Los Hidrogenosomas

Conversando hace unos días en la Academia de Medicina del Zulia sobre la tricomona vaginalis (TRV), allí surgió la idea de revisar con más detalle sus peculiares “organelas” citoplasmáticas denominadas, los hidrogenosomas. Sabemos hoy día, que este protozoario, la TRV, es parásito del aparato genital femenino y genitourinario masculino que puede vivir en la microbiota intestinal y sobre ella, comentábamos que, sin tener mitocondrias, utiliza los hidrogenosomas para su intensa actividad metabólica.

 

El hidrogenosoma hace que el piruvato (PYR) se convierta en dióxido de carbono (CO₂) y acetato al producir hidrógeno molecular (H₂) y poder convertir el ADP en ATP. Es por tanto la fuente de energía para este activo y movedizo protozoario flagelado, el más frecuente agente parasitario del ser humano. El hidrogenosoma resulta ser un orgánulo redondeado que está rodeado por una membrana y se encuentra en algunos protozoos flagelados y hasta en algunos hongos anaeróbicos, siendo por ello, orgánulo u organela, muy variable, que presumiblemente ha evolucionado a partir de protomitocondrias para producir hidrógeno molecular y ATP en condiciones anaeróbicas.

Los hidrogenosomas fueron descubiertos en 1973 por D. G. Lindmark y M. Müller y tienen importancia en el linaje evolutivo para los organismos que viven en ambientes anaeróbicos o con escaso oxígeno. Son muchas las instituciones de investigación que han documentado sus hallazgos sobre cómo este orgánulo existe en diferentes microrganismos, pero no sería sino hasta el año 1970 cuando Lindmark y Müller en la Universidad Rockefeller fueron capaces de aislar y purificar esos orgánulos celulares y demostrarían por primera vez en eucariotas la presencia de piruvato: ferredoxina oxidorreductasa e hidrogenasa. Posteriormente se realizarían más estudios sobre la organización subcelular de varios protozoarios, parásitos anaeróbicos, la Trichomonas vaginalis, Tritrichomonas foetus, Giardia lamblia y Entamoeba sp

Utilizando la información obtenida de estudios de citología hidrogenosomal y de bioquímica, diversos investigadores han determinado el modo de acción del metronidazol sobre los hidrogenosomas que son afectados provocándose en ellos la desestabilización de la estructura helicoidal del ADN e inhibiendo la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas en el parasito. Hoy en día, el metronidazol no solo se reconoce como un agente quimioterapéutico estándar para el tratamiento de infecciones anaeróbicas, sino que su uso se ha popularizado hasta el extremo de provocar casos de resistencia.

Sobre los hidrogenosomas se ha especulado de que evolucionaron a partir de las mitocondrias para proporcionar un mecanismo diferente para la síntesis anaeróbica de ATP utilizando el piruvato. La reacción da como resultado la producción de hidrógeno molecular, de donde esta organela recibe su nombre. Los hidrogenosomas miden entre 0,5 y 2 micrómetros y están rodeados por una unidad de membrana. Generalmente tienen forma redondeada o de mancuerna y se encuentran aislados o en grandes complejos apilados, desde 4 o 5 (llamados complejos juveniles) hasta 20 o más hidrogenosomas.

En ausencia de mitocondrias, se han descrito igualmente, otra organela. Son los mitosomas, unos orgánulos encontrados en algunos organismos eucariontes unicelulares  descubiertos en los años 90 del pasado siglo XX, pero su función todavía no se conoce muy bien ya que solo se han encontrado en organismos anaerobios  o microaerofílicos, los cuales evidentemente, carecen de mitocondrias. Estos organismos no tienen la capacidad de obtener energía por oxidación, proceso que ya sabemos es realizado normalmente por las mitocondrias. Estas mitosomas las encontramos primeramente en otros protozoos como la Entamoeba histolytica, un parásito intestinal de los seres humanos, pero también se han identificado en varias especies de Microsporidios y en parásitos intestinales flagelados del género Giardia.

