Neurospora crassa, un modelo para la biología molecular

Por Karla Navarro

Ensenada, Baja California. 14 de diciembre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Especialistas del Departamento de Microbiología del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), desarrollan estudios de vanguardia en torno a Neurospora crassa, un hongo filamentoso que ofrece múltiples ventajas como modelo de laboratorio.

La descripción del mecanismo responsable de la síntesis de la pared celular de Neurospora crassa, mediante técnicas de microscopia focal, apuntaló desde hace más de una década al Departamento de Microbiología dentro de la comunidad científica internacional dedicada al estudio de este hongo.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, la doctora Meritxell Riquelme Pérez, investigadora y jefa del Departamento de Microbiología, expuso que el ciclo sexual de Neurospora crassa puede ser completado en un par de semanas en el laboratorio, lo que representa una de sus ventajas principales.

Recordó que los trabajos de investigación que desarrollaron con esta especie los científicos Edward L. Tatum y George W. Beadle, los hicieron merecedores del Premio Nobel en 1958, tras descubrir en especímenes mutantes que un gen codifica para una enzima, conocimiento que se extrapoló como uno de los dogmas principales de la biología.

“Además es el primer hongo filamentoso que se ha secuenciado y publicado con acceso público, en 2004 ya se tenía la secuencia del hongo, eso permite bioinformáticamente identificar genes putativos y etiquetar proteínas de interés”, resaltó la investigadora.

Crecimiento apical

Fuente: Neurospora, contributions of a model organism.La doctora Riquelme Pérez relató que desde 2004 iniciaron sus investigaciones sobre Neurospora crassa en el CICESE, sin embargo, antes de adentrarse a la biología molecular del hongo, fue necesario afinar técnicas.

“En ese momento tuvimos que poner a punto todas las técnicas para expresar proteínas recombinantes, desde conseguir los plásmidos que se utilizan para este tipo de biología molecular recombinante, hasta poder transformar el hongo y luego poder visualizar proteínas recombinantes que estaban etiquetadas con GFP”, explicó.

Señaló que entre sus intereses principales está el crecimiento del hongo, la forma en que las células se extienden por el ápice y cómo ese crecimiento está regulado por una interacción de diferentes genes y proteínas.

“Esta alta regulación implica que haya muchas interacciones entre proteínas y en las células para que todo vaya a donde tiene que irse; es decir, se sintetizan en un lugar pero tienen que movilizarse a otro lugar específico y ahí hacer una función específica”, indicó la investigadora del CICESE.

Aclaró que aunque desde hace varios años lograron identificar que los hongos crecen por la punta, -donde se acumula una gran cantidad de vesículas-, al inicio de las investigaciones no había evidencia in vivo que comprobara que las vesículas transportaban enzimas biosintéticas de la pared celular.

“Lo que hacemos en el laboratorio es intentar ver qué enzimas forman la pared celular y cómo viajan estas enzimas en vesículas desde los sitios de síntesis hasta el lugar a donde se incorporan a la membrana plasmática”, subrayó.

Un modelo matemático

Para el doctor Salomón Bartnicki García, investigador del Departamento de Microbiología del CICESE, el hecho de que aún no se hayan desarrollado aplicaciones biotecnológicas a partir de Neurospora crassa, no resta relevancia a las múltiples investigaciones de las que es objeto.

“La ventaja de Neurospora es que las células tubulares son muy grandes y se puede ver claramente su interior y estructuras subcelulares; la mayoría de los hongos tienen hifas muy delgaditas que llegan al límite de la microscopia; con este hongo tenemos esa ventaja y además crece muy rápido”, destacó.

En 1989, el doctor Bartnicki García, entonces profesor de la Universidad de California en Riverside (UCR), en colaboración con dos matemáticos de la misma institución, explicó por medio de algoritmos el crecimiento del hongo.

“Me dijeron que la descripción matemática iba a ser muy difícil pero lo que podíamos hacer era una simulación del crecimiento; ellos elaboraron un programa para ver cómo podía crecer una célula en la computadora, usando en vez de vesículas, pixeles”, detalló.

Al observar el proceso de crecimiento, el doctor Bartnicki y sus colegas se percataron de que, se podía simular la generación de un tubo por su punta, enviando pixeles en todas direcciones desde un centro suministrador avanzando en línea recta, proceso que describieron matemáticamente.

“Se vuelve complicada esa formulación matemática pero al final de cuentas, si uno la grafica, se obtiene una morfología que es casi idéntica a la morfología del tubo, partiendo de esto que le llamamos el centro suministrador de vesículas”, abundó.

Comentó que al hacer la comparación entre las imágenes reales del crecimiento del hongo y las gráficas del modelo matemático, la morfología de la ecuación resultó idéntica a la de la célula y a partir de ello se define que la estructura que existe en el ápice del hongo, llamado Spitzenkörper, funciona como centro suministrador de vesículas.

Confirmación con Neurospora

Más de 15 años transcurrieron para que el doctor Salomón Bartnicki confirmara que el análisis matemático que desarrolló con sus colegas de la UCR –efectivamente- definía el crecimiento del hongo.

Dr. Salomón Bartnicki.“Gracias al microscopio confocal y a técnicas de genética molecular, se pudieron visualizar estructuras que antes no se podían ver con certeza pero ya con la microscopia confocal tenemos imágenes que nos dan idea bien clara de qué es lo que está sucediendo”, afirmó Bartnicki.

Consideró que contar con la capacidad de seguir en vivo las células de Neurospora crassa en crecimiento, resultó en hallazgos extraordinarios y una investigación de vanguardia que posicionó a nivel internacional el trabajo del Departamento de Microbiología.

“Fue el primer trabajo de esta naturaleza en todo el mundo, nadie sabía exactamente para qué servía esta estructura Spitzenkörper, en el ápice del hongo, hasta que se marcaron con fluorescencia las enzimas que hacen la pared celular y a partir de eso ya tenemos la certeza de que la función de esta estructura es hacer la pared de este hongo”, puntualizó.

Más por descubrir

Si bien reconoce que la colaboración de cuatro grupos de investigación del CICESE para estudiar diferentes aspectos de Neurospora crassa, ha derivado en valiosas aportaciones científicas, para la doctora Meritxell Riquelme todavía queda mucho por descubrir sobre la especie.

“En CICESE somos cuatro grupos dedicados a estudiar este hongo y contar con excelentes equipos de microscopía que han permitido muchos análisis que han ayudado a ponerlo en el punto de mira de lo que se puede hacer a nivel de biología celular”, estimó.

Consideró que –en conjunto- los investigadores del Departamento de Microbiología del CICESE han aportado con grandes contribuciones para que Neurospora crassa se siga usando como un buen modelo de estudio de biología celular.

 

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