Comunicación y división de tareas: estudio del rol de la saxitoxina (PSP) en la biología de la cianobacteria Raphidiopsis raciborskii

Abstract

El creciente aumento en la distribución global de floraciones de la cianobacteria Raphidiopsis (ex Cylindrospermopsis) raciborskii genera gran preocupación debido a su capacidad de producir compuestos tóxicos para humanos y animales. Se ha propuesto que su éxito y actual presencia en distintas latitudes se debe al desarrollo de ecotipos con diferente nicho y con distintas respuestas a los cambios ambientales. Dependiendo de su origen geográfico, sus poblaciones son capaces de producir alternativamente dos tipos de toxinas: saxitoxina y análogos (PSP, codificada por el cluster genético sxt) o cilindrospermopsina (CYL, codificada por el cluster genético cyr) o no ser tóxicas, lo que ha permitido determinar patrones geográficos de la especie. En nuestro país esta especie ha demostrado poseer el cluster de genes para la biosíntesis de saxitoxina, produciéndose en altas concentraciones. Un aspecto importante que recientemente ha surgido como una variable relevante para explicar el éxito de las cianobacterias es la presencia de una microbiota asociada al mucílago compuesto de exopolisacáridos que rodea a los filamentos de la cianobacteria. Al igual que para otros organismos y su microbiota, en el mucílago existe un intercambio de nutrientes, fuentes de carbono, gases y componentes celulares, entre otros. Hasta el momento se desconoce qué variables favorecen la producción de PSP en R. raciborskii cuál es su función biológica y ecológica, así como su relación con la microbiota. El objetivo general de esta tesis fue dilucidar el papel que juega la presencia de PSP en la biología y ecología de R. raciborskii. Para ello, se siguió una aproximación funcional y se combinaron estudios genómicos, metagenómicos y metatranscriptómicos a partir de experimentos de laboratorio con cepas de la especie. Los análisis filogenéticos, genómicos, filogenómicos en contexto con la literatura nos llevaron a proponer el origen de la especie en África central desde donde se propagó hacia las distintas regiones donde actualmente se distribuye. Además, mediante una aproximación experimental se observó que a baja densidad poblacional la síntesis de distintas PSP aumentó significativamente y cambió su perfil de variantes, lo que nos ha llevado a sugerir que estos compuestos formarían parte de un mecanismo de comunicación entre los integrantes de la población. Por último, se analizó la microbiota asociada a dos aislamientos de R. raciborskii pertenecientes a distintos ecotipos (uno productor de PSP y otro no tóxico). Se encontró que el ensamblaje de la comunidad asociada es ecotipo-dependiente y el análisis de transcriptómica reveló que las principales funciones que realiza la cianobacteria tienen que ver con la fotosíntesis y la fijación del carbono, mientras que el microbioma está involucrado mayoritariamente en la fijación de nitrógeno, molécula importante para la producción de PSPs. De acuerdo con estudios previos realizados por otros autores, los genes del cluster sxt fueron adquiridos por R. raciborskii a través de la transferencia horizontal de genes provenientes principalmente de bacterias. En este marco, es plausible hipotetizar que la presencia del cluster sxt en las poblaciones de América del Sur se debe a la adquisición de dichos genes a partir de su microbioma y que las PSP constituyen un mecanismo de comunicación entre los miembros del holobionte, quizás involucrado en el reclutamiento y el manteamiento de las especies que integran el microbioma.