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| Shipworm (inset) and its burrows. (USGS [inset], Rosser1954/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0) |
¿Cómo se alimentan los gusanos de la madera? Análisis de los genomas de los simbiontes de las lombrices de mar en busca de enzimas modificadoras de la lignina
Los gusanos de barco son moluscos de importancia ecológica y económica que se alimentan de material vegetal leñoso (biomasa lignocelulósica) en entornos marinos. La digestión se produce en un ciego especializado, que, según los informes, es prácticamente estéril y carece de microbiota intestinal residente. Las enzimas de degradación de la madera son producidas tanto de forma endógena como por bacterias endosimbióticas de las branquias, y las enzimas extracelulares de estas últimas son transportadas al intestino. Las investigaciones anteriores se han centrado principalmente en el modo en que estos animales procesan el componente de celulosa del material vegetal leñoso, descuidando la descomposición de la lignina, un polímero duro y aromático que bloquea el acceso a los componentes de holocelulosa de la madera. Se ha demostrado que la modificación y despolimerización enzimática o no enzimática de la lignina es necesaria en otros sistemas biológicos que degradan la madera como precursora de la deconstrucción de la celulosa. Hemos investigado los genomas de cinco simbiontes bacterianos de las branquias de las lombrices de mar obtenidas de la Revisión Integrada de Genomas Microbianos y Microbiomas del Instituto Conjunto del Genoma para la producción de enzimas modificadoras de la lignina, o ligninasas. Los genomas se buscaron en busca de ligninasas putativas utilizando la herramienta Function Profile del Instituto del Genoma Conjunto y análisis blastp. Las proteínas resultantes se modelaron con SWISS-MODEL. Aunque cada genoma bacteriano poseía al menos cuatro ligninasas predichas, los porcentajes de identidad y los modelos de proteínas eran de baja calidad y poco fiables. Investigaciones anteriores demuestran la limitada capacidad endógena de los gusanos de mar para modificar la lignina a nivel químico/molecular. Del mismo modo, nuestros resultados revelan que es poco probable que las enzimas bacterianas de los gusanos de mar desempeñen un papel en la modificación de la lignina durante la digestión de la lignocelulosa en el intestino del gusano de mar. Esto sugiere que nuestra comprensión de cómo estos organismos clave digieren y procesan la lignocelulosa es incompleta, y que es necesario seguir investigando sobre mecanismos no enzimáticos y/o desconocidos para la modificación de la lignina.
Los gusanos de barco son voraces devoradores de madera. Durante miles de años, estas "termitas del mar" han hundido barcos y derrumbado muelles con su insaciable apetito.
A día de hoy, todavía no sabemos cómo devoran tanto material vegetal leñoso con tanta rapidez.
"Es increíble", afirma el microbiólogo Reuben Shipway, de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido).
"Los antiguos griegos escribieron sobre ellos, Cristóbal Colón perdió su flota debido a lo que llamó 'los estragos que el gusano había causado' y, hoy en día, los gusanos de los barcos causan miles de millones de dólares de daños al año".
Y, sin embargo, siguen siendo una curiosidad. En comparación con los animales terrestres que se alimentan de madera, como las termitas, los gusanos de los barcos han sido ignorados por los científicos. Como resultado, sabemos muy poco sobre cómo estos organismos marinos clave digieren el material vegetal leñoso.
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| Un gusano naval, Teredo navalis. (Borges et al., Centro de Investigación de Materiales y Costas) |
La digestión suele estar relacionada con los microbios, pero recientemente se ha descubierto que los gusanos de barco, que en realidad son almejas de agua salada, poseen unas tripas sorprendentemente estériles. Mientras que sus branquias pueden enviar enzimas para digerir la celulosa cuando es necesario, los investigadores no pueden averiguar cómo los bivalvos trabajan a través de la lignina, que es el "hormigón" en el que están incrustados los azúcares de la madera.
A diferencia de los animales que devoran la madera en tierra, como las termitas y las lombrices de tierra, las lombrices de barco no parecen abordar la lignina de la misma manera. Les faltan las enzimas que suelen descomponer este duro material.
"Busqué en los genomas completos de cinco especies diferentes de lombrices de barco los grupos de proteínas específicos que crean las enzimas que sabemos que son capaces de digerir la lignina", explica el microbiólogo Stefanos Stravoravdis, de la Universidad de Massachusetts, en Amherst.
"Mi búsqueda no ha dado lugar a nada".
Entonces, ¿cómo hacen los gusanos de barco para digerir toda esa madera? Sigue siendo un misterio.
Las investigaciones anteriores sobre este grupo de almejas de agua salada tampoco han identificado ninguna enzima conocida que descomponga la lignina, sólo las que descomponen la celulosa.
Sin embargo, las enzimas no son la única forma en que un organismo puede atacar el material leñoso. Por ejemplo, el gusano gribble. Se trata de otro crustáceo marino que perfora la madera y que no utiliza enzimas para descomponer la lignina de sus alimentos. En su lugar, el gusano gribble segrega hemocianinas en su intestino, que son proteínas que pueden hacer que la lignina sea más porosa, permitiendo que otras enzimas penetren y descompongan la celulosa de su interior.
Algunos hongos también utilizan una estrategia no enzimática cuando engullen la madera. El hongo de la podredumbre parda, por ejemplo, complementa un pequeño conjunto de enzimas intestinales con una serie de especies reactivas de oxígeno, que pueden descomponer la lignina incluso más rápido que las enzimas.
Quizá los gusanos de barco hagan algo parecido. No tenemos suficiente investigación para decirlo.
Aunque estos crustáceos marinos son mucho menos molestos para nuestra infraestructura hoy en día, siguen siendo actores importantes en ciertos ecosistemas. Merece la pena conocerlos, sobre todo porque su sistema digestivo podría ayudarnos a obtener formas de energía más ecológicas a partir de los restos de madera.
Por el momento, acceder a los biocombustibles dentro de los excedentes de madera es un proceso caro e ineficiente. Pero tal vez haya algo que aprender de los animales y los hongos que llevan mucho más tiempo que nosotros tratando este duro sustrato.
Fuentes, créditos y referencias:
El estudio se ha publicado en Frontiers in Microbiology.
Traído gracias a ScienceAlert