ARRIBA: Una hembra Melanocetus johnsonii de 75 mm de largo con un macho de 23,5 mm de largo unido a su vientre EDITH A. WIDDER
El rape de Krøyer, Ceratias holboelli, no desova, copula ni hace nada que un pez normalmente haría para aparearse. En cambio, el macho, de solo unos centímetros de largo, se sujeta al cuerpo comparativamente gigantesco de la hembra y nunca se suelta. Lentamente, su cuerpo se transforma en el de ella, sus células se convierten en el de ella, incluyendo sus testículos, que se utilizan para hacer descendencia. A medida que desaparece, dos individuos se convierten en uno, llevando el concepto de monogamia a un nuevo nivel.
El sub-orden de rape de aguas profundas, compuesto por casi 170 especies conocidas, podría decirse que muestra los hábitos de apareamiento más dramáticos en el reino animal. En algunas especies, los machos solo se unen temporalmente a las hembras y luego se separan. En otros, como C. holboelli, los machos se «fusionan» permanentemente con las hembras, o las hembras absorben múltiples machos, en algunos casos hasta ocho a la vez.
Entre los muchos misterios que rodean esta cita en alta mar, que solo se capturaron en cámara por primera vez en 2018, está uno inmunológico. En prácticamente todos los demás vertebrados adultos, la introducción de tejido de un individuo a otro provocaría una poderosa respuesta inmunitaria que atacaría a las células extrañas. ¿Por qué la rape hembra, inmunológicamente hablando, no rechaza a estos machos parásitos?
Un nuevo análisis genómico de 13 especies de rape publicado hoy (30 de julio) en Science proporciona algunas pistas. Los genomas de especies que se fusionan temporal o permanentemente con sus parejas han sufrido alteraciones radicales de genes clave que sustentan la inmunidad adaptativa, una rama del sistema inmunitario responsable del rechazo de tejidos extraños, lo que convierte a algunos de ellos en los primeros casos conocidos de vertebrados que carecen efectivamente de un sistema inmunitario adaptativo. A lo largo de la evolución, los cambios en los genes involucrados en la producción de anticuerpos y las respuestas de células T citotóxicas pueden haber allanado el camino para los extraños hábitos reproductivos de los animales, mientras que para los científicos plantea preguntas sobre cómo se defienden los peces contra los patógenos en las profundidades marinas.
«Es bastante impactante», comenta la genetista Elizabeth Murchison, de la Universidad de Cambridge, que no participó en el estudio. «Supongo que no deberíamos tener demasiadas ideas preconcebidas sobre lo que es y lo que no es posible en la naturaleza. La evolución produce todo tipo de resultados locos, y este es uno de ellos.»
El inmunólogo Thomas Boehm y sus colegas del Instituto Max Planck de Inmunología y Epigenética en Alemania querían saber cómo algunas especies de rape pueden formar fusiones corporales entre individuos, y se propusieron hacer un análisis de los genomas de los animales. Es difícil obtener muestras biológicas de las profundidades marinas, pero con la ayuda del ictiólogo Theodore Pietsch, experto en rape de aguas profundas de la Universidad de Washington, el equipo pudo obtener muestras de tejido de varias colecciones de especímenes.
Boehm y sus colegas secuenciaron el ADN de 31 especímenes, representando 13 especies de rape de aguas profundas. Eso incluyó cuatro especies que se aparean por apego temporal y seis especies que forman fusiones permanentes, tres de ellas de manera individual, y tres que tienen múltiples machos fusionados con una sola hembra. El equipo también incluyó tres especies de control de otros grupos de rape en los que los machos nunca se unen a las hembras.
El equipo examinó un puñado de genes bien caracterizados conocidos por ser actores clave en la respuesta inmune adaptativa. En primer lugar, analizaron los genes que codifican las proteínas principales del complejo de histocompatibilidad (MHC) de clase I y II de los peces, moléculas de la superficie celular que difieren entre los individuos y permiten a las células T distinguir las propias células del cuerpo de las extrañas. Son los receptores MHC de clase I los que impulsan a las células T citotóxicas para atacar a las células extrañas en entornos de trasplante de tejido.
Curiosamente, las seis especies que se unieron permanentemente mostraron alteraciones inusuales y significativas en sus genes MHC, que fueron aún más severas en las tres especies en las que múltiples machos se fusionaron con cada hembra. Los investigadores también encontraron alteraciones en los genes que codifican receptores de las células T citotóxicas que interactúan con las proteínas MHC de clase I. En los seis fijadores permanentes, por ejemplo, faltaban por completo dos genes que codificaban tales receptores, lo que sugiere que el desmantelamiento de la reactividad citotóxica de las células T podría ser necesario para permitir que diferentes individuos de rape se aparearan.
Debido a que también se sabe que los anticuerpos dirigidos contra tejido extraño causan complicaciones en los pacientes durante los trasplantes de tejido, el equipo también analizó ciertos genes que sustentan la generación de anticuerpos. Aunque muchos de estos genes parecían estar intactos en la mayoría de las especies de rape, encontraron que el aicda, que desempeña un papel importante en la creación de anticuerpos específicos, estaba efectivamente ausente en las 10 especies que forman accesorios temporales o permanentes, mientras que estaba intacto en las tres especies de control. Ciertos genes rag, que también están involucrados en la formación de anticuerpos, habían acumulado mutaciones perjudiciales en especies que se aparean como grupos de machos, mientras que esos genes estaban relativamente intactos en especies que se emparejan de forma individual, como C. holboelli.
