¿Cómo puede el ovocito o el embrión de pocas células protegerse en el ambiente marino de agentes patógenos como las bacterias o los efectos de las toxinas?

Huevos y embriones marinos, la personificación misma de la vulnerabilidad, arrojados de un lado a otro como restos flotantes y chorros de agua en esos vastos cuerpos de agua, por no mencionar la multitud de predadores visibles e invisibles. ¿Cómo podrían salir vivos? Suena como una situación incierta por decir lo menos. Sin embargo, a través de ingeniosos procesos de adaptación que son sorprendentemente robustos y resistentes, los huevos y embriones marinos logran una nueva generación de generación tras generación. Los organismos marinos que dan a luz a sus vidas fuera de su cuerpo utilizan dos estrategias principales para proteger a futuros descendientes potenciales de agentes patógenos, el cebado inmune transgeneracional (TGIP) y la transmisión de parejas simbióticas , parejas que incluyen microbios y eucariotas, y transmisión vertical (madre -to-huevo) u horizontal (ambiente parental al huevo).

TGIP (cebado inmune transgeneracional)

• Bastante el bocado difícil de manejar, TGIP es similar a la Inmunidad pasiva. En humanos, la Inmunidad Pasiva consiste principalmente en la transferencia de anticuerpos de madre a hijo, en el útero y a través de la leche materna.
• La mayoría de los organismos marinos son invertebrados y carecen de la capacidad de producir anticuerpos. En cambio, la experiencia inmune de la madre se transfiere a sus huevos en forma de otros factores inmunes. Desde enzimas hasta azúcares, proteínas que se unen a microbios y hasta inhibidores, cubren toda la gama de moléculas biológicas y funciones efectoras.
• El proceso también ilustra la eficiencia láser de la parsimonia de la naturaleza. Los huevos y embriones consumen una gran cantidad de energía, una empresa peligrosa en los mejores momentos dado que la naturaleza no garantiza la seguridad alimentaria. Hacerlo fuera del cuerpo, como ocurre en muchos organismos marinos, lo hace más peligroso. En tal situación, crear una variedad de respuestas inmunitarias es una carga excesiva e incluso insostenible para los óvulos y embriones vulnerables.
• La transferencia materna de su experiencia inmune es una solución brillante. No solo ahorra a los huevos la carga excesiva de respuestas inmunes desde cero, sino que al transferir los factores que lograron disuadir a los patógenos que la madre encontró, es una transferencia de precisamente los que probablemente necesitan los huevos. Dos funciones esenciales, literalmente, salvadoras de vidas, se cumplieron de una sola vez. La investigación revela así que la transferencia transgeneracional de la experiencia inmunológica ya no es competencia exclusiva de los denominados animales ” superiores “.

Transmisión de parejas simbióticas, vertical (madre-a-huevo) u horizontal (peer-to-peer o medio-a-huevo)

• Un holobionte es un organismo hospedador más sus socios simbióticos, normalmente, pero no solo microorganismos.
• La transmisión de Symbiont de una generación a otra, ya sea vertical u horizontalmente, es esencial para el mantenimiento de holobiontes (1; vea la figura a continuación).
• Vertical, es decir, directamente de padres a hijos, y horizontal, es decir, indirectamente a través del entorno. También existen ejemplos de ambos modos juntos.
• La transmisión vertical tiene un inmenso beneficio para el socio simbiótico, ya que garantiza un nuevo cuerpo de host con cada generación sucesiva. Sin embargo, también hay un costo exorbitante para unir el carro tan firmemente a ese único compañero. En la extinción del compañero se encuentra la propia.
• La transmisión horizontal no ata tanto al vínculo mutuamente dependiente, sino que reduce las posibilidades de que los socios se encuentren infaliblemente generación tras generación.
• Como en el caso de la naturaleza, cada modo acentúa la fragilidad de tales relaciones biológicas, que solo sirve para aumentar la euforia que proviene de saber que han resistido la prueba del tiempo evolutivo.

