La construcción de un arrecife de coral lleva miles de años, pero puede desaparecer en un instante.
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El culpable suele ser el blanqueamiento de corales, una enfermedad exacerbada por el calentamiento de las aguas que hoy amenaza los arrecifes de todo el mundo. El peor evento de blanqueamiento registrado ocurrió en el Pacífico Sur entre 2014 y 2016, cuando el aumento de la temperatura del océano seguido de una repentina afluencia de cálidas aguas de El Niño traumatizó la Gran Barrera de Coral. En solo una temporada, el blanqueamiento diezmó casi una cuarta parte del vasto ecosistema, que una vez se extendió por casi 150, 000 millas cuadradas a través del Mar del Coral.
"Tan horrible como fue, ese evento de blanqueo fue una llamada de atención", dice Rachel Levin, una bióloga molecular que recientemente propuso una técnica audaz para salvar estos ecosistemas clave. Su idea, publicada en la revista Frontiers in Microbiology, es simple: en lugar de encontrar simbiontes sanos para repoblar el coral blanqueado en la naturaleza, ingeniéralos en el laboratorio. Dado que esto requeriría alterar la naturaleza de manera significativa, es probable que la propuesta agite aguas controvertidas.
Pero Levin argumenta que con el tiempo que se acaba para los arrecifes en todo el mundo, el valor potencial bien podría valer el riesgo.
Levin estudió farmacología del cáncer como estudiante universitario, pero quedó fascinado por las amenazas a las que se enfrenta la vida acuática mientras incursionaba en cursos de ciencias marinas. Le llamó la atención el hecho de que, a diferencia de la investigación de enfermedades humanas, había muchos menos investigadores luchando por restaurar la salud del océano. Después de graduarse, se mudó de California a Sydney, Australia para obtener un doctorado. en el Centro de Bioinnovación Marina de la Universidad de Nueva Gales del Sur, con la esperanza de aplicar su experiencia en investigación de enfermedades humanas a los corales.
En medicina, a menudo se necesita la amenaza de una enfermedad grave para que los investigadores prueben un tratamiento nuevo y controvertido (es decir, fusionar los óvulos sanos de dos mujeres con el esperma de un hombre para formar un "bebé de tres padres"). Lo mismo ocurre en la ciencia ambiental, hasta cierto punto. "Como una enfermedad terrible [en] humanos, cuando las personas se dan cuenta de cuán grave se está volviendo la situación, los investigadores comienzan a tratar de proponer mucho más", dice Levin. Sin embargo, cuando se trata de salvar el medio ambiente, hay menos defensores dispuestos a implementar técnicas innovadoras y arriesgadas.
Cuando se trata de arrecifes, regiones marinas cruciales que albergan una cantidad asombrosa de diversidad, así como también protegen a las masas de tierra de mareas de tormenta, inundaciones y erosión, esa vacilación podría ser fatal.
El blanqueamiento de los corales a menudo se presenta como la muerte del coral, lo cual es un poco engañoso. En realidad, es la ruptura de la unión simbiótica lo que permite que un coral prospere. El animal coralino en sí es como un desarrollador de edificios que construye el andamio de un complejo de apartamentos de gran altura. El desarrollador alquila cada uno de los miles de millones de habitaciones a microbios fotosintéticos unicelulares llamados Symbiodinium.
Pero en este caso, a cambio de un lugar seguro para vivir, Symbiodinium produce alimento para el coral mediante la fotosíntesis. Un coral blanqueado, por el contrario, es como un edificio desierto. Sin inquilinos para hacer sus comidas, el coral finalmente muere.
Aunque el blanqueamiento puede ser mortal, en realidad es una inteligente estrategia evolutiva del coral. Se espera que el Symbiodinium mantenga su parte del trato. Pero cuando el agua se calienta demasiado, dejan de hacer fotosíntesis. Cuando esa comida escasea, el coral envía un aviso de desalojo. "Es como tener un inquilino malo: vas a deshacerte de lo que tienes y ver si puedes encontrar algo mejor", dice Levin.
Pero a medida que los océanos continúan calentándose, es cada vez más difícil encontrar buenos inquilinos. Eso significa que los desalojos pueden ser riesgosos. En un océano en calentamiento, el animal coralino podría morir antes de que pueda encontrar mejores inquilinos, un escenario que ha diezmado los ecosistemas de arrecifes de todo el planeta.
Levin quería resolver este problema, creando una receta sencilla para construir un súper simbionte que pudiera repoblar corales blanqueados y ayudarlos a persistir a través del cambio climático, esencialmente, los inquilinos perfectos. Pero ella tenía que empezar de a poco. En ese momento, "había tantos agujeros y lagunas que nos impedían seguir adelante", dice ella. "Todo lo que quería hacer era demostrar que podíamos diseñar genéticamente [ Symbiodinium ]".
Incluso eso demostraría ser una tarea difícil. El primer desafío fue que, a pesar de ser un organismo unicelular, Symbiodinium tiene un genoma difícil de manejar. Por lo general, los organismos simbióticos tienen genomas simplificados, ya que dependen de sus huéspedes para la mayoría de sus necesidades. Sin embargo, mientras que otras especies tienen genomas de alrededor de 2 millones de pares de bases, el genoma de Symbiodinium es 3 órdenes de magnitud más grande.