En general, cuanto más extremo es el apego entre parejas, más extremos parecen ser los cambios en los genes de inmunidad adaptativa, señala el equipo. Mientras que la unión temporal solo parecía requerir respuestas reducidas de anticuerpos, las fusiones permanentes de uno a uno parecían estar asociadas también con la reducción de la función de las células T citotóxicas. En el caso de parejas múltiples, esto se caracterizó por aún más cambios, como el embotamiento de las respuestas de anticuerpos y la pérdida de genes de trapo.
Para el inmunólogo y virólogo del University College London Ariberto Fassati, que no participó en el estudio, los resultados son sorprendentes. Muchos científicos asumen que el sistema inmunológico, una vez establecido, evolucionaría solo en una dirección, «hacia ser más adaptativo y más específico», dice Fassati. «Pero esto parece que en realidad se pueden perder brazos del sistema inmunitario adaptativo . . . si las presiones evolutivas están justificadas.»Hasta donde él sabe, las especies de rape de aguas profundas son los primeros casos de vertebrados que han perdido una rama tan grande de su inmunidad adaptativa.
En muchos otros vertebrados, la eliminación de partes del sistema inmunitario adaptativo tiene consecuencias catastróficas. Los bebés que nacen con mutaciones en el gen rag, por ejemplo, están gravemente enfermos o mueren rápidamente si no reciben tratamiento a través de un trasplante de médula ósea, señala Boehm.
Una de las razones por las que se cree que el sistema inmune adaptativo es tan crucial es porque muchos patógenos y parásitos han aprendido a ser más astutos que la defensa inmune innata de primera línea, menos específica, dice Fassati. Por ejemplo, muchos virus, incluido el culpable de la pandemia de COVID-19 en curso, el SARS-CoV-2, pueden detener la producción del cuerpo de interferones que impulsan la inflamación, que son parte de la defensa inmune innata, agrega. El hecho de que algunos rape aparentemente se lleven bien sin un sistema inmune adaptativo completamente intacto es » bastante notable.»
Este descubrimiento plantea la cuestión de cómo logran defenderse de los patógenos en las profundidades marinas. Boehm especula que los peces deben haber evolucionado por completo algún otro sistema inmune, o tal vez han encontrado formas de aumentar su maquinaria inmune innata para compensar la falta de una respuesta inmune adaptativa. Tal vez podrían lograr esto expresando continuamente interferones, especula, poniendo sus cuerpos en alerta constante y haciendo más difícil para los virus y otros patógenos establecer infecciones. Para probarlo, necesitaría tejido fresco donde pudiera examinar la expresión génica.
» Tengo muchas ganas de obtener animales donde pueda extraer ARN y buscar niveles de expresión de estos . . . genes relacionados con el interferón», dice. Descubrir cómo algunos rapes se las arreglan después de perder la inmunidad adaptativa podría ser útil para encontrar tratamientos para pacientes inmunodeficientes, agrega.
Para él, los resultados también plantean un dilema de gallina o huevo: ¿cuál fue el primero, las modificaciones a la arquitectura genética que sustenta la inmunidad adaptativa o la estrategia de apareamiento por fusión? Una de las especies que examinó puede ofrecer una pista. Se cree que Gigantactis vanhoeffeni se aparea a través de la unión temporal, pero muestra algunas de las mismas alteraciones en los genes inmunitarios que las especies que se unen permanentemente. Boehm dice que piensa que G. vanhoeffeni podría estar «en camino al apego permanente» evolutivamente. «Parece que algunos cambios en el genoma inmune tienen que ocurrir antes de que esta fusión permanente pueda realmente establecerse. Parece que hay alguna presión evolutiva aún desconocida de algún tipo que hace que estos genes se extingan o desaparezcan.»
Gil Rosenthal, biólogo evolutivo de la Universidad Texas A& M, dice que se pregunta cuáles podrían ser esas presiones evolutivas. El rape de aguas profundas es extremadamente dimórfico sexualmente, señala en un correo electrónico al Científico. «Las hembras son estos monstruos con colmillos de pesadilla que llevan luz, y los machos son pequeñas cosas con un gran testículo y una enorme nariz.»Las hembras probablemente están dispersas en las profundidades del mar, por lo que es probable que los machos pasen mucho tiempo buscándolas, explica. Cuando un macho finalmente encuentra a una hembra, sería de su interés mantenerse cerca. Si sucede que la hembra tiene intereses en conflicto—como comer a los machos, podría preparar al pez para un «conflicto sexual».»Esa situación de alguna manera podría llevar a un tira y afloja genómico sobre el sistema inmunológico, especula Rosenthal. «No me sorprendería que parte de los restos del genoma inmunitario provengan de conflictos sexuales.»
No sería el primer ejemplo de una compensación entre el comportamiento sexual y la función del sistema inmunológico, agrega, señalando que en los vertebrados, la testosterona puede deprimir la función del sistema inmunológico y mejorar las exhibiciones sexuales masculinas. Sin embargo, » ¡que gran parte de ella se cierre o remodele es simplemente salvaje!»
Para Rosenthal y Murchison, los resultados subrayan cómo la revolución genómica ha permitido a los investigadores aventurarse más allá de los organismos modelo bien conocidos en los laboratorios y explorar las diferentes adaptaciones de la vida en la Tierra. «Hay mucho que aprender no solo sobre la inmunidad, sino sobre toda la biología, explorando linajes evolutivamente divergentes», dice Murchison. «Y nunca sabes realmente lo que vas a encontrar porque la naturaleza es tan amplia y diversa y hay tanta adaptación a nichos muy especializados.»
J. B. Swann, et al. «La inmunogenética del parasitismo sexual», Science, doi: 10.1126 / science.aaz9445, 2020.