La explosión de sabor del primer maíz dulce del verano y la postura orgullosa de un perro de exhibición dan testimonio del poder de la domesticación. Pero también lo hace la alquimia microbiana que convierte la leche en queso, los cereales en pan y la soja en miso. Al igual que los antepasados del maíz y el perro, los hongos y bacterias que impulsan estas transformaciones fueron modificados para uso humano. Y sus genomas han adquirido muchas de las firmas clásicas de la domesticación, informaron los investigadores en dos charlas este mes en una reunión en Washington, DC.
Los microbios no se pueden “criar” en el sentido normal porque, a diferencia de los guisantes o los cerdos, los microbios individuales con las características deseadas no se pueden elegir ni aparear. Pero los humanos pueden cultivar microbios y seleccionar variantes que sirvan mejor a nuestros propósitos. Los estudios muestran que el proceso, repetido durante miles de años, ha dejado marcas genéticas similares a las de las plantas y animales domesticados: los microbios han perdido genes, evolucionado hacia nuevas especies o cepas y se vuelven incapaces de prosperar en la naturaleza.
Los estudios «están llegando a los mecanismos» de cómo funciona la domesticación microbiana, dice Benjamin Wolfe, microbiólogo de la Universidad de Tufts. Al revelar qué genes son clave para los rasgos preciados de los microbios, y cuáles se pueden perder, el trabajo podría ayudar a mejorar aún más los organismos que forman gran parte de nuestra comida y bebida, «especialmente [with] creciente interés en los alimentos fermentados”, dice la ecologista microbiana Ariane Peralta de la Universidad de Carolina del Este.
Las levaduras que se usan para hacer pan se consideran desde hace mucho tiempo domesticadas porque han perdido la variación genética y no pueden vivir en la naturaleza. Pero para otros microbios, los científicos han “carecido de evidencia clara de domesticación… en parte porque [their] las comunidades microbianas pueden ser difíciles de estudiar”, dice el estudiante graduado Vincent Somerville de la Universidad de Lausana.
Somerville y John Gibbons, genómico de la Universidad de Massachusetts, Amherst, se centraron de forma independiente en la fermentación de alimentos, lo que ayudó a los primeros agricultores y pastores a transformar los productos frescos y la leche en productos que pueden durar meses o años. Gibbons observó de cerca el genoma de Aspergillus oryzaeel hongo que impulsa la producción de sake a partir de arroz y salsa de soja y miso a partir de soja.
Cuando los agricultores cultivan A. oryzae, el hongo, un eucariota, con su ADN encerrado en un núcleo, se reproduce por sí solo. Pero cuando los humanos toman un poco de sake terminado y lo transfieren a un puré de arroz para comenzar de nuevo la fermentación, también transfieren células de las cepas de hongos que evolucionaron y sobrevivieron mejor durante la primera ronda de fermentación.
Gibbons comparó los genomas de decenas de A. oryzae cepas con las de su ancestro salvaje, A. flavus. Descubrió que, con el tiempo, la selección por parte de los humanos había impulsado A. oryzaeCapacidad de descomponer los almidones y tolerar el alcohol producido por la fermentación. “La reestructuración del metabolismo parece ser un sello distintivo de la domesticación de hongos”, informó la semana pasada en Microbe 2022, la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Microbiología. Por ejemplo, domesticado. Aspergilo las cepas pueden tener hasta cinco veces más copias de un gen para metabolizar almidones que su antepasado, «una forma brillante para que la evolución aumente esta enzima», dice Wolfe.
Los genes de los domesticados A. oryzae también muestran poca variación, y el genoma ha perdido algunos genes clave, incluidos los de las toxinas que matarían la levadura necesaria para completar la fermentación, y que pueden enfermar a los humanos. Aparentemente, la domesticación ha hecho A.oryzae más amigable para los humanos, al igual que generó sabores amargos de muchas plantas alimenticias.
Somerville informó en la reunión que ha visto un patrón muy similar en procariotas u organismos sin núcleo, incluidas las bacterias que se usan para hacer queso. Los primeros queseros establecieron cultivos bacterianos «iniciadores», que la gente en Suiza usa para hacer gruyère y otros quesos. Desde la década de 1970, los queseros han almacenado muestras de sus cultivos iniciadores para evaluar su queso y mantener una alta calidad. Somerville secuenció los genomas de más de 100 muestras.
“Lo emocionante de este trabajo fue tener muestras a lo largo del tiempo”, dice Wolfe. “Se puede ver la formación de la diversidad”, con cambios en los últimos 50 años que insinúan la trayectoria del cambio en los siglos pasados.
Todas las muestras tenían una baja diversidad genética, con solo unas pocas cepas de dos especies dominantes, informó Somerville. Esas pocas cepas persistentes probablemente sean importantes para la calidad del queso, dijo Gibbons. Los cultivos también habían perdido genes desde la década de 1970, incluidos algunos necesarios para producir ciertos aminoácidos, que se requieren para ensamblar proteínas. Pero los aminoácidos son costosos de producir, y estos microbios viven en la leche rica en proteínas. “Pudieron soltar un montón de genes que no necesitaban”, dice Wolfe. Somerville también encontró un extenso intercambio de genes entre los microbios, una forma de adquirir nuevos genes.
Al juntar los estudios, Gibbons concluye que los genomas de «los procariotas domesticados y los eucariotas microbianos son muy similares» entre sí y con los organismos domesticados multicelulares. Peralta advierte que la analogía con los cultivos y los animales no es perfecta. Los microbios pueden evolucionar mucho más rápido y, por lo tanto, pueden «reconstruirse» más fácilmente. Aún así, mientras los investigadores afinan los microbios domesticados, ella espera que el sake y el queso tengan un mejor sabor.
