Un equip de recerca internacional ha desenvolupat per primera vegada un conjunt d'eines genètiques que ajudaran a convertir als parents unicel·lulars més pròxims dels animals, els protists, en organismes model per a estudiar l'origen de formes de vida complexes. L'estudi, en que han col·laborat investigadors de l'Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-Universitat Pompeu Fabra) a Barcelona, recopila una important col·lecció de protocols per a realitzar experiments genètics en microbis marins de tot l'arbre eucariota. Publicada avui 6 d'abril en la revista Nature Methods, la recerca suposa un pas essencial per a comprendre les instruccions cel·lulars que hi ha darrere dels orígens i l'evolució de la vida animal. El treball ha estat finançat per la Gordon and Betty Moore Foundation, que durant els últims 16 anys ha impulsat a investigadors de tot el món per a identificar microbis marins i aprendre com interactuen entre si i amb el medi a través de la seva Iniciativa de Microbiologia Marina.

Els oceans cobreixen el 70 per cent de la superfície de la Terra i alberguen una sorprenent diversitat de vida microbiana. En el seu interior, els eucariotes microbians marins sustenten la xarxa alimentària més gran del planeta i influeixen en els cicles biogeoquímics globals que preserven l'habitabilitat de la Terra. Aquests organismes són particularment diversos i poden proporcionar informació sobre l'evolució, inclosos els orígens de formes de vida complexes, com revela l'anàlisi dels seus genomes. No obstant això, fins ara hi havia molt pocs protists que servissin com a sistema model, és a dir, organismes ben estudiats que poden manipular-se genèticament per a revelar la funció i expressió gèniques. A més, l'alt risc associat a la recerca enfocada al desenvolupament d'eines ha restringit durant molt de temps els avanços científics en aquest àrea.

En resposta a aquesta limitació, fa quatre anys la Fundació Moore va llançar una ambiciosa inversió de 15 milions de dòlars per a donar suport al desenvolupament d'eines genètiques en micro eucariotes marins (protists), entre els microbis marins més diversos però menys entesos.

Com a resultat de la col·laboració internacional, ara la comunitat de científics involucrada en aquesta iniciativa publica en Nature Methods un conjunt d'eines genètiques per a estudiar protists de tot l'arbre eucariota i principalment d'hàbitats marins.

Eines genètiques per a desxifrar la complexitat

Els investigadors han fet un esforç col·lectiu per a reunir per primera vegada eines genètiques que permeten manipular 14 espècies protists. Les noves eines de manipulació genètica en protists poden llançar llum sobre les formes de vida eucariotes ancestrals, la diversificació de proteïnes i l'evolució de les vies cel·lulars.

En l'estudi, diversos equips de recerca han aconseguit introduir ADN en protists marins i ara treballen per a emprar tècniques genètiques, com CRISPR / Cas9, per a manipular genomes protists. "Fins ara hem desenvolupat amb èxit la tècnica de transfecció, que és el pas inicial per a manipular aquests organismes en un futur proper", diu Elena Casacuberta, investigadora principal de l'IBE i coautora principal d'aquest estudi.

Un esforç col·lectiu per a estudiar l'origen dels animals

L'estudi, que publica Nature Methods i en el qual han participat 113 coautors de 53 institucions en 14 països diferents, ofereix instruccions i una àmplia selecció de protocols per a editar els gens de diversos protists marins.

La comunicació activa i la col·laboració entre els investigadors ha estat clau per a accelerar la recerca, que ha donat com a resultat un compendi de 200 protocols de laboratori compartits a través del grup PROT-G i al web protocols.io, creat per a ajudar altres científics a beneficiar-se d'aquest esforç col·lectiu.

"Generar eines genètiques des de zero en espècies protists és molt difícil i requereix una llarga fase d'assaig i error fins que s'aconsegueix un protocol de treball. Aquest article recull molts protocols que funcionen, però també inclou molts dels que no funcionen, ja que considerem que totes dues informacions son necessàries per a construir una guia completa per a la comunitat científica sobre com transformar qualsevol protist en un organisme model", agrega Casacuberta.

"Esperem veure com els protocols i l'orientació revelats pels científics en aquest estudi accelerin el desenvolupament d'eines genètiques en protists marins", afegeix Adam Jones, responsable de programes en la Gordon and Betty Moore Foundation.

Recerca que obre nous interrogants

Els mètodes desenvolupats en aquest treball poden llançar llum sobre l'estudi de processos crucials en els ecosistemes marins i també sobre l'origen i evolució de formes de vida complexes.

"Amb el desenvolupament d'eines genètiques en els organismes unicel·lulars més estretament relacionats amb els animals estem establint les bases per a comprendre millor com van sorgir les formes de vida complexes", diu Iñaki Ruiz-Trillo, investigador principal de l'IBE i coautor d'aquest estudi.

"En el futur proper avançarem en les tècniques desenvolupades en A. whisleri, un important model protist per a comprendre els orígens evolutius dels animals, així com en altres parents unicel·lulars. Comprendre el cicle de vida d'aquests organismes utilitzant les noves eines genètiques disponibles ens permetrà abordar experimentalment diferents escenaris evolutius que fins ara no ens eren accessibles", conclou Casacuberta.

La Gordon and Betty Moore Foundation ha finançat l'estudi.

Article de referència: Faktorová, D., Nisbet, R.E.R., Fernández Robledo, J.A. et al. Genetic tool development in marine protists: emerging model organisms for experimental cell biology. Nature Methods; April 2020. DOI: 10.1038/s41592-020-0796-x