Santiago de Compostela, España – El Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), a través del grupo Inmunología y Genómica del Instituto de Investigaciones Marinas (IIM), ha logrado un hallazgo revolucionario en el campo de la inmunología marina: el descubrimiento de una expansión masiva de genes de receptores inmunes TLR (Toll-like receptors) en mejillones y otras especies de bivalvos.
Los detalles de la investigación, realizada en colaboración con la Universidad de Trieste (Italia), se publican en el artículo “Bivalves Present the Largest and Most Diversified Repertoire of Toll-Like Receptors in the Animal Kingdom, Suggesting Broad-Spectrum Pathogen Recognition in Marine Waters”, de la revista evolutiva Molecular Biology and Evolution.
Entendiendo la defensa inmunitaria de los mejillones marinos
Los receptores tipo Toll (TLR), actores cruciales en la respuesta inmunitaria innata, han sido ampliamente estudiados en vertebrados. Sin embargo, su historia evolutiva y diversificación funcional en invertebrados siguen siendo relativamente inexploradas. El estudio reciente profundizó en el repertorio de TLR de 85 metazoos, con un enfoque particular en especies de moluscos, especialmente mejillones marinos (Mytilus spp.).
Los hallazgos revelaron una sorprendente expansión evolutiva de los TLR en los moluscos bivalvos. Esta expansión fue más pronunciada en los mejillones marinos, que poseen el repertorio de TLR más grande del reino animal. Esto sugiere que los bivalvos han desarrollado un sistema de defensa inmunitaria más complejo y sofisticado en comparación con otros invertebrados.
“Se trata de algo nunca antes visto en el reino animal y pone de manifiesto cómo la evolución ha dotado a los mejillones y otros bivalvos de una capacidad única para adaptarse y resistir en un entorno hostil. Su diversidad genética en receptores inmunes no solo es impresionante, sino que también plantea preguntas fascinantes sobre cómo otros organismos podrían beneficiarse de mecanismos similares”, valora el investigador principal del proyecto, Antonio Figueras.
Diversificación funcional
Los receptores TLR están presentes en casi todas las especies animales y juegan un papel crucial en la defensa del organismo. Son los encargados de reconocer patógenos y activar la respuesta inmune.
Los análisis filogenéticos mostraron que los repertorios de TLR de los bivalvos están más diversificados que los de los deuteróstomos o los ecdisozoos. Es probable que esta diversificación se deba a expansiones y pérdidas específicas de linaje, así como a la selección positiva que actúa sobre los dominios de reconocimiento extracelular. Estas fuerzas evolutivas sugieren que la diversificación funcional ha desempeñado un papel importante en la evolución de los TLR en los bivalvos.
“Pero lo que hace a los bivalvos tan fascinantes es que, a diferencia de los vertebrados, no cuentan con un sistema inmune adaptativo. En lugar de crear anticuerpos específicos, estos animales dependen exclusivamente de su sistema inmune innato para defenderse de los invasores. Es ahí, entonces, donde entra en juego la extraordinaria diversidad de receptores TLR descubierta en estos moluscos. Los mejillones, por ejemplo, tienen alrededor de 260 genes de TLR en su genoma, comparado con solo 10 en los humanos. Otras especies de bivalvos, como las ostras y almejas, poseen cerca de 100. Esta diversidad permite a los bivalvos reconocer una mayor variedad de patógenos, algo clave para su supervivencia en un entorno marino lleno de microorganismos potencialmente peligrosos”, explica Amaro Saco, primer autor del artículo.
Implicaciones de la vía inmunitaria
Para comprender las implicaciones funcionales del repertorio ampliado de TLR en los mejillones marinos, el estudio analizó datos transcriptómicos de Mytilus galloprovincialis. Este análisis reveló la participación de TLR específicos en diferentes vías inmunitarias y su modulación en respuesta a diversos estímulos bióticos y abióticos.
“Uno de los aspectos más sorprendentes de este hallazgo es cómo los mejillones, a pesar de no tener la capacidad de producir anticuerpos como los humanos, han desarrollado un sistema inmune altamente específico. Gracias a su variabilidad genética, las poblaciones de mejillones pueden adaptarse mejor a diferentes ambientes y patógenos. Por ello, este estudio incluso sugiere que los mejillones podrían tener una ventaja evolutiva frente a otras especies gracias a esta plasticidad genómica”, avanza Antonio Figueras.
De hecho, en 2020, el mismo equipo de investigadores publicó el genoma del mejillón, revelando que posee el primer «pan-genoma» abierto descrito en un animal. Esto significa que los mejillones tienen un porcentaje significativo de genes variables, presentes en algunos individuos y ausentes en otros, la mayoría de ellos relacionados con la inmunidad. Este mecanismo de variación genética entre individuos refuerza la resistencia de la especie, lo que permite a las poblaciones hacer frente a amenazas ambientales de manera colectiva.
Una adaptación notable
El estudio que ha permitido obtener esta información se desarrolló a través rastreo del origen de los genes TLR en los cnidarios, un grupo de animales marinos como las medusas.
De acuerdo con el estudio la expansión de la familia de genes TLR en los bivalvos es probablemente el resultado de la especialización funcional impulsada por las características biológicas únicas de estos organismos y su entorno marino. Esta adaptación permite a los bivalvos combatir eficazmente una amplia gama de patógenos y factores de estrés ambiental.
“Aunque estos organismos presentan un pequeño número de TLR, los bivalvos han experimentado una expansión evolutiva espectacular en esta familia de genes. Esta expansión está acompañada de una gran diversidad funcional, lo que les permite reconocer y combatir una amplia gama de patógenos”, señala la directora del grupo de investigación, Beatriz Novoa.
El equipo de investigación descubrió que esta diversidad no es aleatoria, sino que está impulsada por fuerzas de selección natural que actúan sobre la región extracelular de los receptores TLR, la cual interactúa directamente con los patógenos. Este detalle sugiere que la evolución ha moldeado estos genes para adaptarse a las amenazas específicas que enfrentan los bivalvos.
Futuras direcciones
Las investigaciones futuras sobre los TLR de los bivalvos pueden proporcionar información valiosa sobre la evolución de la inmunidad innata y el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas. La comprensión de las funciones específicas de los TLR individuales en estos organismos podría conducir al desarrollo de intervenciones específicas para la acuicultura y la conservación marina.
Contacto
Antonio Figueras
Institute of Marine Research (IIM), National Research Council (CSIC), Vigo, Spain
E-mail: antoniofigueras@iim.csic.es.
Referencia (acceso abierto)
Amaro Saco, Beatriz Novoa, Samuele Greco, Marco Gerdol, Antonio Figueras, Bivalves Present the Largest and Most Diversified Repertoire of Toll-Like Receptors in the Animal Kingdom, Suggesting Broad-Spectrum Pathogen Recognition in Marine Waters, Molecular Biology and Evolution, Volume 40, Issue 6, June 2023, msad133, https://doi.org/10.1093/molbev/msad133
