Translocación de fotosintetatos en la simbiosis entre cnidarios y algas del género Symbiodinium. La simbiosis entre corales arrecifales y algas dinoflageladas del género Symbiodinium, ha sido esencial para el desarrollo de los arrecifes coralinos en las aguas oceánicas tropicales que se caracterizan por ser bajas en nutrientes. La construcción de estos ecosistemas extraordinariamente diversos y geológicamente relevantes, fue posible solamente después de que su simbiosis estuvo firmemente establecida, hace cerca de 23 millones de años (Stanley, 2006, Science 312: 857). Desde los años 50's se sabe que el carbono es transferido desde el alga simbionte hacia el animal hospedero, beneficiando al coral a través de incrementar sus tasas de crecimiento y calcificación. Pero el mecanismo de esta transferencia ha permanecido oscuro. Recientemente publicamos resultados experimentales que demuestran la capacidad de Symbiodinum en cultivo, de liberar glicerol frente a un estímulo apropiado, lo que indica la presencia de vías de sensado y transducción que involucran síntesis de glicerol (Suescún-Bolívar et al, 2012, PLoS ONE 7(10): e47182). Estas vías podrían estar representadas por sistemas de dos componentes tipo histidina cinasa, por un lado, y cascadas de señalización tipo MAP cinasas, por el otro -al igual que en otros microorganismos eucariontes. Además, podrían ser el punto de inicio y regulación en esta translocación de carbono, estimuladas por la propia simbiosis. Este proyecto pretende contestar al menos parcialmente algunas preguntas relacionadas con la síntesis y transferencia de fotosintetatos, y la estimulación y regulación de dicha transferencia, empleando métodos indirectos experimentales, considerando a dos organismos simbióticos a fin de contrastar las respuestas, la medusa Cassiopea xamachana como modelo de simbiosis, y el coral Montastrea faveolata.

El arrecife coralino es un ecosistema formado por corales simbióticos con algas dinoflageladas; sin embargo, se creía que la simbiosis de los corales era con una sola especie de alga que se denominó zooxanthella. La determinación de las diferentes identidades de las algas simbiontes en la década de los 90´s, cambió profundamente nuestro entendimiento de esta relación (revisado en Baker 2003 [Ann Rev Ecol Evol Syst 34: 661]; revisado en Yellowlees et al, 2008 [Plant Cell Environ 31: 679]), ya que las consecuencias de albergar diferentes tipos de simbiontes, se traducen en habilidades distintas que resultan en ultima instancia en la distribución discreta de las especies de coral que habita el arrecife, o bien diferencias en su fortaleza al enfrentarse a condiciones ambientales sub-óptimas. En resumidas cuentas, la identidad de los componentes de la simbiosis contribuye a definir el nicho que ocupa cada especie dentro del arrecife. Una consecuencia importantísima de albergar distintas especies de dinoflagelado, es una fisiología diferente para cada arreglo hospedero-simbionte. Si la transferencia de fotosintetatos influye en la velocidad de crecimiento y/o calcificación de un coral, el tipo de simbionte (especie) podría explicar al menos parcialmente estas diferencias, llevándonos a comprender que determina el que cierta especie de simbionte sea mas o menos dadivosa en la simbiosis, y como contribuye esto al crecimiento y reproducción de una especie dada de animal hospedero. La elaboración de este proyecto permitirá un avance significativo en una pregunta histórica, aun sin resolver, sobre la simbiosis entre cnidarios y Symbiodinium. La dificultad de estudiar organismos involucrados en una endosimbiosis, se espera subsanar empleando acercamientos experimentales indirectos. La coherencia que se obtenga de los resultados en esta aproximación, permitirá sustentar la identidad de fotosintetatos transferidos del alga al animal y al menos proponer una manera de regulación, así como definir si ocurre un reacomodo de acuagliceroporinas en simbiosis, lo que aportaría evidencia del glicerol como fotosintetato principal. Algunos resultados preliminares, junto con estudios en otras especies cercanas, indican la existencia de histidinas cinasas en Symbiodinium, así como de secuencias con homología a las proteínas p38 / Hog1, que nos permiten hipotetizar la existencia de rutas de sensado y regulación similares en estas algas. Las hisitdina cinasas son moléculas abundantes y que cubren diversas funciones en las células, lo que hace ciertamente difícil aislar moléculas de este tipo con función sensora. Sin embargo, la información que existe de este tipo de sensores en bacterias, levaduras y plantas, nos permitirá discriminar entre secuencias con homologías en el transcriptoma de Symbiodinium. Por otro lado, la existencia potencial de acuagliceroporinas es también factible en los cnidarios que hemos considerado en este estudio, sugerida principalmente por la existencia de secuencias codificantes en el cnidario Nemtostella vectensis. Afortunadamente, existen huellas moleculares que permiten esta distinción, aunque para determinar si los genes potenciales codificantes son funcionales, se requerirá de estudios de complementación y sobreexpresión. El considerar la actividad de enzimas en la síntesis de glucosa y glicerol en el alga en simbiosis, representa todo un reto metodológico, ya que algas recién aisladas cambian rápidamente su metabolismo, principalmente debido a que tradicionalmente se ha empleado agua de mar para su separación. Para subsanar este aspecto, existen dos alternativas, es decir, hacer los ensayos enzimáticos con el animal holosimbionte (animal + algas) y restar la actividad en el animal, o bien aislar a las algas en una solución mas parecida al ambiente bioquímico interno. La segunda alternativa sin embargo, requiere de la separación física de las algas, lo que necesariamente generaría alguna perturbación metabólica, por lo cual se ha preferido seguir la primera alternativa. Existen algunos trabajos que sugieren que el metabolismo del alga en simbiosis podría estar parcialmente inhibido por el hospedero (revisado en Davy et al, 2012 [Microbiol Mol Biol Rev 76: 229]), lo que podría ser detectado en comparaciones de actividad enzimática entre algas en simbiosis y en cultivo, siempre y cuando las algas en cultivo sean analizadas una vez que el nitrógeno ha sido decimado del medio externo. Las investigaciones del proyecto propuesto permitirán avances en varios aspectos de la simbiosis, generando al menos tres publicaciones en revistas de alto impacto, y tres a cuatro trabajos que podrán ser presentados en un congreso nacional y otro internacional. Es también importante indicar que los tres estudiantes involucrados en este proyecto podrán cubrir los requisitos de investigación para sus respectivos grados.