La célula Que No Estaba allí

Kyoko Hagino es una científica especializada en algas originaria de Kochi, Japón. Al igual que Jon Zehr, su historia también comenzó a finales de los 90 con un microorganismo que cambió el rumbo de su carrera. Formaba parte de un equipo de investigación paleontológica que estudiaba diminutos fósiles de algas en el fondo marino para reconstruir información sobre el clima pasado de la Tierra.

Entre los incontables fósiles microscópicos que examinó, hubo uno que la cautivó por completo. Se trataba de un tipo de alga llamada Braarudosphaera bigelowii . Hagino, cariñosamente, la llama simplemente Bigelowii.

En ciertos momentos de su vida, Bigelowii se rodea de esta hermosa concha geométrica, y Hagino encontraba estos esqueletos pentagonales en todas sus muestras. «Cuando vi a Bigelowii por primera vez, me pareció que tenía una forma preciosa», dijo. «Tiene una forma muy hermosa, como una joya».

Pero nadie sabía realmente nada sobre las algas que vivían allí. Esto era lo que Hagino quería estudiar. Pero nadie más parecía compartir su fascinación.

“Cuando comencé la investigación, mi jefe de entonces se opuso”, dijo. “[Me dijeron] que aunque hiciera una investigación que nadie leyera, no conseguiría un trabajo”.

En aquel entonces, Hagino tenía dificultades para encontrar trabajo en la universidad. Al mismo tiempo, cuidaba de sus hijos pequeños y se mudaba a una nueva ciudad donde su marido había encontrado empleo. Todo en su vida parecía indicarle claramente que debía dejarlo y buscar otra cosa que estudiar. Pero Hagino simplemente no podía hacerlo. Por alguna razón, había algo en esas algas que la fascinaba por completo, y quería aprenderlo todo sobre ellas, incluso si eso significaba estudiarlas por su cuenta.

Así que Hagino y su hija comenzaron a ir a la playa, recogiendo muestras de agua de mar con la esperanza de encontrar esta esquiva alga. Con los años, llegaron a hacer cientos de estos viajes. Lo hacían con tanta frecuencia que su hija realmente no sabía que la gente iba a la playa por otros motivos, como nadar.

«“El océano… ¿no es ese el lugar para recoger agua de mar?”», recordó Hagino que le dijo su hija.

Hagino pasaba horas en casa con el microscopio, buscando células de Bigelowii y seleccionándolas una por una. Era un proceso increíblemente laborioso, pero prácticamente la única manera de estudiarlas. Por mucho que lo intentara, las células no parecían querer crecer en un tubo de ensayo.

Durante años, Hagino se dedicó a cultivar microorganismos sin recibir ningún tipo de salario universitario. Para llegar a fin de mes, terminó trabajando a tiempo parcial lavando tubos de ensayo en un laboratorio. Un día, mientras hablaba con uno de los científicos, este le sugirió añadir un ingrediente inusual a su cultivo. No se trataba de un producto químico ni de nada que se encontrara habitualmente en un laboratorio. Era tokoroten, un tipo de fideo de gelatina tradicional japonés hecho de algas marinas.

Para asombro de Hagino, los fideos eran justo lo que Bigelowii necesitaba.

“Vi a los bigelowii nadando y su número aumentando”, dijo. “Me sentí sumamente feliz”.

Ahora que tenía un cultivo, por fin podía cultivar suficientes células para responder algunas de las grandes preguntas sobre este organismo. Y había una pregunta clave que rondaba la mente de Hagino. A lo largo de sus muchos años estudiando Bigelowii, notó algo extraño. Tenía todos los componentes normales de una célula de alga. Pero también tenía algo que no podía explicar, algo que nunca había visto en ningún libro de texto. Era un punto negro en el centro del alga.

Hagino se disponía a publicar un artículo sobre este misterioso punto cuando se topó con uno que acababa de salir en la revista estadounidense Science. En él se describía la búsqueda de una bacteria fijadora de nitrógeno aparentemente invisible que, según la teoría del autor, probablemente vivía dentro de una especie de alga. El autor del artículo era Jon Zehr, y hablaba de Braarudosphaera bigelowii .

Hagino reflexionó sobre el extraño objeto que había descubierto dentro de Bigelowii. Todo encajaba. Le realizó una prueba genética a Bigelowii, y el resultado fue positivo: había encontrado la bacteria fijadora de nitrógeno que Zehr había buscado durante tantos años.

«Jamás imaginé que alguien estuviera investigando sobre Bigelowii», dijo. «Me sorprendió pensar que me habían superado».

Zehr también se sorprendió cuando Hagino se puso en contacto con él para compartir su descubrimiento: el mismo rompecabezas, resuelto desde el otro lado del océano. «¡Ninguno de los dos sabía que las dos cosas iban de la mano!», exclamó.

Hagino y Zehr habían dedicado sus carreras a intentar resolver un enigma científico, sin sospechar que cada uno poseía la pieza que le faltaba al otro. Ahora que compartían una cultura, tenían la oportunidad de desentrañar un misterio que resultaría ser mucho más profundo de lo que jamás hubieran imaginado.

En conjunto, revelarían un nivel de cooperación que reescribiría una regla fundamental de la biología.

La naturaleza está repleta de relaciones simbióticas: dos organismos que se ayudan mutuamente. El pez payaso de Buscando a Nemo es un buen ejemplo: cuida de su anémona de mar a cambio de un lugar seguro donde vivir. Pero estas relaciones de ayuda pueden volverse cada vez más estrechas. Hay organismos que viven dentro de otros, como los corales , que se alimentan de las algas zooxantelas que viven en ellos. Incluso existen células que viven dentro de otras células. En cierto punto, la relación se vuelve tan íntima que resulta difícil distinguir dónde empieza un organismo y dónde empieza el otro.

