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¿Deberían los insectos confiar en sus bacterias simbióticas para enfrentar el cambio climático?
La vida en la tierra empezó con las bacterias, miles de millones de años atrás. Estos diminutos organismos han evolucionado desde entonces, por lo que lograron desarrollar estrategias para habitar cualquier sitio. Sobre este mundo dominado por microbios, aparecieron los animales, con una constante interacción con las bacterias. En consecuencia, se establecieron diferentes interacciones simbióticas entre bacterias y animales. La simbiosis bacteria-animal ha influido en la diversificación de los animales, ya que le ha permitido aprovechar diferentes recursos.
Un grupo excepcionalmente diverso, cuyas especies interactúan activamente con las bacterias, son los insectos, los cuales son muy significativos en nuestra vida diaria. Algunos son importantes plagas agrícolas, otros diseminan enfermedades (como el dengue) y muchos más son polinizadores, ¡como las abejas! A continuación exploraremos la relevancia y características generales de las asociaciones simbióticas bacteria-insecto. Debido a que engloban múltiples características, se les ha denominado síndromes simbióticos y actualmente se reconocen tres tipos: abierto, cerrado y mixto.
Áfido, insecto hospedero del endosimbionte Buchnera aphidicola. https://pixabay.com/es/photos/pulg%c3%b3n-%c3%a1fido-macro-4394057/
Síndromes simbióticos
En el síndrome simbiótico abierto, las bacterias ambientales y sus hospederos interactúan directamente. Debido a que hay constante interacción con las bacterias ambientales, el recambio de microbios es común, es decir, las bacterias que llegan hoy podrían ser suplantadas por bacterias que llegarán mañana. Conforme llegan diferentes bacterias, también existe la posibilidad de que cambien las funciones que las bacterias simbióticas prestan al insecto. Las bacterias cuyas funciones tienen los mejores beneficios para el insecto, eventualmente son las que más se distribuyen entre estos.
En el síndrome simbiótico cerrado, la interacción bacteria-insecto se remonta a millones de años atrás. En este síndrome la interacción es tan estrecha, que el insecto incluso ha creado sitios especiales para tener cómodas a sus inquilinas microbianas. Los bacteriocitos son células especializadas que tienen algunos insectos, dedicadas al alojamiento de sus bacterias simbióticas (por ello se les conoce como endosimbiontes). Estas bacterias no tienen contacto con el exterior, ni interacción con otras bacterias, viven «secuestradas». Tienen poca variación genética, ya que la población de endosimbiontes son copias unos de otros, es decir, son clones. Estos clones son heredados verticalmente (de madre a hijo), por lo que la selección aleatoria de un pequeño grupo disminuye drásticamente su diversidad genética poblacional. A estos eventos en los que se pierde diversidad genética poblacional por una abrupta reducción poblacional, se les llama cuellos de botella. La naturaleza clonal y los cuellos de botella, aceleran la acumulación de mutaciones perjudiciales en el genoma de los endosimbiontes. Con el tiempo, su genoma se degrada y pierde genes. La degradación genómica, típica en los endosimbiontes, se conoce como erosión genómica.
Por último, en el síndrome simbiótico mixto, se conjuntan características de los síndromes previos, es decir, ocurre herencia vertical de bacterias y también se reclutan bacterias del ambiente o de otros organismos.
Abeja cubierta de polen. Las abejas y sus simbiontes representan un ejemplo de síndrome simbiótico abierto. https://pixabay.com/es/photos/abeja-flor-macro-polinizar-polen-1726659/
Consecuencias de los síndromes simbióticos
Los insectos partícipes en el síndrome simbiótico abierto, suelen contar con simbiontes bacterianos muy variados. A medida que transcurren diferentes generaciones de insectos, la selección natural descarta las bacterias con las funciones menos útiles para el hospedero. Entre las funciones simbióticas más valoradas por los insectos están la suplementación de nutrientes o la asistencia en la digestión de compuestos complejos, como la celulosa. No obstante, las funciones benéficas suelen estar compartidas entre diferentes bacterias, por lo que tener un plus es valioso.
Desde la perspectiva bacteriana, evadir la respuesta inmune del insecto y producir toxinas que eliminen la competencia son rasgos valiosos. En los sistemas abiertos, las innovaciones están impulsadas por el constante arribo de bacterias ambientales. Del mismo modo, alteraciones ecológicas como cambios de dieta o exposición a pesticidas, favorecen el reclutamiento de bacterias ambientales de valor adaptativo. La constante interacción entre residentes bacterianos y recién llegados, favorece la transferencia de material genético. El intercambio de genes representa una poderosa fuerza evolutiva entre las bacterias, dado que los simbiontes antiguos heredan rasgos clave para el establecimiento de los recién llegados. No obstante, a veces esto puede contraponerse con los intereses del hospedero. ¡Rasgos problemáticos como la resistencia a antibióticos, también pueden ser heredados!
Mosca blanca, insecto involucrado con el simbionte bacteriano facultativo Hamiltonella.