Las mitosomas como sucede con los hidrogenosomas, derivan probablemente de las mitocondrias y como estas, tienen una doble membrana​ y las proteínas le son entregadas por medio de una secuencia de aminoácidos, un mecanismo muy similar al usado en las mitocondrias. Algunas proteínas asociadas a las mitosomas están relacionadas con las que están presentes en las mitocondrias, pero las mitosomas, al contrario que las mitocondrias, no contienen genes. Los genes para los componentes mitosomiales se encuentran incorporados en el genoma nuclear del parasito.

Sabemos que, en la mayoría de los casos, los hidrogenosomas tampoco tienen genoma, ya que la mayor parte del genoma mitocondrial se transfirió al núcleo; debido a esto, todas las proteínas hidrogenosomales se importan al orgánulo. Se ha detectado un genoma hidrogenosomal en el ciliado de una cucaracha Nyctotherus ovalis y en el Blastocystis Sp., que es uno de los parásitos del humano que más frecuentemente es identificados en las muestras de heces.

Muchos organismos han evolucionado para adaptarse a sus entornos anaeróbicos, y lo han hecho de forma independiente desarrollando hidrogenosomas o estructuras con funciones similares. Dada la mencionada similitud entre Nyctotherus y el Blastocystis, se cree que están relacionados, aunque sólo de forma lejana, ya que resultan de una evolución convergente, detalle este que llega a poner en duda si existen claras diferencias entre mitocondrias, hidrogenosomas y mitosomas.

Existe la llamada "hipótesis del hidrógeno" que estipula como se produjo una endosimbiosis en una célula primitiva antes de que ella hubiese desarrollado un núcleo. Esta hipótesis dice que una bacteria se metió por endosimbiosis en el interior de una arquea. Recordemos que las arqueas son micorganismos procariotas unicelulares parecidos a las bacterias, sin núcleo, que están más relacionadas con los eucariotas. La bacteria que conformaría a la mitocondria, seguramente desprendía mucho hidrogeno  y este era utilizado por la arquea, lo que favoreció que terminaran creciendo juntas. Este pasaría a ser un hecho favorable evolutivamente hablando. En esa simbiosis, surge la diferenciación de la mitocondria y de lo que luego pasaría a conformar el hidrogenosoma.

Algunos organismos que contienen hidrogenosomas incluyen: a) flagelados parabasálidos (Trichomonas vaginalis, Tritrichomonas feto, Histomonas meleagridis). b) flagelados preaxostilicos  (Trimastix pyriformis). c) amoeboflagelados heterolobos (Salteriomonas lanterna). d) ciliados anaerobicos (Nyctotherus ovalis, Metopus palaeformis, Compresa Trimyema, Caenomorpha uniserialis, Dasytricha ruminantium). e) hongos anaeróbicos chytridiomicetos ( Neocallimastix Spp., Piromyces spp.)

Recientemente, es decir en 2010, los científicos también informaron sobre el descubrimiento de los primeros metazoos anaeróbicos conocidos que han sido encontrados en las profundidades de los sedimentos mediterráneos y utilizan hidrogenosomas en su ciclo de metabolismo anaeróbico. Luciendo orgánulos similares a los ya conocidos hidrogenosomas, se describieron tres especies multicelulares de Loricifera: Spinoloricus nov. sp., Rugiloricus nov. sp. y Pliciloricus nov. sp.

Resumiendo, podemos asegurar que los hidrogenosomas son importantes para las células que los contienen porque les proporcionan una fuente constante de energía. La fermentación que ocurre dentro de los hidrogenosomas genera ATP, que se utiliza como fuente de energía para llevar a cabo las funciones celulares. Además de producir energía, los hidrogenosomas también contribuyen a mantener el equilibrio de los iones y los niveles de pH dentro de la célula. Los hidrogenosomas y las mitocondrias comparten pues algunas funciones similares, con marcadas diferencias que espero haber resumido en este trabajo.

Maracaibo, martes 16 de abril del año 2024