Algunos ejemplos de TGIP (cebado inmune trans-generacional)
Bivalvos

• Vieira son Bivalvia. Sus huevos son fertilizados externamente en agua de mar.
• Un estudio encontró transferencia materna-a-huevo de proteínas antimicrobianas que eran muy potentes contra bacterias gram-negativas como E. coli y Vibrio anguillarum , y hongos como Pichia pastoris , lo que les causaba aglutinación y también la muerte (2 )

Cefalópodos (sepias, pulpos, calamares)

• En aguas costeras, las hembras adultas liberan huevos fertilizados que luego tienen que valerse por sí mismos por más de 2 meses. La yema proporciona los nutrientes necesarios. ¿Qué hay de la protección?
• Pregunta evidente ignorada durante mucho tiempo, solo en 2015 se identificaron factores antimicrobianos en el pez sepia, Sepia officinalis .
• Producido en las glándulas nidamentales genitales de la mujer y cuidadosamente secretado dentro y sobre las cáscaras de huevo, son un signo inequívoco de la inversión asidua de los padres en la futura defensa de sus crías (3, 4).

Moluscos incluyendo gasterópodos

• De manera espectacularmente colorida, un molusco se abre camino a la defensa antimicrobiana transgeneracional.
• El ‘bailarín español’ es un ejemplo deslumbrantemente colorido de defensa antimicrobiana dietética. Un gran molusco nudibranquio, Hexabranchus sanguineus , el ” bailarín español” vive entre los arrecifes de coral en toda la región del Indo-Pacífico (5).
• Como escriben Pawlik y otros, ” es famoso por su espectacular respuesta de natación, en la que la babosa arroja su cuerpo en amplias flexiones dorsoventrales, enviando producciones sincrónicas a través de los amplios márgenes rojos y blancos de su manto . Esta pantalla le ha valido el nombre común ‘bailarín español ‘ (6).
• Este molusco deriva potentes antimicrobianos de esponjas específicas que come y esparce indiscriminadamente sus huevos, coloreados de color rosa brillante a rojo y llamados ” cintas de huevos “, como rosetas en espiral (ver la figura a continuación) entre rocas y corales (5).
• Estos antimicrobianos, específicamente Macrolide, son> 10 veces más concentrados en las ” cintas de huevo ” y son poderosos antifúngicos (6). ¿Accidente? Improbable.

• Varios estudios muestran que los huevos de moluscos contienen otros compuestos antimicrobianos potentes (7, 8, 9, 10, 11).
• Estos incluyen factores que aglutinan bacterias y unen virus (12; consulte la tabla a continuación).
• Los estudios más recientes son más relevantes. En lugar de probar la potencia contra los microbios genéricos o contra los microbios humanos específicos de la enfermedad, probaron y mostraron actividad contra los microbios marinos, especialmente contra los que forman biopelículas sobre los moluscos (13).

• El gasterópodo Dicathais orbita incorpora varias estrategias contra el ataque microbiano (14).
• La superficie de la cáscara de huevo desalienta la fijación bacteriana.
• Se desprende de la capa externa que elimina los microbios que puedan haberlo colonizado.
• Secreta productos químicos aún no caracterizados que repelen el crecimiento bacteriano.

Digresando un poco, esta tabla de medicamentos aprobados (para humanos) descubiertos originalmente en organismos marinos alivia cualquier duda sobre su capacidad de ser una verdadera cornucopia de farmacopea (lo siento, no pude resistir una aliteración tan deliciosa) (15).

Algunos ejemplos de transmisión de simbiontes, vertical y horizontal
Moluscos incluyendo gasterópodos

• El gasterópodo Concholepas concholepas transmite verticalmente la bacteria Bacillus species a sus huevos. Ubicadas en la cápsula de huevo, estas bacterias inhiben la bacteria patógena, Vibrio parahaemolyticus (16).
• En un ejemplo aún más espectacular, no solo existe la transmisión vertical de una bacteria específica del molusco, Argopecten purpuratus , a sus huevos, la bacteria ingresa al intestino de las larvas subsiguientes y protege contra los patógenos durante el desarrollo de las larvas (17).

