El crecimiento de un hongo bondadoso: al límite del conocimiento de la endocitosis


Proyecto altamente recomendable en la convocatoria “Fronteras de la ciencia”



Ciencias de la vida

De manera regular, el ser humano relaciona a los hongos en el cuerpo con enfermedades, casi como si fueran sinónimos. Aunque es propensa a microrganismos que pueden afectarlo (patógenos), en realidad la especie humana vive por el contacto constante con muchos hongos y bacterias, en una actividad equilibrada.

El numeroso reino fungi es el elemento clave para que existan las especies terrestres: los hongos son especies resistentes, con grandes capacidades de adaptación, de los cuales aún se desconocen algunos procesos. Los descubrimientos que se han hecho sobre la naturaleza de los hongos han ayudado a explicar cuál es su función en el ciclo de la vida como la conocemos, cómo crecen y cómo es posible controlarlos.

Evaluado como altamente recomendable, el proyecto “Hongos filamentosos, un nuevo modelo para la comprensión de la endocitosis”, coordinado por la Dra. Rosa Mouriño Pérez, del Departamento de Microbiología del CICESE, es ahora apoyado por la convocatoria del CONACYT “Fronteras de la ciencia”.

Este proyecto se centra en la endocitosis del hongo Neurospora crassa, es decir, en el proceso biológico celular que tiene como función fundamental la recuperación, tanto de moléculas del exterior de la célula como de la membrana plasmática y proteínas, que indican a la célula hacia dónde crecer.

La bondad de Neurospora crassa se basa en que se poseen todas las herramientas genéticas para manipularlo. Es fácil de modificar para generar mutantes, marcar proteínas para hacer un seguimiento de ellas y, como todo su genoma está secuenciado, se conocen bien sus propiedades.

“En los hongos filamentosos (la endocitosis) es un proceso muy interesante, porque estas células tienden a crecer de manera polarizada, es decir, crecen como si fueran tubitos largos, a diferencia de las células animales que crecen hacia todos lados, redondas”, mencionó la Dra. Rosa Mouriño. Las neuronas, los tubos de polen y las raíces de las plantas crecen de una manera muy similar (y muchos otros ejemplos que pueden encontrarse en la naturaleza), pero se desconocen todos los mecanismos que regulan este tipo de crecimiento tan particular.

Cada uno de los organismos tiene sus mecanismos para alcanzar este tipo de crecimiento. De hecho, son los hongos quienes ejercen una relación simbiótica con la planta para degradar ciertas moléculas. Así, la planta aprovecha la energía, crece mejor y se mantiene comunicada con otras especies a través de varias hectáreas.  

Los proyectos que apoya la convocatoria “Fronteras de la ciencia” deben ser verdaderamente una propuesta al límite de lo conocido, para conocer algo que no se sabe, desde el conocimiento más básico.

En los últimos 50 años, la idea de que estas células crecen de manera polarizada se fundamenta en cuál es la ruta de secreción de estos organismos. “Pero hace algunos años, los investigadores empezamos a verlo desde otra perspectiva: se descubrió que en los hongos, en la zona subapical, la región que está por debajo de donde está creciendo, hay un anillo especializado para hacer endocitosis. Mientras la secreción inyecta vesículas a la membrana plasmática desde el Spitzenkörper para que crezca, en este anillo se va quitando parte de esta membrana”, mencionó la investigadora.

En esta región se remueve el exceso de membrana y de proteínas, que les indican a las vesículas secretoras a dónde tienen que ir, por lo tanto, hacia dónde debe crecer. Cuando no pasa eso, la célula empieza a crecer para todos lados (crecimiento isotrópico), en lugar de crecer de manera polarizada o tiene periodos intermitentes de crecimiento polarizado.

En todas las células, este proceso esta mediado por una proteína llamada clatrina, responsable de formar una cubierta alrededor de la vesícula que será introducida a la célula. “Prácticamente toda la endocitosis que se da está mediada por clatrina. Pero nosotros encontramos que en ese collar tan importante para la endocitosis no hay clatrina. Entonces surge la pregunta: ¿qué hay ahí? ¿qué es lo que está regulando la endocitosis en esta región? Otra proteína debe estar indicando el sitio donde se tienen que formar las vesículas, o simplemente es un proceso no regulado, lo cual sería muy sorprendente porque nada pasa al azar en una célula, todo está regulado”, explicó la Dra. Rosa Mouriño.

Este descubrimiento, este punto de lo conocido sobre la endocitosis, abre una serie de preguntas importantes que buscan establecer los mecanismos de regulación y sus rutas para llevar a cabo este proceso, y por lo tanto, el crecimiento celular del hongo. Este es el objetivo del proyecto.