"Son enormes", dice Levin. De hecho, todo el genoma humano es solo un poco menos de 3 veces más grande que el Symbiodinium .
Incluso después de que los avances en la secuenciación del ADN hicieron posible descifrar estos genomas, los científicos aún no tenían idea de para qué servían el 80 por ciento de los genes. "Necesitábamos dar marcha atrás y reconstruir qué gen estaba haciendo qué en este organismo", dice Levin. Miembro de un grupo de fitoplancton llamado dinoflagelados, los simbiodinios son increíblemente diversos. Levin dirigió su atención a dos cepas clave de Symbiodinium que podía cultivar en su laboratorio.
La primera cepa, como la mayoría de Symbiodinium, fue vulnerable a las altas temperaturas que causan el blanqueamiento de los corales. Suba el dial de calor algunas muescas, y este bicho estaba tostado. Pero la otra cepa, que había sido aislada de los corales raros que viven en los ambientes más cálidos, parecía ser impermeable al calor. Si pudiera descubrir cómo estas dos cepas manejaban sus genes durante las condiciones de blanqueo, entonces podría encontrar las claves genéticas para diseñar una nueva súper cepa.
Cuando Levin subió el calor, vio que el resistente Symbiodinium aumentó su producción de antioxidantes y proteínas de choque térmico, que ayudan a reparar el daño celular causado por el calor. Como era de esperar, el Symbiodinium normal no lo hizo. Levin luego centró su atención en encontrar una forma de insertar más copias de estos genes cruciales tolerantes al calor en el Symbiodinium más débil, creando así una cepa adaptada para vivir con corales de regiones templadas, pero con las herramientas para sobrevivir a los océanos que se calientan.
Introducir ADN nuevo en una célula de dinoflagelado no es tarea fácil. Aunque pequeñas, estas células están protegidas por placas blindadas, dos membranas celulares y una pared celular. "Puedes pasar si presionas lo suficiente", dice Levin. Pero, de nuevo, podrías terminar matando las células. Entonces Levin solicitó ayuda de un colaborador poco probable: un virus. Después de todo, los virus "han evolucionado para poder poner sus genes en el genoma de su huésped, así es como sobreviven y se reproducen", dice.
Levin aisló un virus que infectaba Symbiodinium y lo alteró molecularmente para que ya no matara las células. En cambio, lo diseñó para que fuera un sistema de administración benigno para esos genes tolerantes al calor. En su artículo, Levin argumenta que la carga útil del virus podría usar CRISPR, la innovadora técnica de edición de genes que se basa en un proceso natural utilizado por las bacterias, para cortar y pegar esos genes adicionales en una región del genoma del simbiodinio donde serían altamente expresado
Suena bastante sencillo. Pero jugar con un ecosistema vivo nunca es simple, dice Dustin Kemp, profesor de biología de la Universidad de Alabama en Birmingham, que estudia los impactos ecológicos del cambio climático en los arrecifes de coral. "Estoy muy a favor de estas soluciones para conservar y ayudar genéticamente", dice Kemp. Pero "reconstruir los arrecifes que han tardado miles de años en formarse será una tarea muy desalentadora".
Teniendo en cuenta la asombrosa diversidad de las cepas de Symbiodinium que viven dentro de una sola especie de coral, incluso si hubiera un sistema robusto para la modificación genética, Kemp se pregunta si alguna vez sería posible diseñar suficientes super- Symbiodinium diferentes para restaurar esa diversidad. "Si corta un bosque viejo y luego sale y planta algunos pinos, ¿eso realmente está salvando o reconstruyendo el bosque?", Pregunta Kemp, que no participó en el estudio.
Pero Kemp está de acuerdo en que los arrecifes están muriendo a un ritmo alarmante, demasiado rápido para que la evolución natural de Symbiodinium se mantenga. "Si los corales evolucionaran rápidamente para manejar [aguas que se calientan], uno pensaría que ya lo habríamos visto", dice.
Thomas Mock, un microbiólogo marino de la Universidad de East Anglia en el Reino Unido y pionero en la modificación genética del fitoplancton, también señala que la biología del dinoflagelado todavía está en gran parte envuelta en el misterio. "Para mí esto está jugando", dice. “Pero así es como suele comenzar. El argumento provocativo siempre es bueno, es muy desafiante, pero comencemos en algún lado y veamos qué podemos lograr ”. Recientemente, CSIRO, la división científica del gobierno australiano, ha anunciado que financiará laboratorios para continuar investigando modificaciones genéticas en simbiontes de coral.
Cuando se trata de la salud humana, por ejemplo, proteger a los humanos de enfermedades devastadoras como la malaria o el zika, los científicos han estado dispuestos a probar técnicas más drásticas, como la liberación de mosquitos genéticamente programados para transmitir genes letales. Las modificaciones genéticas necesarias para salvar los corales, argumenta Levin, no serían tan extremas. Ella agrega que se requieren pruebas de laboratorio mucho más controladas antes de que Symbiodinium genéticamente modificado pueda liberarse al medio ambiente para repoblar los arrecifes de corales moribundos.
"Cuando hablamos de 'ingeniería genética', no estamos alterando significativamente estas especies", dice ella. “No estamos haciendo cosas muy mutantes. Todo lo que estamos tratando de hacer es darles una copia extra de un gen que ya tienen para ayudarlos ... no estamos tratando de ser científicos locos ".
