Unos 50 millones de años antes de que los humanos lo descubrieran, la agricultura llegó al mundo en un lugar aparentemente improbable: un hormiguero.
Evitando el trigo o el arroz por hongos blancos plumosos, las hormigas cultivaron su cultivo de hongos, proporcionándoles cuidado a cambio de alimento. Pero al igual que sus contrapartes humanas que vendrían después de ellos, las hormigas enfrentaron el problema perenne de la enfermedad de los cultivos, en estecaso de un hongo parásito, que amenazaba con eliminar sus cosechas.
Entonces, los criadores de hormigas desarrollaron otra asociación. Ofrecieron refugio y nutrición a un cierto grupo de bacterias, las Actinobacterias, que a su vez produjeron antibióticos capaces de mantener a raya al parásito. Para ayudar a las bacterias a quedarse, las hormigas'exoesqueletos evolucionaron bolsillos especializados que protegieron y alimentaron a sus parejas.
Estas estructuras parecían tan intrincadas que los científicos creían que solo tenían la oportunidad de evolucionar una vez, ya que los granjeros de hongos originales eventualmente divergieron en las 250 especies de criadores de hormigas que encontramos hoy. Pero escribiendo hoy 1 de octubre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , los investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison revelan que estas estructuras que albergan bacterias evolucionaron independientemente tres veces.
Los resultados dejan en claro que la amenaza constante de los parásitos de los cultivos empujó repetidamente la evolución en direcciones sorprendentemente similares, creando estructuras que ayudaron a las hormigas a reforzar su asociación con las bacterias. Y su uso exitoso de antibióticos protectores durante eones sugiere que las hormigas pueden tener lecciones paramedicina humana, que rápidamente se enfrentó a la resistencia de los patógenos a nuestros antibióticos más importantes.
El trabajo fue dirigido por el profesor de bacteriología UW-Madison Cameron Currie y Hongjie Li, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Currie. Se asociaron con colegas de la Universidad Estatal de Arizona, la Universidad de Sao Paulo, la Facultad de Medicina de Harvard y el Smithsonian.
"Este trabajo proporciona información fascinante sobre un animal que usa bacterias para proporcionar antibióticos durante un largo período de tiempo", dice Currie, quien ha investigado la dinámica de las hormigas agrícolas durante 20 años.
Los investigadores realizaron una encuesta exhaustiva de 69 especies de hormigas, obteniendo diversas muestras de hormigas de las colecciones de la Universidad Estatal de Arizona y el Smithsonian. El equipo de investigación reconstruyó el árbol evolutivo de las hormigas utilizando fragmentos de sus secuencias genómicas. El árbol resultante sugirió queLa asociación entre las hormigas y las bacterias evolucionó poco después de que las hormigas comenzaron a cultivar.
Otra evidencia del antiguo origen de la relación entre las bacterias y las hormigas provino de un puñado de hormigas productoras de hongos congeladas fortuitamente en ámbar de lo que ahora es la República Dominicana. A través de la savia de árbol endurecida, los investigadores pudieron detectar los signos reveladores de bacteriasaferrándose a los cuerpos de las hormigas. Con el ámbar fechado entre 15 y 20 millones de años, el equipo de Currie pudo validar sus datos genómicos y mostrar que la simbiosis antibacteriana era al menos tan antigua como las muestras de ámbar.
El trabajo anterior había insinuado la evolución temprana de la asociación antibacteriana, dice Li, pero "este documento proporciona mucha más evidencia de que este es un sistema antiguo".
Utilizando microscopía electrónica de aumento ultra alto, los investigadores examinaron las hormigas en busca de estructuras especializadas que albergan bacterias, conocidas como criptas. Las imágenes microscópicas mostraron que la mayoría de las especies vivas de hormigas agrícolas tenían criptas y estructuras relacionadas que podían soportar las Actinobacterias. Peroel número de especies de hormigas no tenían estas estructuras.
Cuando mapearon los datos de la cripta sobre el árbol evolutivo reconstruido, el equipo de Currie vio que las criptas habían evolucionado no una vez, sino tres veces por separado durante la evolución de las hormigas agrícolas.
Pero las criptas no eran ubicuas. Algunas especies han perdido estructuras obvias para soportar bacterias. Los investigadores demostraron que las hormigas que han eliminado las criptas también han perdido cualquier rastro de Actinobacterias simbióticas.
Currie y Li se aventuran a que las hormigas que ahora se crían en áreas más áridas ya no enfrentan la amenaza constante de la enfermedad fúngica parasitaria. Dado que albergar y alimentar a las bacterias puede usar hasta un cuarto de la energía de una hormiga, se volvió más ventajoso paralas hormigas se separan de sus antiguos compañeros.
Aparentemente no contentos con imitar el estilo de vida agrícola de la hormiga, los humanos luego recurrirían al mismo grupo de bacterias, las Actinobacterias, para la mayoría de nuestros antibióticos clínicos. Que las hormigas, durante millones de años, hayan usado antibióticos similares para proteger sus hongosjardines de plagas sugiere que podríamos aprender de su éxito.
"Creo firmemente que hay mecanismos aquí que reducen la aparición de resistencia a los antibióticos", dice Currie.
Descubrir cuáles son esos mecanismos podría ayudarnos a extender la vida útil de nuestros propios antibióticos.
Este estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones U19 TW009872-05, U19 AI109673 y DMR-1720415, la National Science Foundation subvenciones DEB 1456964 y 1654829 y la Sao Paulo Research Foundation-FAPESP subvención2013 / 50954-0.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Eric Hamilton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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