La división celular asegura el crecimiento o la renovación y, por lo tanto, es vital para todos los organismos. Sin embargo, el proceso difiere un poco en animales, bacterias, hongos, plantas y algas.
por la Universidad de Bielefeld
Hasta ahora, se sabía poco sobre cómo se produce la división celular en las algas. Investigadores de la Universidad de Bielefeld utilizaron microscopía de escaneo láser confocal (CLSM) para capturar las primeras imágenes tridimensionales de alta resolución de la división celular en células vivas de la microalga Volvox carteri e identificaron nuevas estructuras celulares involucradas en el proceso. El profesor Dr. Armin Hallmann de la Facultad de Biología dirige el estudio. Los hallazgos ahora se han publicado en acceso abierto en la revista The Plant Cell .
La célula es la unidad organizativa más pequeña de la vida. Contiene los componentes básicos necesarios para la vida en una forma compacta y es el lugar donde tienen lugar las reacciones bioquímicas vitales. Con la ayuda de las enzimas, se llevan a cabo transformaciones de sustancias y energía, que son procesos también conocidos como metabolismo. El interior de la célula está separado y por lo tanto protegido del medio ambiente por la membrana celular . El material genético, el almacén de información de la célula, a menudo se encuentra en el núcleo celular como ADN. Cuando una célula se divide por mitosis, primero divide su núcleo en dos núcleos hijos idénticos con el mismo material genético. Luego, el resto de la célula se divide y dos células hijas idénticasson producidos. En particular, el complejo proceso de la mitosis, determinado genéticamente, debe tener lugar con mucha precisión: todo el material genético, dividido en cromosomas, debe segregarse con precisión en los dos núcleos de las células hijas.
La división celular del alga Volvox carteri combina características animales y vegetales
“La división celular es uno de los procesos más fundamentales en los organismos vivos. Básicamente se ha conservado durante incontables millones de años de evolución y se puede encontrar en todos los organismos”, dice el profesor Dr. Armin Hallmann, jefe de Biología Celular y del Desarrollo de Grupo de investigación de plantas de la Universidad de Bielefeld. Sin embargo, los mecanismos de división celular en animales, hongos, plantas y algas tienen rasgos característicos. El alga verde multicelular Volvox carteri es un caso particularmente interesante. “Exhibe características tanto animales como vegetales en la mitosis”, dice Hallmann. Los investigadores ahora han podido aclarar este fenómeno en su estudio. “Hasta ahora, los investigadores sabían muy poco sobre el proceso exacto de mitosis en esta alga verde”.
Mitosis en la microalga Volvox carteri
Con sus análisis, los científicos han podido identificar cinco características que son cruciales para la mitosis en la microalga Volvox carteri.
Las dos primeras características se refieren a la envoltura del núcleo de microalgas. “La envoltura nuclear no se desintegra al comienzo de la mitosis, como suele ser el caso, sino que permanece en su lugar hasta poco antes de que se complete la división nuclear”, dice Armin Hallmann. “En cambio, se vuelve poroso y permeable, de modo que los componentes celulares se intercambian entre el interior del núcleo celular y el citosol, un fluido que rodea el núcleo celular. Por lo tanto, durante un cierto período de tiempo, el núcleo celular pierde su propiedad típica. como un espacio de reacción confinado, aunque la envoltura nuclear todavía está presente”.
La tercera característica está relacionada con los centrosomas de la célula. Estas son estructuras celulares que juegan aquí un papel central en la organización del huso mitótico. El huso mitótico organiza los cromosomas de tal manera que pueden segregarse con precisión en los dos núcleos celulares recién formados. “Hemos podido demostrar que los centrosomas juegan un papel crucial en la mitosis de Volvox carteri a pesar de que se encuentran fuera de la envoltura nuclear. Forman la estructura básica para organizar la división precisa del material genético con la ayuda de la nuclear . huso de división dentro de la envoltura nuclear. Hasta ahora, solo conocíamos una organización del huso por centrosomas a partir de la división celular en animales”, dice Hallmann.
Una cuarta característica es la formación de una estructura filamentosa específica, el ficoplasto, al final de la mitosis. Una vez que el núcleo de la célula se ha dividido, el resto de la célula también debe dividirse para que las células recién formadas puedan finalmente separarse unas de otras. El ficoplasto dinámico es la base para la formación de un surco de división que finalmente divide la célula, mientras que las plantas forman una estructura diferente que finalmente conduce a la formación de una pared celular sólida que se separa. “Lo especial de las algas es que el ficoplasto se forma directamente al reciclar el huso de división nuclear, que luego ya no es necesario”, explica el científico.
Finalmente, los investigadores pudieron detectar una enorme dinámica de toda la arquitectura interna de la célula, así como de la envoltura nuclear durante la división celular.
Haciendo visibles los procesos moleculares
Los investigadores pudieron registrar los procesos de división celular mediante la producción de proteínas fluorescentes (proteínas que brillan cuando se exponen a la luz) y rastrearlas en la célula mediante microscopía de escaneo láser confocal (CLSM). Por primera vez, los científicos han logrado obtener imágenes de la mitosis de microalgas en tres dimensiones en células vivas y caracterizarlas en detalle, usando Volvox carteri como ejemplo.
“La pregunta que nos hicimos fue: ¿cómo funciona exactamente la división celular en las algas verdes? ¿Qué estructuras están involucradas en la mitosis y qué papel juegan en el proceso?” dice la primera autora, la Dra. Eva Laura von der Heyde. Anteriormente realizó investigaciones en el grupo de investigación de Hallmann como estudiante de doctorado y ahora es postdoctoral. Para poder localizar en la célula proteínas importantes implicadas en la división celular, se vinculan sus genes con el gen de una proteína fluorescente mediante técnicas de biología molecular. Las proteínas implicadas en la división celular se vuelven fluorescentes, lo que las hace distinguibles de todas las demás proteínas de la célula. “Usamos un láser especial para excitar diferentes proteínas fluorescentes para que brillen. Usando un láser confocal microscopio de barrido, pudimos detectar el brillo amarillo verdoso de las microestructuras formadas por las proteínas en las células vivas”, dice Eva Laura von der Heyde.
Los investigadores también registraron en video cómo se mueven las proteínas durante la división celular, cómo forman microestructuras y cómo se reconstruyen estas estructuras. En un video de lapso de tiempo, que condensa 30 minutos de mitosis en nueve segundos y los muestra simultáneamente en diez planos de sección óptica, queda claro cómo los centrosomas organizan la formación del huso de división nuclear y cómo el huso de división nuclear finalmente se transforma en el ficoplasto después de que los cromosomas se hayan separado.
Ideas sobre la evolución
A largo plazo, Armin Hallmann y Eva Laura von der Heyde esperan poder aprovechar estos nuevos hallazgos para aprender más sobre la evolución de la división celular. ¿Cómo surgieron las diferentes variantes de división celular que se encuentran hoy en día en animales, hongos, plantas y algas? “En la evolución, las primeras plantas terrestres se desarrollaron a partir de algas verdes primordiales. Es por eso que el alga verde Volvox carteri también posee propiedades que tiene en común con las plantas terrestres que crecen hoy en día. Sin embargo, llama la atención que Volvox carteri también posee propiedades que pueden ser encontrado en los animales que viven hoy en día. Otras de sus características solo se encuentran nuevamente en las algas verdes. Estas características especiales también hacen que este organismo modelo sea tan importante para nuestra comprensión de la evolución de la división celular .”, dice Hallman.