La convergencia de dos organismos —que pasan de ser considerados entidades separadas a formar parte de un mismo ser— es realmente asombrosa, y es una línea que solo se ha cruzado unas pocas veces en la historia de la vida en la Tierra. Los dos ejemplos más conocidos son las mitocondrias, la central energética de la célula presente en todas las formas de vida complejas de la Tierra, y los cloroplastos, las partes de las células vegetales que utilizan la fotosíntesis para convertir la luz solar y el dióxido de carbono en alimento. Ambos ejemplos comenzaron como células independientes que, con el tiempo, se unieron tanto a sus compañeras que se convirtieron en orgánulos: pequeños órganos dentro de otras células.

Pero ¿qué pasaba con Bigelowii y sus bacterias internas? No cabía duda de que la relación entre ambos era estrecha. Zehr y Hagino estaban ansiosos por descubrir cómo interactuaban. Así que unieron fuerzas. Ella envió un cultivo al laboratorio de John con la esperanza de visitar California mientras avanzaba el experimento.

Cuando el cultivo llegó a la oficina de Zehr, estaba tan emocionado que tomó una foto para inmortalizar el momento. Su equipo debatió sobre qué experimentos realizarían primero.

“Nos reunimos como en un laboratorio y decidimos las diez cosas que íbamos a hacer primero, porque no sabíamos cuánto tiempo sobreviviría el cultivo”, dijo. “Y a los tres días, comenzó el confinamiento por la COVID-19”.

La pandemia trastocó todos sus planes. Japón impuso restricciones de viaje muy estrictas que se mantuvieron vigentes durante años. Tras todo su esfuerzo, Hagino no pudo reunirse con Zehr en persona. Sin embargo, ambos seguían ansiosos por encontrar respuestas y decidieron que el laboratorio de Zehr debía continuar con las pruebas. Hagino, que contaba con financiación gracias a una beca que compartía con Zehr, ayudaría en todo lo posible desde la distancia.

Y muy pronto, comenzaron a encontrar indicios de que la relación entre las algas y las bacterias no era un caso típico de simbiosis. Bigelowii y las bacterias siempre se dividían al mismo tiempo. También crecían al mismo ritmo y de maneras muy similares a las mitocondrias o los cloroplastos.

Pero la prueba más convincente provino de Tyler Coale, un investigador postdoctoral del laboratorio de Zehr. Estaba estudiando las proteínas dentro de ambos organismos cuando notó algo extraño: las bacterias estaban llenas de proteínas que no podían producir genéticamente. En cambio, estas proteínas se producían a partir de genes adicionales encontrados en Bigelowii. Y en los extremos de cada uno de estos genes adicionales, se encontraba la misma secuencia corta de ADN que aparecía repetidamente.

Este patrón le recordó a Coale un misterio anterior: la bacteria fijadora de nitrógeno que, de alguna manera, había perdido muchos de los genes de las proteínas que necesitaba para sobrevivir. ¿Podría ser que Bigelowii se los estuviera suministrando? Para averiguarlo, realizó un experimento, comparando los genes faltantes de un organismo con los genes adicionales del otro. La coincidencia fue sorprendente. Para casi todos los genes que la bacteria había perdido, Bigelowii había desarrollado una copia adicional. Y cada uno de esos genes adicionales estaba marcado con la misma secuencia de ADN en el extremo: instrucciones moleculares para enviar la proteína a la bacteria.

Este descubrimiento fue trascendental, ya que este tipo de sistema solo se había observado en contadas ocasiones en mitocondrias y cloroplastos, y ahora, en el diminuto punto que Zehr y Hagino habían encontrado dentro de Bigelowii. Las bacterias fijadoras de nitrógeno ya no eran bacterias. Se habían convertido en parte de Bigelowii, un microorganismo independiente transformado en orgánulo.

Zehr y su equipo decidieron llamarlo Nitroplast.

Esto también significaba que Bigelowii había roto la regla fundamental de que solo los organismos simples, como las bacterias, podían extraer nitrógeno del aire. Las algas son los primeros organismos conocidos, pertenecientes a la rama compleja del árbol de la vida, capaces de extraer nitrógeno del aire.

Aunque aún es pronto, Coale afirma que el descubrimiento podría tener grandes repercusiones para sectores como la agricultura. «Este organismo ha logrado lo que décadas de biotecnología no pudieron, ¿verdad? Ha incorporado esta capacidad a la célula mediante ingeniería genética. Es lógico pensar que podríamos aprender mucho de esto», declaró.

Zehr, aunque con un optimismo cauteloso, cree que las plantas autofecundantes aún están lejos de ser una realidad. «Lo desalentador es que es realmente difícil pasar de lo que sabemos sobre el nitroplasto a la ingeniería de una planta», dijo. «Pero si no das un paso, no vas a dar cien».

Zehr y Hagino están entusiasmados por ver adónde les llevará la investigación. Pero para ellos, nunca se ha tratado realmente de cambiar el mundo. Han dedicado sus carreras a estudiar sus pequeñas piezas del rompecabezas, sin saber qué encontrarían, pero con la esperanza de que cualquier descubrimiento les enseñara algo más sobre cómo funciona el mundo natural.

Y en ese sentido, aún queda mucho por aprender.

“Esta experiencia ha demostrado que no sabemos qué investigaciones serán útiles ni cuándo”, dijo Hagino.

“Algunos de los avances más importantes pueden surgir de cosas inesperadas”, dijo Zehr. “Y este podría ser uno de esos casos”.