Vega, Israel

LABORATORIO DE FISIOLOGÍA ANIMAL, ASOCIACIONES SIMBIÓTICAS Y SALUD AMBIENTAL Y HUMANA

El laboratorio de Israel Vega está principalmente interesado en la biología del molusco Pomacea canaliculata, un organismo modelo emergente que ha ganado notoriedad internacional por el avance de su conocimiento en diversos campos disciplinares (https://doi.org/10.4002/040.058.0209), el crecimiento de información en las bases de datos moleculares (genómica, transcriptómica y proteómica), y la factibilidad para su mantenimiento y cría en el laboratorio. Desde una mirada integrada, nuestro grupo de investigación busca dar respuestas a diferentes hipótesis en los campos de la fisiología animal y la fisiología comparada, así como contribuir en áreas más aplicadas de la salud ambiental y la salud humana.

Actualmente nuestro esfuerzo está dirigido a:

(1) Comprender la fisiología digestiva de este animal con alta capacidad invasiva

(2) Estudiar e identificar microorganismos simbióticos mutualistas, comensales, y parásitos del dominio Bacteria y Eucarya.

(3) Evaluar este animal y sus simbiontes en estudios de biomonitoreo de metales pesados de importancia para la salud ambiental y humana.

(4) Buscar e identificar blancos celulares de control de este molusco, vector alternativo del parásito Angiostrongylus cantonensis que produce la meningoencefalitis eosinofílica en humanos.

Líneas de Investigación

I. Fisiología digestiva de Pomacea canaliculata: “estudio enzimático en tejidos del tubo digestivo y en sus contenidos y simbiontes”

P. canaliculata es un animal muy voraz, con hábitos alimentarios diversos, y un sistema digestivo bien desarrollado con varias especializaciones (Figura 1). La presente línea de investigación se inscribe en el estudio de las estrategias adaptativas del este animal frente a diferentes desafíos ambientales como su alimentación y el significado funcional de un endosimbionte alojado en las células epiteliales de su glándula digestiva.

El principal objetivo de esta línea es la caracterización del perfil de enzimas involucradas en la digestión extracelular e intracelular de los nutrientes de la dieta de P. canaliculata, así como los tejidos involucrados en su síntesis. La hipótesis sobre la participación del endosimbionte en la digestión de proteínas fue inicialmente sugerida por el descubrimiento inesperado de actividad proteasa en extractos de proteínas de ellos.

La fisiología digestiva de P. canaliculata está limitada a la descripción anatómica del sistema digestivo y el reporte de algunas actividades enzimáticas relacionadas con el metabolismo de los hidratos de carbono y las proteínas, pero aún desconocemos las células o tejidos encargados de su síntesis o incluso si algunas de ellas son de origen simbiótico. Nuestro laboratorio ha descripto cuatro serín-proteasas (30, 125, 145 y 198 kDa), siendo dos de ellas, 30 y 125 kDa, sintetizadas por las glándulas digestivas y salivares, respectivamente (Fig. 2). Asimismo, la actividad proteasa de la glándula digestiva se localiza casi exclusivamente en organismos simbióticos (Fig.3). Hemos propuesto que esta batería de proteasas asegura la digestión de proteínas y su posterior absorción (https://doi.org/10.1371/journal.pone.0066689).

II. Asociaciones simbióticas en el molusco P. canaliculata: “caracterización de un endosimbionte intracelular obligado”

P. canaliculata (y otras especies de la misma familia) han establecido una sorprendente variedad de asociaciones simbióticas (comensales, mutualistas, y parasitarias) con organismos que pertenecen a los dominios Bacteria y Eukarya. Entre estas, la asociación simbiótica entre las células de la glándula digestiva de este animal y un endosimbionte procariota pigmentado (con dos tipos morfológicos llamados como C y K, Fig. 1) es la única simbiosis aparentemente obligatoria para el huésped, ya que los endosimbiontes están presentes en todos los individuos de todas las poblaciones estudiadas a la fecha. Esta línea de investigación está dirigida al estudio de: (a) la identidad y la filogenia del endosimbionte, (b) su localización, distribución tisular y modo de transmisión, y (c) su presencia y caracterización en otras especies de huéspedes de la familia Ampullariidae.

– La identidad y filogenia del endosimbionte de la glándula digestiva

Los endosimbiontes C son redondos, de unos 14 µm de diámetro, de color marrón verdoso, y delimitados por una gruesa pared, mientras que los endosimbiontes K tienen forma de clava, son multilamelares y de color marrón oscuro (aprox. 35 µm de largo y 14 de ancho). Adyacente a la gruesa pared celular de los corpúsculos C puede observarse una “unidad de membrana” y gránulos y membranas intracelulares. Tiene una pared celular sensible a la acción enzimática de la lisozima (Fig.4). Los corpúsculos C y K contienen pigmentos similares a la clorofila identificados como feofórbidos de clorofila (análisis por espectrometría de masas).