Muchas de las investigaciones que han llevado a la comunidad académica hasta este punto  han surgido en el Laboratorio de Microbiología del CICESE y de las publicaciones de los investigadores, en colaboración internacional con investigadores de distintas universidades que también trabajan sobre el proceso de endocitosis. Tal es el caso del Dr. Brian Shaw, investigador de la Universidad de Texas A&M, institución que junto al CONACYT financiaron durante año y medio la primera etapa de este estudio.  

Por lo tanto este proyecto, ya aprobado para los siguientes dos años, es la continuación de las bases planteadas en esa etapa exploratoria, en la que buscaron una serie de proteínas asociadas a la endocitosis, tanto en Aspergillus nidulans (organismo que estudia el Dr. Shaw) como en Neurospora crassa (estudiado por la Dra. Mouriño y el Departamento de Microbiología del CICESE).

El manejo del proyecto contempla la colaboración de estudiantes de licenciatura, posgrado y la contratación de un posdoctorante. Dentro de su planeación también está previsto un taller que reunirá a los investigadores de varios países que trabajan en esta área, para gestar un encuentro y avanzar en conjunto. Si los avances del proyecto pueden observarse y generalizarse en otros organismos, además de Neurospora crassa, el impacto del proyecto será mucho más amplio.

Por parte del CICESE participan también Olga Alicia Callejas, técnica del laboratorio, y el Dr. Salomón Bartnicki, fundador del Departamento de Microbiología y experto en el crecimiento polarizado y la secreción de los hongos filamentosos.

Proyecto de ciencia básica

En un momento donde la política científica da énfasis a los proyectos que aplican el conocimiento científico, la investigación básica se distingue por ser la parte fundamental para el desarrollo de la ciencia: nada puede ser aplicado si no se tienen las bases. “Si analizamos desde lo conceptual, el conocimiento científico es uno solo; que nace en el momento en que no se sabe absolutamente nada, y que simplemente es la generación del conocimiento del proceso que está ocurriendo. Y ese proceso va madurando hasta que llega a un punto en el que se puede aplicar. En realidad es el mismo proceso, aunque a veces queremos hacer una dicotomía entre lo básico y lo aplicado”, mencionó la investigadora. “La ciencia básica es un cuento de nunca acabar porque al momento de contestar preguntas,  surgen muchas más. Y así vamos avanzando”.

La endocitosis y su relación con la clatrina es un proceso muy importante porque participan muchos genes esenciales. Si no se produce esa proteína, la célula se muere.

Aparentemente esta era una explicación, pero ahora los investigadores se han dado cuenta que esa explicación está incompleta: que si no se comprende globalmente todo lo que ocurre, no será posible entender ni el crecimiento polarizado ni la morfogénesis. “Es meter un elemento nuevo que ayudará a tener una visión más completa de cómo se dan estos procesos fundamentales. Esa es la importancia. Fundamentar bien para que en el futuro, alguien utilice esto”, dijo.

¿Por qué estudiar a los hongos?

De manera cotidiana, el contacto con los hongos es tan común como consumir pan, vino y cerveza, cuya levadura es el hongo Saccararomyces cerevisiae, sumamente benéfico para este proceso de fermentación.

Si consideramos este ejemplo, conocer cómo es este hongo, cómo funciona y cómo crece, permite crear y mejorar un producto que no genere consecuencias nocivas al momento de consumirlo (más allá de las conocidas por abusar de un alimento o una bebida fermentada).

Cuando se conocen las similitudes de crecimiento entre distintas células, es posible interpretar lo que sucede dentro de ambos sistemas. Como en el caso del crecimiento polarizado de las neuronas, es mucho más complejo estudiarlo en esas células que en la Neurospora crassa. Es posible entender los mecanismos comunes al estudiar diferentes modelos y extrapolar los hallazgos al modelo relevante desde el punto de vista del ser humano. Obviamente, es necesario comprobar los hallazgos, pero la Neurospora crassa, en este caso, es un semillero de hipótesis de cómo pueden ser las cosas dentro de una red neuronal. 

Los hongos filamentosos tienen la particularidad de colonizar sustratos y crecer en ellos. Al final de cuentas la función de los hongos en el ambiente, sean filamentosos o levaduriformes,  es el reciclamiento de materia orgánica para que pueda ser aprovechada desde los elementos primarios hasta los predadores tope, un punto clave de los ciclos biogeoquímicos.

 

Palabras clave: Neurospora, crassa, hongos, fronteras, proyecto, Mouriño

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