Los mejillones y otros bivalvos tienen el mayor y más diverso número de sensores para detectar patógenos de todo el reino animal. Actúan como verdaderas “alarmas” naturales frente a posibles infecciones.
Se trata de los receptores tipo Toll (TLR, siglas en inglés de toll-like receptors), componentes esenciales del sistema inmune innato de casi todos los animales.
El nombre proviene del alemán toll, que significa increíble o fantástico. Fue acuñado por la bióloga Christiane Nüsslein-Volhard en la década de 1980 al descubrir un gen clave en el desarrollo embrionario de la mosca Drosophila melanogaster. Más tarde, Jules Hoffmann encontró que este gen también era crucial para la defensa inmune de la mosca. Cuando se identificaron proteínas similares en mamíferos, responsables del reconocimiento de patógenos, se les llamó Toll-like receptors por su similitud con el gen Toll.
Los invertebrados se defienden de infecciones
El descubrimiento de Hoffmann fue un hito en la biología. Rompió con la idea tradicional de que los invertebrados carecían de mecanismos inmunes avanzados. En reconocimiento a esta labor pionera, Hoffmann fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 2011, compartido con Bruce Beutler, quien descubrió el papel de los TLR en la inmunidad innata de mamíferos.
Sus hallazgos abrieron una nueva era en el estudio de la inmunología, revelando que los mecanismos básicos de defensa contra patógenos están profundamente conservados en el reino animal.
Arsenal defensivo de los bivalvos
En los vertebrados, incluidos los humanos, el sistema inmune se podría agrupar en dos: el innato y el adaptativo, que están constantemente comunicados. El innato –en el que están los TLR– es una respuesta rápida pero no específica, mientras que el adaptativo es más especializado y produce anticuerpos específicos para cada patógeno.
Los receptores TLR están presentes en la mayoría de los metazoos (animales multicelulares) y cumplen una función crucial en la inmunidad. Su papel es identificar patógenos –como bacterias o virus– y desencadenar la respuesta inmune del organismo para combatir la infección. Sin embargo, no todos los animales cuentan con el mismo arsenal.
Los bivalvos, como los mejillones –que dependen únicamente de su sistema inmune innato y no generan anticuerpos– poseen aproximadamente 260 genes TLR. Más que cualquier otra especie animal. Esto les permite reconocer un gran número de patógenos. En comparación, los humanos tenemos 10 TLR –pero, a cambio, tenemos anticuerpos y otras herramientas inmunes específicas–.
Esta diferencia es muy llamativa. Sobre todo, cuando los comparamos con otros invertebrados que comparten el mismo ecosistema y la misma exposición a potenciales infecciones. Los erizos de mar tienen muchos de estos genes, pero en números mucho menores.
Las anteriores fueron algunas de las conclusiones obtenidas por nuestro Grupo de Inmunología y Genómica, del Instituto de Investigación Marina-CSIC, y publicadas en 2023 en un estudio en Molecular Biology and Evolution sobre la evolución de los genes TLR en 85 especies del reino animal.
Sorprendente diversidad genética
En otros animales, incluidos muchos invertebrados como los insectos, los genes TLR están concentrados en un solo grupo evolutivo o clado. Sin embargo, en los mejillones, sus 260 genes TLR se distribuyen en tres clados principales. Esto muestra un nivel de diversidad sin precedentes en el reino animal.
Además, al comparar los mejillones con otras especies de metazoos, como los cnidarios (un grupo que incluye medusas y corales), se encontró que estos animales tienen muchos menos TLR. Esto sitúa a los bivalvos en una posición evolutiva única.
Mejillones vs. vertebrados
En los vertebrados, el sistema inmunológico adaptativo les permite crear anticuerpos específicos para combatir patógenos concretos. Esto les facilita una resistencia específica a largo plazo. Pero los bivalvos, que carecen de esta capacidad, han desarrollado una respuesta inmune innata increíblemente diversa. Esto les permite reaccionar rápida y eficientemente ante una amplia gama de amenazas, mostrando una estrategia evolutiva impresionante.
Este hecho es crucial, ya que los mejillones y otros bivalvos viven en entornos marinos donde filtran continuamente agua cargada de microorganismos, incluidos patógenos. Se estima que, en tan solo un mililitro de agua de mar, se pueden encontrar alrededor de 10 millones de virus y 1 millón de bacterias. No todos estos microorganismos son dañinos, pero muchos sí.
Según nuestros hallazgos, esta diversidad de sensores TLR no es solo en número, sino también en funcionalidad: están especialmente diseñados para reconocer diferentes tipos de virus, bacterias y protozoos.
Pangenoma, ideal para la protección del grupo
Un descubrimiento complementario realizado por nuestro equipo de investigadores en 2020 reveló algo igualmente fascinante: el genoma del mejillón es un pangenoma abierto. Esto significa que se siguen descubriendo nuevos genes a medida que se secuencian más individuos de la especie.
Por ello, la diversidad genética aún no se conoce completamente y cada nueva muestra puede agregar más genes únicos al genoma de la especie. En un pangenoma cerrado (como el del ser humano), ya se conocen todos los genes posibles de una especie y no se esperan otros nuevos.
A diferencia de los vertebrados, donde la variabilidad entre genomas individuales es relativamente baja, en los mejillones se observó que un alto porcentaje de los genes, especialmente aquellos relacionados con la inmunidad, varían entre individuos.
Esto significa que diferentes individuos de una colonia pueden tener diferentes defensas inmunes, permitiendo que la colonia como un todo sea más resistente a los cambios ambientales y a los patógenos.
En animales con sistemas inmunes adaptativos, como el ser humano, la variabilidad entre individuos no es tan crucial, ya que la producción de anticuerpos específicos se adapta a los patógenos que encuentran. Sin embargo, en los bivalvos, esta diversidad genética es clave para que la especie prospere en ambientes marinos tan diversos y desafiantes.
Esta singularidad genética no solo hace que sean más resistentes a los patógenos marinos, sino que también abre nuevas preguntas sobre la evolución de la inmunidad en diferentes especies animales. Los bivalvos, con su sistema inmune innato altamente sofisticado, demuestran que hay múltiples formas de sobrevivir en un mundo lleno de amenazas microbianas.