Las sondas eubacterianas y cianobacterianas generalizadas hibridan en los corpúsculos C y K de la glándula digestiva (Fig. 5). El análisis filogenético del endosimbionte (gen 16S rRNA), incluyendo secuencias publicadas de los principales grupos bacterianos y los cloroplastos de plantas, muestra un clado con este último y las cianobacterias como grupo hermano.  

– Transmisión del endosimbionte de la glándula digestiva

Ambos tipos corpusculares están siempre presentes en la glándula digestiva de los caracoles adultos, se liberan en la luz túbulo-acinar y luego se expulsan en las heces. Por su parte, las crías recién nacidas carecen de cualquier tipo morfológico del simbionte en la glándula digestiva y en sus heces, y son observables en estos lugares, una semana después de la eclosión. La naturaleza detritívora de las crías sugiere que los animales pueden adquirir el simbionte del medio ambiente donde viven animales adultos; si esta hipótesis fuese correcta el simbionte se mantendría en las poblaciones del caracol por transmisión lateral u horizontal. Sin embargo, nuestros resultados indican que la exclusión de la transmisión lateral (obtención aséptica de animales antes de la eclosión), no impide la aparición de los corpúsculos C en el momento esperado (7 días post-nacimiento), lo que sugiere una forma de transmisión “vertical” o “materna” en las poblaciones del huésped.

– El endosimbionte y su relación con la filogenia del huésped

Características genético-moleculares del simbionte, particularmente la presencia del gen rRNA 16S, han consolidado no sólo la idea de su naturaleza procariota, sino también la de un probable evento único y antiguo de asociación simbiótica en un ancestro de Ampullariidae. La obtención de especímenes de huéspedes de tres especies de ampuláridos simpátricos (P. canaliculata, P. scalaris y Asolene platae) por sucesivos muestreos, sumado al reciente acceso a ejemplares de Felipponea neritiniformis (Misiones, Argentina) y Pila africana (Nigeria) nos han alentado a desarrollar este proyecto. Actualmente, estamos caracterizando (por microscopía óptica, microscopía electrónica y morfometría) dichas asociaciones simbióticas en sus diferentes huéspedes (Figura 7). Dicho estudio se complementará con la evaluación por hibridación in situ fluorescente de secuencias filogenéticamente informativas (específicas del gen rRNA 16S de Bacteria y Cyanobacteria) en el simbionte de tres especies de huésped de la familia Ampullariidae (Pomacea canaliculata, Pomacea scalaris y Asolene platae) que coexisten en un mismo sitio.

III. Biomonitoreo ambiental de metales pesados y Uranio

La especie de estudio cumple los requisitos ideales para estudios de monitoreo ambiental. Varios estudios de campo y de laboratorio indican que estos animales pueden acumular diferentes compuestos tóxicos. Además, el simbionte de la glándula digestiva tiene una notable capacidad de bioconcentración de metales (Fig.8), lo que sugiere que esta asociación simbiótica podría utilizarse para la bioindicación y la biorremediación de la contaminación metálica del agua de riego y de bebida (https://doi.org/10.1007/s11356-012-0848-6). El biomonitoreo usando esta asociación simbiótica tendría la ventaja adicional de retener una memoria de la emisión de contaminantes, permitiendo detectar emisiones efímeras que pueden ser rápidamente diluidas. Por su parte, la biorremediación de metales resultaría de la combinación de esta capacidad de concentración de los simbiontes con la resistencia del animal para vivir en aguas contaminadas. Actualmente estamos evaluado el tiempo de persistencia/eliminación de diferentes metales que son concentrados en la glándula digestiva y sus simbiontes después de exposiciones breves (concentraciones altas toleradas por el animal) y largas (concentraciones permitidas en el agua de bebida para consumo humano; https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.12.145).  

IV. Posibles blancos de control de esta especia de vector de parásitos de importancia médica

Algunos de los simbiontes que interactúan con el huésped P. canaliculata producen enfermedades en humanos como dermatitis, cuadros gastrointestinales, o menigoencefalitis eosinófila. Esta última enfermedad es una consecuencia del comportamiento invasivo de este molusco, el cual se ha convertido en un huésped alternativo del nematodo Angiostrongylus contonensis. Esta línea de investigación nace como una colaboración entre Australia y Argentina con el objetivo de identificar proteínas, mediante un enfoque proteómico, que puedan usarse como blancos específicos de control de este molusco. Inicialmente hemos puesto nuestro énfasis en el estudio del proteoma de la glándula digestiva (Fig.9) dada su diversidad de funciones fisiológicas.