Introducción a las algas

Hola, me llamo Stephen Mayfield. Soy Profesor de Biología en la University of California en San Diego y Director del California Center for Algae Biotechnology. Y hoy, vamos a hablar sobre algas verdes. ¿Por qué son algas verdes? Bueno, la explicación más simple es que contienen clorofilas A y B como pigmentos primarios, y eso las hace de color verde. Literalmente, son algas de color verde. Provienen de una división de algas llamadas: las Chlorophyta y las Charophyta. Y esta es también la división de la que provienen las plantas superiores. Como te mostraremos en un minuto, las algas verdes y las plantas superiores están muy relacionadas. Se encuentran principalmente en agua dulce, aunque, por supuesto, como todo, siempre hay alguna excepción a esa regla, y hay un conjunto de Ulvophyceae, que son algas verdes marinas. A menudo son unicelulares, pero son posibles las algas verdes multicelulares. Y todas ellas tienen cloroplastos, y esa es una función fundamental, una estructura fundamental de las algas verdes, y también hablaremos de eso en un momento. Como dije, las algas verdes son sólo una rama de algas. Aquí en este diagrama, se muestra en la esquina inferior derecha. Pero todavía hay un conjunto bastante diverso de algas que salen de eso. Lo que se muestra en el árbol filogenético a la derecha, muestra las clorofitas y las carofitas, y luego muestra el linaje de las plantas que salen de ellas en la parte inferior. Y aunque es un poco difícil de ver en esta diapositiva, la parte inferior de esa figura muestra el tiempo en que estas cosas se han separado. Y si miras muy de cerca en eso, verás que incluso dentro del linaje de algas verdes, muchas de estas especies se han separado por cientos de millones, o incluso mil millones de años. ¿Y qué significa esa separación? Esa separación significa que con el tiempo viene la diversidad genética, y con la diversidad genética viene la diversidad fisiológica. Entonces, las algas verdes, aún cuando todas comparten pigmentos iguales, son bastante diferentes en sus metabolitos secundarios. Hablaremos un poco sobre eso también. Esta es una foto de una célula de una alga verde. Y un par de cosas importantes que verás en ella, como todas las algas, es un eucariota. Tienes un núcleo, y el núcleo con mucho contiene la mayor parte del material genético dentro de la célula, el 99% del material genético está contenido dentro de esa célula. También tienen mitocondrias, y aquí, en esta diapositiva, se muestra como una pequeña mitocondria circular. Esto es a menudo lo que ves en los libros de texto, te lo mostraré en un minuto. No siempre se ven así dentro de una célula real, pero en este diagrama tienen mitocondrias. También tienen un cloroplasto muy grande. Tomará hasta el 60% de la estructura celular, porque, después de todo, una de las funciones más importantes que hacen todas las algas es llevar a cabo la fotosíntesis, por ello, ese siempre es un componente importante de la célula. Esto pasa a ser una imagen de un alga verde Chlamidomonas reinhardii. Esa es una alga móvil, hay dos flagelos, es capaz de nadar. Tiene algo llamado: pirenoide, que contiene la enzima fijadora de carbono, RuBisCO (por: ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa, N.T.) Y luego también tiene una pared celular y una variedad de otras vacuolas. Como dije, aunque así es como se ve un diagrama de caricatura, aquí hay una imagen fluorescente de algunas de esas estructuras subcelulares. Y aquí lo que hemos hecho es tomar proteínas fluorescentes y dirigirlas a esas diferentes estructuras subcelulares. Aquí ponemos mCherry o una proteína fluorescente de color rojo brillante en el retículo endoplásmico. Ponemos una Cerulean, que es una proteína azul, en el núcleo. Y colocamos una proteína verde, llamada Venus, en las mitocondrias. Y esas son células individuales, cada una de las cuales expresa esas, y esas son imágenes de células vivas. Puedes ver esos hermosos colores rojo, azul y verde. Y luego, si cruzamos todos juntos, podemos ver la célula individual, que se muestra a la derecha, Y creo que cuando tienes una muy buena idea de cuán dinámicas son estas estructuras. Las mitocondrias, de hecho, no son pequeñas vesículas redondas que flotan alrededor, son una estructura