Las vesículas extracelulares contribuyen más de lo que se pensaba a la transferencia horizontal de genes en los océanos.

Los océanos están llenos de microorganismos que participan en un intercambio dinámico de material genético. Este proceso, conocido como transferencia horizontal de genes (THG), juega un papel fundamental en la evolución de muchos genes. Clasificar Es un factor importante en la propagación de la resistencia a los antibióticos entre las bacterias. Tradicionalmente, se pensaba que este intercambio de genes se producía principalmente a través de contactos celulares directos y flotantes. ADNo virus.

Un estudio de Susanne Erdmann del Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen muestra que las llamadas vesículas extracelulares también son muy importantes para la transmisión de información genética en el mar y, con ello, para la vida de sus habitantes más pequeños.

Virus, GTA y vehículos eléctricos: pequeños y numerosos

La mayoría de los virus son de tamaño pequeño. En cada gota de agua de mar se pueden encontrar hasta 10 millones de ellos. Pueden movilizar no sólo su material genético (su genoma), sino también partes del ADN de su huésped -es decir, el ADN del organismo que han infectado- y transferirlo a otras células.

Estudiar virus es difícil. Las muestras de agua de mar deben filtrarse a través de filtros con un tamaño de poro de sólo 0,2 micrómetros (unas 300 veces más pequeño que el grosor de un cabello humano) para separar los virus de las células. Además de virus, estas muestras filtradas también contienen los llamados agentes de transferencia genética (GTA) y vesículas extracelulares (EV).

Para este estudio, investigadores del Instituto Max Planck de Bremen también recogieron muestras de agua en la isla de Helgoland, en el Mar del Norte. Fuente: Silvia Vidal / Instituto Max Planck de Microbiología Marina

Los GTA son virusLos liposomas que empaquetan exclusivamente el ADN del huésped y los vehículos eléctricos son pequeñas vesículas recubiertas de membrana que se desprenden de la superficie de la célula huésped. Estos vehículos eléctricos pueden contener una variedad de moléculas. Además de enzimas, nutrientes y ARNA menudo transfieren partes de ADN.

Los vehículos eléctricos son portadores prolíficos de material genético

Erdmann y su equipo han demostrado ahora que, contrariamente a lo que se suponía anteriormente, en muestras de agua de mar filtradas hay mucho ADN del huésped que no se transmite por virus. Demostrar esto fue muy complicado. “Después de la secuenciación, es decir, de la lectura del ADN del huésped, ya no podemos identificar cómo llegó a nuestra muestra”, explica Erdmann, jefe del grupo de investigación Max Planck de Virología Arqueológica del Instituto Max Planck de Bremen.

“No existe ninguna característica para asignar una secuencia a un mecanismo de transporte específico”.

Para solucionar este problema, los investigadores utilizaron un truco. En un primer paso, asignaron cada secuencia de ADN al huésped del que se originó originalmente. Luego identificaron en la mayor medida posible el mecanismo de transmisión principal para cada huésped, es decir, a través de virus, GTA o vehículos eléctricos. Esto les permitió mapear un posible mecanismo de transporte a una secuencia de ADN específica.

“El resultado fue sorprendente: al parecer, una gran proporción del ADN no se transportó por rutas convencionales, sino a través de vesículas extracelulares”, afirma Erdmann.

Mucho más que residuos: en el océano y más allá

“Durante mucho tiempo se ha considerado que las vesículas extracelulares son productos de desecho celular. Sólo en los últimos 15 años los científicos han podido demostrar sus diversas funciones para la célula. Nuestro estudio resalta claramente el papel esencial que desempeñan los vehículos eléctricos en el intercambio de material genético entre células .” estudiante del grupo de Erdman y primer autor del estudio, ahora publicado en la revista ISME Communications.

Por eso los autores sugieren cambiar la terminología: “Tradicionalmente, hablamos de un viroma, el rico metagenoma de los virus, cuando el ADN se extrae y secuencia a partir de un fragmento de 0,2 micrómetros”, dice Luecking. “Sin embargo, de esta manera perdemos una variedad de otras moléculas no similares a virus en esta fracción, como los vehículos eléctricos. Por lo tanto, proponemos llamar a esta fracción ‘ADN extracelular protegido’ o peADN”.

El estudio presentado aquí sienta las bases para futuras investigaciones sobre peDNA en todos los ecosistemas, en el océano y más allá. “La nueva nomenclatura nos permitirá hablar más claramente sobre mecanismos y procesos que no están cubiertos por el término viroma”, afirma Erdmann.

Investigaciones futuras pueden utilizar este estudio como guía para evaluar el papel de las vesículas extracelulares en otros entornos, como el suelo y los sistemas de agua dulce o el intestino humano. “Dada la importancia de la transferencia horizontal de genes en muchos ecosistemas, estamos seguros de que habrá muchas otras sorpresas en el camino a seguir”, concluye Erdmann.

Referencia: “Las vesículas extracelulares son el principal contribuyente al espacio de secuencia extracelular protegido no viral” por Dominique Luecking, Coraline Mercier, Thomas Alarcón-Schumacher y Susan Erdmann, 17 de octubre de 2023, Comunicaciones ISME.
doi: 10.1038/s43705-023-00317-6