Crédito de imagen https://lumbyvalleytimes.ca/whitefly-and-other-garden-pests/
Los insectos que optaron por los síndromes simbióticos cerrados son un buen ejemplo de la frase «crónica de una muerte anunciada», debido a que sus endosimbiontes sufren cuellos de botella y erosión genómica constantes, por lo que su funcionalidad se pierde irremediablemente. Algunos rasgos que permiten detectar la decadencia de los endosimbiontes son: pérdida de capacidad de reparación de su ADN (esto acelera la incidencia y acumulación de mutaciones) y proteínas menos estables (a causa de las mutaciones acumuladas en los respectivos genes).
Debido a que los servicios que prestan los endosimbiontes para el hospedero son esenciales, el hospedero debe encontrar una solución a su encrucijada. Algunos insectos han desarrollado opciones para preservar sus intereses. Por un lado, están los hospederos capaces de adquirir los genes valiosos de su endosimbionte. ¡Esto representa una transferencia de genes inter reinos, es decir, entre insectos y bacterias! Otros son capaces de enrolarse en síndromes mixtos y sustituir los simbiontes decadentes por nuevos simbiontes ambientales. Esto representa una desgracia evolutiva singular para las bacterias «elegidas» para enrolarse en el hábito simbiótico, pues su linaje está condenado a extinguirse. En estos casos aplica el siguiente adagio para endosimbionte y bacteria recién llegada: «Como tú alguna vez me vi, como yo alguna vez te verás».
Las estrategias mixtas son las más dinámicas, ya que involucran endosimbiontes residentes debilitados por la erosión genómica y bacterias ambientales con repertorios funcionales robustos. Usualmente los simbiontes se heredan directamente de la madre, pero también pueden intercambiarse simbiontes de diferentes hospederos. Estos simbiontes «saltarines» son muy interesantes porque tienen estrategias para establecerse con éxito en los nuevos hospederos. Una de estas es la manipulación reproductiva, la cual consiste en la eliminación de los machos de la progenie de sus hospederos. Esto garantiza que los simbiontes sean transmitidos por las hembras. Además de esto, los simbiontes «saltarines» suelen tener estrategias para pasar desapercibidos por el sistema inmune del hospedero. Otro rasgo valioso para la exitosa colonización del hospedero, reside en la protección de sus hospederos ante patógenos o parásitos. Por ejemplo, Wolbachia defiende ante virus, Spiroplasma ante nemátodos y Hamiltonella ante parasitoides.
Cabe mencionar que en estos sistemas también hay constante intercambio de información genómica, entre simbiontes residentes y recién llegados, lo que revigoriza el estado de los simbiontes y ayuda en su porvenir evolutivo, es decir, atenúa los efectos de la erosión genómica. Estos simbiontes «saltarines» son importantes en nuestra vida diaria, ya que están íntimamente ligados con insectos plaga de cultivos y vectores epidemiológicos.
Perspectivas de la simbiosis insecto-bacteria ante el cambio climático
Hasta este punto no es sorpresivo reconocer por qué los endosimbiontes son considerados el «talón de Aquiles» de algunos insectos. Por ejemplo, diferentes estudios con los endosimbiontes de áfidos y gorgojos del cereal, han evidenciado la tremenda vulnerabilidad de los endosimbiontes a temperaturas elevadas; sencillamente sus endosimbiontes son aniquilados en condiciones calurosas. Ante este escenario, reclutar simbiontes facultativos podría representar un recurso evolutivo útil para que los insectos enfrenten el cambio climático. Un ejemplo peculiar lo encontramos con Serratia symbiotica, bacteria facultativa en áfidos, la cual en condiciones calurosas libera su contenido intracelular al medio (¡Se auto sacrifica!), con el fin de brindar estabilidad al debilitado endosimbionte residente. Una estrategia diferente, la encontramos en el simbionte facultativo Hamiltonella en la mosca blanca. En este caso, el simbionte altera el metabolismo del insecto para que este aumente la expresión de genes que le ayuden a resistir el estrés térmico.
Las bacterias tienen un potencial evolutivo muy profundo y bien podrían adaptarse con la rapidez que el cambio climático exige; las alianzas simbióticas facultativas podrían ofrecer un recurso adaptativo a los insectos que se enrolen en ellas. Ello dependerá de la capacidad del insecto para participar en síndromes simbióticos abiertos o mixtos, pues aquellos obligados a permanecer en alianzas cerradas, parecen estar condenados a perecer. Ante este escenario, resulta imperativo documentar las alianzas existentes, y las que podrían formarse, porque los insectos impactan nuestra vida diaria de múltiples formas. No vaya a ser que algún bichito nos dé la sorpresa de pasarnos una nueva infección pandémica o, por el contrario, que represente algún bien para nosotros, ¡como nuestros cultivos!
Para Saber Más:
Criado, M.A. (2017). A bacterias y virus les sienta bien el cambio climático. El País. https://elpais.com/elpais/2017/08/04/ciencia/1501835105_221638.html
Iltis, C., Tougeron, K., Hance, T., Louâpre, P. y Foray, V. (2021). A perspective on insect-microbe holobionts facing thermal fluctuations in a climate-change context. Environmental microbiology, 24(1), 18-29. https://doi.org/10.1111/1462-2920.15826
Moya-Simarro, A. (2020). Progreso, complejidad y evolución. ENDOXA, 46, 427-440. https://doi.org/10.5944/endoxa.46.2020.28325
Manuel Ochoa-Sánchez. Estudiante de doctorado del Posgrado en Ciencias Biológicas, Instituto de Ecología, Universidad Nacional Autónoma de México.
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