Kyoko Hagino, paleontóloga de la Universidad de Kochi, se propuso cultivar el alga unicelular Braarudosphaera bigelowii debido a sus características especiales. Le llevó seis años y más de 300 viajes de muestreo encontrar el mejor momento y lugar para recolectarla, y otros seis para lograr cultivarla con éxito en su laboratorio. Finalmente, estableció cultivos estables, lo que permitió un hallazgo revolucionario: el descubrimiento del nitroplasto, el primer orgánulo fijador de nitrógeno documentado en un organismo complejo. Este hallazgo fue reconocido con el Premio AAAS Newcomb Cleveland y como finalista del Premio al Avance Científico del Año 2024.
El estudio demostró que, al igual que las mitocondrias y los cloroplastos surgidos hace miles de millones de años, la cianobacteria UCYN-A se ha integrado completamente dentro de B. bigelowii, dejando de ser un simbionte separado para convertirse en un verdadero orgánulo. Este nitroplasto otorga al alga una capacidad única: fijar nitrógeno de manera autónoma, produciendo su propio fertilizante. Este hallazgo es un avance transformador en biología celular.
El oceanógrafo microbiano Jonathan Zehr, de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC), había estudiado B. bigelowii durante décadas. Su trabajo inicial sugirió que las bacterias endosimbiontes del alga se habían convertido en residentes celulares permanentes. UCYN-A carece de genes esenciales, y su tamaño en relación con la célula huésped es más estable que el de organismos que se reproducen de manera independiente. Sin embargo, solo tras establecer el cultivo en laboratorio se pudieron aplicar técnicas modernas, como la proteómica y la tomografía de rayos X suaves.
Dificultades
El cultivo del alga tuvo un obstáculo inesperado: poco después de que Hagino proporcionara las muestras al laboratorio de Zehr, la universidad cerró debido a la pandemia de COVID-19. La entonces estudiante de posgrado Esther Mak logró mantener el cultivo activo, permitiendo que la investigación continuara sin retrasos significativos. Gracias a esto, el equipo pudo recopilar dos evidencias cruciales: primero, los análisis de proteínas mostraron que el alga complementa las funciones genéticamente reducidas de UCYN-A, y segundo, la tomografía reveló la coordinación en la replicación del alga para asegurar que las células hijas reciban los nitroplastos.
El investigador Tyler Coale, al examinar los datos de proteómica, se sorprendió al notar que las proteínas del simbionte encajaban perfectamente en los vacíos metabólicos conocidos de su genoma reducido. Además, estas proteínas compartían una secuencia común, lo que sugiere un sistema de dirección de proteínas dentro del orgánulo. Sin embargo, para confirmar que UCYN-A había evolucionado a un orgánulo, se requirió una colaboración con la bóloga estructural Carolyn Larabell de la UC San Francisco. Su equipo utilizó tomografía de rayos X suaves para observar la división sincronizada del nitroplasto, demostrando que se hereda de manera similar a los cloroplastos y mitocondrias.
La investigación no solo tuvo un impacto académico, sino que también abre posibilidades para la ingeniería agrícola. Funk destaca que los científicos llevan años intentando diseñar cultivos que puedan fijar nitrógeno, sin lograrlo. El descubrimiento del nitroplasto sugiere que la naturaleza ya ha desarrollado una solución eficaz, lo que podría inspirar nuevos enfoques en biotecnología y agricultura sostenible.