Esponjas

• Especializados en la transmisión vertical de sus socios microbianos simbióticos, las esponjas también han elegido literalmente poner todos sus huevos en una sola canasta en más de un sentido.
• Las arqueas, bacterias, levaduras, los microorganismos específicos asociados con esponjas, microorganismos específicos de esponjas, o con esponjas y corales, esponjas y microorganismos específicos de coral, se transmiten fielmente de los padres a los huevos a través de la transmisión vertical (18).

Corales

• Los corales crían o desovan los huevos.
• ¿Ex? Los espermatozoides se liberan pero los huevos se retienen dentro. Huevos fecundados mantenidos y desarrollados dentro de las cavidades gastrovasculares de pólipos desde donde se liberan larvas de planula.
• ¿Último? Un gran número de huevos y espermatozoides liberados en el agua donde ocurre la fertilización y el desarrollo.
• Las algas Symbiodinium es un simbionte coralino importante.
• Las madres coralinas emplumadas lo transmiten verticalmente a sus larvas (19, 20).
• Algunas madres desovadoras de coral también pueden transmitirlo verticalmente al sembrar sus huevos con él (21, 22, 23).
• Otros corales reproductores lo transmiten horizontalmente cuando las larvas fertilizadas externamente lo adquieren del ambiente (24, 25).
• Las especies de Roseobacter han emergido como simbiontes bacterianos importantes de los corales (26).
• Transmitido horizontalmente en el coral, Pocillopora meandrina (21) y otras siete especies (27).
• Ambos tipos de corales (crianza o desove) liberan bacterias cuando aparecen. Estas son en gran parte especies de Roseobacter y Alteromonas (28).
• En el desarrollo de corales, el proceso es simplemente maravilloso. Liberados como haces, los revestimientos mucosos de los gametos contienen poblaciones bacterianas similares a las de sus colonias parentales.
• O bien los corales madre siembran las capas de mucosidad del huevo antes del desove (transmisión vertical) o después del desove, los padres liberan sus simbiontes microbianos en el agua de mar y en los huevos engendrados (transmisión horizontal) (21, 22, 28, 29). Ver la figura a continuación de 30.

• Los corales son, por lo tanto, un ejemplo literal del proverbio: “se necesita una aldea (para criar a un niño) ” (se necesita una aldea).

• ¿Cómo ayudan estos simbiontes a proteger las larvas o los engendros de coral?
• Los estudios en corales adultos sugieren que los simbiontes son una fuente probable de péptidos antimicrobianos e inhibidores de la colonización microbiana patógena (30, 31).
• Dado que los simbiontes se transmiten a generaciones sucesivas en cada phylum, ya no es demasiado exagerado como para llamar a la transmisión transgeneracional de socios simbióticos un atributo fundamental en biología (1).

Cefalópodos (sepias, pulpos, calamares)

• He escrito sobre la exquisita cooperativa celestial de baile de calamar y bacteria de por vida en más detalle en otro lugar *.
• Los socios son Euprymna scolopes , el calamar bobtail de Hawai y Vibrio fischerii .
• Aquí, centrémonos en la transmisión vertical de los socios simbióticos de los calamares en general.
• Las hembras de calamar tienen una glándula nidamental accesoria (ANG).
• Hace la gelatina que recubre los huevos de calamar.
• La glándula consiste en túbulos revestidos con epitelio que sostiene poblaciones densas de diferentes especies bacterianas, en gran parte del clado Roseobacter .
• Entonces, la madre del calamar no arroja jelly sobre sus huevos recién puestos.
• Más bien también está cumpliendo su mandato evolutivo de transmitir a su progenie a los socios microbianos simbióticos que la sostuvieron en la salud a lo largo de su vida (32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40).

• ¿Cómo median los simbiontes la defensa de los huevos marinos / embriones anti-patógenos? La investigación sobre esto está en su infancia. Sin embargo, es muy claro que los organismos marinos transmiten meticulosamente sus parejas de simbiontes a sus óvulos / embriones.

Bibliografía

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* Respuesta de Tirumalai Kamala a ¿Cuáles son los ejemplos más interesantes de comportamiento grupal en bacterias?
Gracias por el A2A, Sergey Yegorov.