Buchnera aphidicola: un genoma chiquitito

Buchnera aphidicola es una Proteobacteria de la familia Enterobacteriaceae relacionada filogenéteicamente con E. coli. Sin embargo esta bacteria es un endosimbionte de aphidos, especialmente Acyrthosiphon pisum comúnmente conocido como el áfido de los guisantes. 

Se cree que la relación simbiotica entre ambos comenzó hace cerca de 200 millones de años, cerca del inició de los afidos y que desde entonces han co-evolucionado a tal punto que ninguno puede sobrevivir sin el otro. B. aphidicola vive dentro de estructuras especializadas en el áfido, conocidas como bacteriocitos y ahí se reproducen y se transmiten de madre a hijo entre los áfidos. 

Esta larga relación simbiotica ha marcado de manera única el camino evolutivo de esta bacteria, haciendo que se diferencia de manera significativa de otras bacterias de su misma familia y filo. Todas las proteobacterias son gram-negativas, y si bien B. aphidicola posee la estructura de la pared celular de pepetidoglucano de una bacteria gram-negativa esta carece de los genes para codificar lipoproteinas, por lo que no tiene membrana externa como el resto. Al mismo tiempo que perdió los genes para la respiración anaerobia, síntesis de carbohidratos complejos, ácidos grasos y amino azucares. 

Estos cambios en el genoma de B. aphidicola han hecho que sea una de las bacterias con el genoma más pequeño caracterizándose por poseer una hebra circular principal y un promedio de dos plasmidos por célula. Dándole además características de estabilidad genética poco observadas en bacterias. Se cree que sus antepasados tenían vida libre como otras proteobacterias, pero la co-evolución con los áfidos y la falta de intercambio genético por su transmisión vertical han hecho que sigan esta vía evolutiva tan peculiar. Por lo que se ha convertido en un modelo de estudio para los mecanismos de evolución de la endosimbiosis.   

La falta de genes para la codificación de lipoproteinas le confiere características de poca o nula patogenisidad a esta bacteria, diferenciandola aun más del resto de proteobacterias. Esto le permite una mejor relación de mutualismo con su hospedero, el cual al alimentarse del floema de las plantas tiene una dieta rica en carbohidratos que brinda como alimento a las bacterias B. aphidicola. Sin embargo el floema es bastante deficiente en otros nutrientes como el nitrógeno, por lo que los áfidos no pueden obtener de su alimentación los aminoácidos esenciales para vivir. De modo que B. aphidicola evoluciono a fin de perder los genes que codifican los factores de regulación en la síntesis de aminoácidos, permitiendo que se sintetice un exceso de estos que pasan a formar parte del áfido por medio de vesículas excretadas por la bacteria. 

Este genoma pequeño y todas las modificaciones genéticas que caracterizan a B. aphidicola hacen de esta bacteria uno de los endosimbiontes más especializados y estables que se conocen, debido a que carece de cualquier medio para sobrevivir fuera de su hospedero, al mismo tiempo que su hospedero es incapaz de sobrevivir sin ella. 

Redactado por:

Luisa Fernanda Valdés Calderón

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Referencias:

• Pérez-Brocal V.; R. Gil, S. Ramos, A. Lamelas, M. Postigo, J. Michelena, F. Silva, A. Moya y A. Latorre . 2006. A small microbial genome: the end of a long symbiotic relationship? Science 314 (5797): 312-313.
• Douglas, A. 1998. Nutritional interactions in insect-microbial symbioses: Aphids and their symbiotic bacteria Buchnera. Annual Review of Entomology 43: 17-38.
• Gil, R.; B. Sabater-Munoz, V. Perez-Brocal, F. Silva, A. Latorre. 2006. Plasmids in the Aphid endosymbiont Buchnera aphidicola with the smallest genomes. Gene 370:17-25.