Los escarabajos tortuga transfieren a su descendencia simbiontes bacterianos mediante una proteína Yellow
Las plantas constituyen una excelente fuente de alimento para los animales. Son abundantes, salvo en ambientes desérticos, y no tienen capacidad de desplazamiento, aunque pueden adoptar defensas pasivas y activas, como vimos en nuestro anterior artículo. Lo que sí constituye un inconveniente para los herbívoros es la dificultad de digerir la pared celular de las células vegetales. Esta pared está constituida principalmente, en vegetales no leñosos, por polisacáridos como celulosa, hemicelulosa y pectina.
La gran mayoría de los animales carece de enzimas propias capaces de degradar estos polisacáridos. La estrategia más habitual para digerir la materia vegetal es la simbiosis con microorganismos que sí producen las enzimas digestivas necesarias. Esta simbiosis puede ser pre-gástrica (rumiantes) o post-gástrica, en el intestino grueso o sus ciegos (caballos, conejos o roedores).
En algunas ocasiones el animal herbívoro y sus simbiontes han evolucionado hasta tal punto que ya no pueden sobrevivir de forma independiente. Este es el caso que nos ocupa hoy: el de varias especies de escarabajos tortuga (Crisomélidos, subfamilia Cassidinae) y su simbionte, la bacteria Stammera. Esta simbiosis se estableció en el Paleoceno, hace 62 millones de años. Desde entonces, la bacteria ha reducido muchísimo su genoma, hasta 0,2-0,3 millones de pares de bases (Mpb). Como comparación, el genoma de E. coli contiene 4,6 Mpb. Esta simplificación extrema se debe a que el escarabajo proporciona a sus bacterias todos los nutrientes necesarios para su supervivencia, por lo que no necesitan muchas rutas metabólicas. A cambio, Stammera produce grandes cantidades de enzimas que digieren la pared celular de las hojas que son el alimento del escarabajo.
Las bacterias Stammera se alojan en unos compartimentos del intestino anterior del escarabajo (Figura 1). Obviamente, los descendientes del escarabajo deben ser colonizados por Stammera, o serán incapaces de alimentarse. Esto se ha resuelto ingeniosamente, ya que también se localizan bacterias en unas glándulas accesorias del ovario de las hembras. Cuando los huevos están listos para su puesta, sobre cada huevo se deposita una pequeña cápsula llena de bacterias (Figura 1). Cuando los embriones están ya suficientemente desarrollados, ingieren las cápsulas, a modo de producto probiótico, y las bacterias los colonizan. Si la cápsula se elimina, el embrión no queda infectado por las bacterias y el escarabajo resultante no sobrevive.
Todo esto se ha ido descubriendo en los últimos años, pero se acaba de publicar un artículo en Nature Communications que ha resuelto un enigma que todavía persistía. Entre la puesta de los huevos a la intemperie y la incorporación a los embriones transcurren unos once días. ¿Cómo pueden sobrevivir las bacterias a la desecación durante este tiempo, teniendo en cuenta sus escasísimos recursos genéticos?
Un grupo de investigación del Instituto Max Planck de Biología en Tubinga (Alemania) ha descubierto que las bacterias están protegidas en la cápsula por una proteína Yellow, lo que constituye una auténtica sorpresa.
Las proteínas Yellow constituyen una familia proteica descubierta hace unos 80 años, y que en un primer momento se relacionó con la pigmentación de la cutícula de los insectos. Más tarde, se comprobó que también estaba relacionada con el comportamiento. Moscas del vinagre mutantes para Yellow presentan defectos en la pigmentación y, además, los machos no realizan correctamente el cortejo a las hembras. Otras proteínas de la familia Yellow están implicadas en defensa inmune, desarrollo embrionario o respuesta al estrés. La jalea real con la que las abejas alimentan a las larvas destinadas a ser reinas contiene gran cantidad de una proteína Yellow.
El estudio del Max Planck mostró que las bacterias empaquetadas en la cápsula del huevo están rodeadas por una gelatina protectora constituida por una proteína de la familia Yellow, desconocida hasta ahora y exclusiva de estos escarabajos. Esta proteína, similar a la contenida en la jalea real, solo se expresa en las glándulas accesorias del ovario, aunque el empaquetamiento de las bacterias se produce en un órgano que no había sido descrito hasta ahora (Figura 2).
Cuando se bloqueó la producción de Yellow en el ovario, mediante ARN interferente, la encapsulación de las bacterias fue defectuosa, haciéndolas vulnerables a la desecación tras la puesta de los huevos. Los escarabajos que nacieron de dichos huevos no recibieron suficientes bacterias y su supervivencia fue muy escasa.
La conclusión del estudio es que, en los orígenes de la simbiosis escarabajo tortuga/Stammera, una proteína Yellow fue reclutada para desempeñar una función inédita: la protección de las bacterias simbióticas en su transmisión vertical, de madres a hijos. Estamos ante una muestra más de la inagotable capacidad de la naturaleza para practicar el bricolaje evolutivo.
Referencias
García-Lozano, M., Emmerich, C., Henzler, C. et al. (2026). Yellow protein co-opted to sustain obligate symbiosis in leaf beetles. Nat Commun, doi: 10.1038/s41467-026-76942-1
Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga.
