; más bien se explica como un conjunto de rasgos que mantienen y refuerzan su propia existencia
  • Además, esa es una perspectiva centrada en eucariotas
    La reproducción de organismos unicelulares es mucho más simple, y en este caso la expresión “comensalismo obligado (Obligate commensalism)” sería más adecuada
  • Entonces, ¿cómo habría que clasificar la replicación de los virus? Aunque es un sistema de dos etapas con el huésped, no solemos considerarlos vida
  • De hecho, muchos seres vivos “tercerizan” la homeostasis gracias a su entorno. Los humanos tampoco podemos sobrevivir completamente solos

• Me intriga de dónde obtiene ATP esta arquea
  Si casi no tiene funciones metabólicas, es muy probable que dependa por completo del huésped para su suministro de energía

• Pienso que el genoma funciona como una especie de “archivo de configuración (config file)”
  La célula en sí ya cuenta con una maquinaria compleja, y el genoma no es más que banderas y valores de configuración para controlarla
  O sea, hablar de la complejidad de la vida solo por el tamaño del genoma puede llevar a malentendidos

• La definición de vida es demasiado limitada
  Yo diría que “si puede evolucionar mediante replicación y variación genética, entonces es vida”
  Me cuesta aceptar que los virus no estén vivos

  • Pero esa definición también tiene problemas
    ¿Acaso los animales estériles o los glóbulos rojos sin genes no están vivos?
    Por otro lado, los algoritmos genéticos o un manuscrito también tienen replicación y variación; entonces, ¿eso también sería vida?
  • En realidad, los átomos, las máquinas y las llamas también encajan con esa definición
    Al final, la “vida” no sería más que un sistema complejo que usa flujos de energía para mantener y replicar su forma, sin una frontera clara