Os mexillóns e outros bivalvos teñen o maior e máis diverso número de sensores para detectar patóxenos de todo o reino animal. Actúan como verdadeiras “alarmas” naturais fronte a posibles infeccións.
Trátase do receptores tipo Toll (TLR, siglas en inglés de toll-like receptors), compoñentes esenciais do sistema inmune innato de case todos os animais.
O nome provén do alemán toll, que significa incrible ou fantástico. Foi acuñado pola bióloga Christiane Nüsslein-Volhard na década de 1980 ao descubrir un xene clave no desenvolvemento embrionario da mosca Drosophila melanogaster. Máis tarde, Jules Hoffmann atopou que este xene tamén era crucial para a defensa inmune da mosca. Cando se identificaron proteínas similares en mamíferos, responsables do recoñecemento de patóxenos, chamóuselles Toll-like receptors pola súa similitude co xene Toll.
Os invertebrados deféndense de infeccións
O descubrimento de Hoffmann foi un fito na bioloxía. Rompeu coa idea tradicional de que os invertebrados carecían de mecanismos inmunes avanzados. En recoñecemento a este labor pioneiro, Hoffmann foi galardoado co Premio Nobel de Fisioloxía ou Medicina en 2011, compartido con Bruce Beutler, quen descubriu o papel dos TLR na inmunidade innata de mamíferos.
Os seus achados abriron unha nova era no estudo da inmunoloxía, revelando que os mecanismos básicos de defensa contra patóxenos están profundamente conservados no reino animal.
Arsenal defensivo dos bivalvos
Nos vertebrados, incluídos os humanos, o sistema inmune poderíase agrupar en dous: o innato e o adaptativo, que están constantemente comunicados. O innato —no que están os TLR— é unha resposta rápida pero non específica, mentres que o adaptativo é máis especializado e produce anticorpos específicos para cada patóxeno.
Os receptores TLR están presentes na maioría dos metazoos (animais multicelulares) e cumpren unha función crucial na inmunidade. O seu papel é identificar patóxenos —como bacterias ou virus— e desencadear a resposta inmune do organismo para combater a infección. Con todo, non todos os animais contan co mesmo arsenal.
Os bivalvos, como os mexillóns —que dependen unicamente do seu sistema inmune innato e non xeran anticorpos— posúen aproximadamente 260 xenes TLR. Máis que calquera outra especie animal. Isto permítelles recoñecer un gran número de patóxenos. En comparación, os humanos temos 10 TLR —pero, a cambio, temos anticorpos e outras ferramentas inmunes específicas—.
Esta diferenza é moi rechamante. Sobre todo, cando os comparamos con outros invertebrados que comparten o mesmo ecosistema e a mesma exposición a potenciais infeccións. Os ourizos de mar teñen moitos destes xenes, pero en números moito menores.
As anteriores foron algunhas das conclusións obtidas polo noso Grupo de Inmunoloxía e Xenómica, do Instituto de Investigación Mariña-CSIC, e publicadas en 2023 nun estudo en Molecular Biology and Evolution sobre a evolución dos xenes TLR en 85 especies do reino animal.
Sorprendente diversidade xenética
Noutros animais, incluídos moitos invertebrados como os insectos, os xenes TLR están concentrados nun só grupo evolutivo ou clado. Con todo, nos mexillóns, os seus 260 xenes TLR distribúense en tres clados principais. Isto mostra un nivel de diversidade sen precedentes no reino animal.
Ademais, ao comparar os mexillóns con outras especies de metazoos, como os cnidarios (un grupo que inclúe medusas e corais), atopouse que estes animais teñen moitos menos TLR. Isto sitúa aos bivalvos nunha posición evolutiva única.
Mexillóns vs. vertebrados
Nos vertebrados, o sistema inmunolóxico adaptativo permítelles crear anticorpos específicos para combater patóxenos concretos. Isto facilita unha resistencia específica a longo prazo. Pero os bivalvos, que carecen desta capacidade, desenvolveron unha resposta inmune innata incriblemente diversa. Isto permítelles reaccionar rápida e eficientemente ante unha ampla gama de ameazas, mostrando unha estratexia evolutiva impresionante.
Este feito é crucial, xa que os mexillóns e outros bivalvos viven en contornas mariñas onde filtran continuamente auga cargada de microorganismos, incluídos patóxenos. Estímase que, en tan só un mililitro de auga de mar, pódense atopar ao redor de 10 millóns de virus e un millón de bacterias. Non todos estes microorganismos son daniños, pero moitos si.
Segundo os nosos achados, esta diversidade de sensores TLR non é só en número, senón tamén en funcionalidade: están especialmente deseñados para recoñecer diferentes tipos de virus, bacterias e protozoos.
Panxenoma, ideal para a protección do grupo
Un descubrimento complementario realizado polo noso equipo de investigadores en 2020 revelou algo igualmente fascinante: o xenoma do mexillón é un panxenoma aberto. Isto significa que se seguen descubrindo novos xenes a medida que se secuencian máis individuos da especie.
Por iso, a diversidade xenética aínda non se coñece completamente e cada nova mostra pode agregar máis xenes únicos ao xenoma da especie. Nun panxenoma pechado (como o do ser humano), xa se coñecen todos os xenes posibles dunha especie e non se esperan outros novos.
A diferenza dos vertebrados, onde a variabilidade entre xenomas individuais é relativamente baixa, nos mexillóns observouse que unha alta porcentaxe dos xenes, especialmente aqueles relacionados coa inmunidade, varían entre individuos.
Isto significa que diferentes individuos dunha colonia poden ter diferentes defensas inmunes, permitindo que a colonia como un todo sexa máis resistente aos cambios ambientais e aos patóxenos.
En animais con sistemas inmunes adaptativos, como o ser humano, a variabilidade entre individuos non é tan crucial, xa que a produción de anticorpos específicos adáptase aos patóxenos que atopan. Con todo, nos bivalvos, esta diversidade xenética é clave para que a especie prospere en ambientes mariños tan diversos e desafiantes.
Esta singularidade xenética non só fai que sexan máis resistentes aos patóxenos mariños, senón que tamén abre novas preguntas sobre a evolución da inmunidade en diferentes especies animais. Os bivalvos, co seu sistema inmune innato altamente sofisticado, demostran que hai múltiples formas de sobrevivir nun mundo cheo de ameazas microbianas.
*Antonio Figueras é profesor de investigación do Consello Superior de Investigacións Científicas do Instituto de Investigacións Mariñas (IIM-CSIC).
Cláusula de divulgación: Antonio Figueras Huerta non recibe salario, nin exerce labores de consultoría, nin posúe accións, nin recibe financiamento de ningunha compañía ou organización que poida obter beneficio deste artigo, e declarou carecer de vínculos relevantes máis aló do cargo académico citado.