Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
Defensa encubierta: las plantas usan moléculas mensajero contra hongos patógenos
Un billon, 1.000.000.000.000. Esta es la cantidad de especies microbianas que se estima habitan este planeta, incluidas bacterias, virus, hongos y parásitos unicelulares. Sólo algunos de ellos son patógenos, haciendo enfermar gravemente a su huésped. Pero, sinceramente, “solo algunos” de un billón siguen siendo muchos. Cada organismo vivo de este planeta, incluidas las plantas, puede verse infectado por diferentes microbios patógenos. El resultado es una constante “carrera armamentistica” entre huésped y patógeno, lo que favorece la evolución de una multitud de estrategias de defensa. Y aunque no lo parezca, las plantas tienen un impresionante repertorio de estrategias de defensa.
El huésped y el microbio infectivo interactúan intercambiando biomoléculas para aprovecharse de o debilitar al otro. En las plantas, este fenómeno se denomina tráfico inter-reinos de ARN pequeño. Hasta ahora, los investigadores sólo habían descubierto un intercambio de ácidos ribonucleicos pequeños (ARNs) que pueden, por ejemplo, silenciar los genes patogénicos importantes. En un estudio reciente, investigadores de la Universidad de California investigaron si un tipo diferente de ARN, el ARN mensajero (ARNm), puede transferirse de las plantas a los hongos para combatir una infección en curso. (En caso de que no lo sepa, los ARNm codifican el modelo de las proteínas, que son biomoléculas que realizan una gran fracción del trabajo en todas las células vivas. Si desea obtener más información sobre la expresión genética, el ARNm y las proteínas, consulte este artículo).
Primer hallazgo: las vesículas extracelulares de las plantas contienen ARNm
Los autores primero investigaron si los vehículos microscópicos, que transportan ARNs entre las células vegetales y las fúngicas, portaban ARNm vegetales. Imagínese pequeñas gotas formadas por una membrana de bicapa lipídica, esas son las vesículas extracelulares (VEs). De hecho, las VEs recolectadas de hojas de Arabidopsis thaliana infectadas con el hongo patógeno Botrytis cinerea contenían ARNm entre otros ARNs. Este hongo causa moho gris en muchas especies de plantas diferentes, sobre todo en las uvas para vino; tal vez hayas notado esta “pelusa” gris en la fruta antes. Porque ver para creer, los autores utilizaron los llamados aptámeros de ARN para visualizar algunos de los ARNm identificados mediante fluorescencia verde dentro de las VEs. Por cierto, esos aptámeros de ARN fluorescentes suelen tener nombres divertidísimos como Brócoli o Espinacas. Parece que a los investigadores no siempre les queda suficiente imaginación para nombrar sus inventos.
Segundo hallazgo: los ARNm de las plantas se convierten en proteínas en los hongos
Bien, volvamos al tema. Los autores demostraron que los ARNm verdes se transportaban a las hifas de los hongos patógenos. Usaron plantas que producían esos ARNm marcados de verde Brócoli, recogieron las VEs y las incubaron en una suspensión de células fúngicas (ver la figura). Pero quisieron comprobar que se producía también en condiciones naturales. Para ello, usaron plantas de Arabidopsis infectadas con el hongo B. cinerea. Al corroborar los hallazgos en un sistema más complejo, como el de planta infectada de forma natural, validaban su hipótesis, obteniendo más significación y descartando que sean artefactos de un sistema más simple.
Ya indicamos antes que los ARNm son sólo las instrucciones para producir una determinada proteína. A través de una serie de experimentos diferentes, los autores investigaron si los ARNm transportados por las VEs, realmente se convertían en proteínas en las células fúngicas. Para ello, los autores modificaron genéticamente la planta Arabidopsis para producir SAG21 marcada con una proteína fluorescente amarilla, y que fuera transportada en las VEs. Además, generaron una segunda línea de plantas control, con ARNm de SAG21 mutado, para que no se produjera la correspondiente proteína. Aunque el ARNm SAG21 mutado acabó en la célula fúngica, los autores sólo detectaron la SAG21-amarilla formada a partir de la versión no mutada. Bastante inteligente, ¿no?
Tercer hallazgo: las proteínas vegetales en las células fúngicas reducen la infección de la planta
Finalmente, los autores necesitaban pruebas definitivas de que la recientemente descubierta traducción de ARNm de plantas en las células fúngicas servía como estrategia de defensa. De hecho, el 40% de los ARNm que los autores encontraron en las VEs ya habían sido descritos como pertenecientes al sistema de defensa de la planta, incluido el SAG21. La infección de plantas de Arabidopsis con hongos genéticamente modificados para que produjeran la proteína SAG21 (lo que significa que hay proteínas SAG21 adicionales en las plantas) resultó en lesiones foliares más pequeñas (ver la siguiente figura). Y, al contrario, si a la planta le faltaba la proteína SAG21, las lesiones causadas por la infección por hongos (no modificados) se hacían más grandes.
En general, este estudio informó por primera vez que el ARNm de las plantas se transporta a las células fúngicas a través de vesículas extracelulares (VEs) para combatir la infección. Además, es un gran ejemplo de cómo llegar a una conclusión paso a paso, marcando cada casilla a lo largo del camino. Y demostró una vez más, que las plantas han desarrollado complejos mecanismos de defensa contra los patógenos, que incluso podrían aprovecharse en agricultura como soluciones fitosanitarias. De hecho, hay científicos que están trabajando en el desarrollo de VEs artificiales con diversos ARNm antifúngicos de origen vegetal que pueden rociarse sobre los cultivos antes o después de la cosecha. Por cierto, las VEs no son sólo producidas por plantas. Son un tema muy candente en la investigación del cáncer humano en este momento, porque ayudan al tumor a expandirse y dar forma a su entorno. Pero esa, es otra historia.
Enlace al artículo original: Wang S, He B, Wu H, Cai Q, Ramírez-Sánchez O, Abreu-Goodger C, Birch PRJ, Jin H. Plant mRNAs move into a fungal pathogen via extracellular vesicles to reduce infection. Cell Host Microbe. 2024 Jan 10;32(1):93-105.e6. doi: 10.1016/j.chom.2023.11.020.
Featured image: Made using Bing image creator
Traducido al Español por: Beatriz Sabater-Munoz
micro-bites.org 