bastante dinámica, y esto también se aplica al retículo endoplásmico, e incluso al núcleo. Bien, como dije, las algas verdes y las plantas provienen del mismo linaje. Y, de hecho, si miras sus complejos fotosintéticos, lo que verás es que son casi idénticas. De hecho, una de las razones por las que estudiamos algas verdes durante muchos años es porque los complejos fotosintéticos eran idénticos entre las algas verdes y las plantas de cultivo terrestre que utilizamos para producir alimentos. Hubo un gran interés porque podíamos hacer genética mucho más rápido en algas, para verlo en este sistema. Y esto es simplemente una caricatura, donde hemos resaltado cada una de las proteínas individuales, que se encuentran en esos complejos. Si miraras el aparato fotosintético de una alga marrón, o una alga roja, o incluso una cianobacteria, ciertamente verías similitudes. Todos tienen Fotosistema II, todos tienen un complejo de citocromo, todos tienen Fotosistema I, todos tienen ATP y complejo de carboxilatos. Tienen los mismos grandes complejos, pero las estructuras proteicas son muy diferentes y la secuencia de aminoácidos es muy diferente en esas otras algas. Pero entre las plantas superiores y las algas, muy similar, como se ve aquí en esta caricatura. Y lo hemos aprovechado para muchos estudios en estos organismos. Como dije, las algas verdes, sus genomas son bastante bien entendidos. Hay tres genomas, hay un genoma del cloroplasto, y ese es un genoma circular pequeño, hablaremos de eso en otra clase. Hay un genoma nuclear que tiene cromosomas mucho más grandes, casi 100 veces más grandes que el genoma del cloroplasto. Y luego hay un genoma mitocondrial. Y los genomas mitocondriales en realidad varían mucho, en algunas algas, los genomas mitocondriales son tan pequeños como 15 kilobases, y en otras algas, pueden tener más de 600 a 700 kilobases. Es importante destacar que, en varias algas verdes, los tres genomas son transformables. Y en el cloroplasto y el núcleo, en realidad tenemos muy buenas herramientas genéticas, y podemos aprovechar eso, y hablaremos de eso en varias otras clases a medida que avancemos. Finalmente, como dije, los genomas de algas verdes tienen una homología significativa con otros genomas de algas, pero la mayor parte está en el aparato fotosintético. Lo que muestra este diagrama aquí, es un poco difícil de ver, pero lo que muestra es cada lugar donde los círculos se superponen, ahí es donde tienen genes que son homólogos entre sí. Si miras esto, las algas pardas y las algas verdes, en realidad sólo comparten alrededor del 40% de sus genomas en común. ¿Qué significa eso? Eso significa que el 40% de las proteínas que podemos identificar deben tener una función similar. Las algas rojas, casi lo mismo. Lo que esto muestra es que hay una buena homología entre el conjunto central de genes, pero luego una gran diversidad una vez que se sale de eso. Y con eso, dije, con esa diversidad genética también viene la diversidad fisiológica. Y esa es una de las cosas que aprovecharemos en las algas cuando queramos producir muchos compuestos diferentes en ellas. Y, finalmente, ¿por qué nos importan las algas verdes? Bueno, nos preocupamos por las algas verdes, porque varias de ellas ya se usan como alimento hoy en día. Esta es solo una foto de dos. Uno es Chlorella, esta es una pequeña alga verde, de muy, muy rápido crecimiento, y se encuentra en muchos alimentos diferentes hoy en día. Es posible que lo veas en la tienda, de hecho, si compra algo llamado “Green Machine” o “Super Green”, algunos de estos tipos de bebidas alimenticias saludables, a menudo tienen Chlorella y luego una cianobacteria llamada: Spirulina. Y luego se muestra a la derecha, este es un producto nuevo, está fabricado por una compañía llamada TerraVia, cultivan Chlorella, y extraen de ella, el aceite que contiene, los triglicéridos, y lo venden como aceite de cocina. Y es un aceite de cocina de muy alta calidad, puede llegar a una temperatura muy alta y no le da mucho sabor a la comida, y eso resulta ser importante para muchas cosas diferentes que cocinas. Por lo tanto, una de las razones por las que estudiamos las algas verdes y una de las razones por las que serán más importantes en el futuro es que son una muy buena fuente de alimento.