Las células vegetales adquieren capacidades inmunes cuando llega el momento de combatir enfermedades

Las células vegetales adquieren capacidades inmunes cuando llega el momento de combatir enfermedades

Los científicos de Salk descubrieron que las células vegetales entran en un estado inmunológico poco común para combatir patógenos y hacer sonar las alarmas de amenazas en toda la planta.

LA JOLLA—Los cuerpos humanos se defienden utilizando una población diversa de células inmunes que circulan de un órgano a otro, respondiendo a todo, desde cortes hasta resfriados y cáncer. Pero las plantas no tienen este lujo. Debido a que las células vegetales son inmóviles, cada célula individual se ve obligada a gestionar su propia inmunidad además de sus muchas otras responsabilidades, como convertir la luz solar en energía o usar esa energía para crecer. Cómo estas células multitarea logran todo esto (detectar amenazas, comunicarlas y responder de manera efectiva) aún no está claro.

Una nueva investigación de los científicos del Instituto Salk revela cómo las células vegetales cambian de función para protegerse de los patógenos. Cuando se encuentran con una amenaza, las células entran en un estado inmunológico especializado y se convierten temporalmente en células PRIMER (Primary IMmunE Responder), una nueva población celular que actúa como centro para iniciar la respuesta inmunitaria. Los investigadores también descubrieron que las células PRIMER están rodeadas por otra población de células llamadas células espectadoras, que parecen ser importantes para transmitir la respuesta inmunitaria a toda la planta.

Los resultados, publicados en Nature El 8 de enero de 2025, los investigadores se acercarán a la comprensión del sistema inmunológico de las plantas, una tarea cada vez más importante en medio de las crecientes amenazas de la resistencia a los antimicrobianos y el cambio climático, que intensifican la propagación de enfermedades infecciosas.

“En la naturaleza, las plantas son constantemente siendo atacados y requieren un sistema inmunológico que funcione bien”, dice el profesor José Ecker, autor principal del estudio, presidente del Consejo Internacional de Genética de Salk e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. “Pero las plantas no tienen células inmunitarias móviles y especializadas como las nuestras; deben idear un sistema completamente diferente en el que cada célula pueda responder a los ataques inmunitarios sin sacrificar sus otras funciones. Hasta ahora, no estábamos muy seguros de cómo las plantas lograban esto”.

Las plantas se enfrentan a una amplia gama de patógenos, como bacterias que se infiltran a través de los poros de la superficie de las hojas u hongos que invaden directamente las células de la “piel” de la planta. Dado que las células vegetales son estacionarias, cuando se encuentran con alguno de estos patógenos, se vuelven las únicas responsables de responder y alertar a las células cercanas. Otro efecto secundario interesante de las células inmóviles es el hecho de que diferentes patógenos pueden ingresar a una planta en diferentes lugares y momentos, lo que lleva a que se produzcan diferentes etapas de respuesta inmunitaria simultáneamente en toda la planta.

Dado que intervienen factores como el momento, la ubicación, el estado de respuesta y otros, una planta infectada es un organismo complicado de comprender. Para abordar este problema, el equipo de Salk recurrió a dos técnicas sofisticadas de elaboración de perfiles celulares, denominadas multiómica unicelular resuelta en el tiempo y transcriptómica espacial. Al combinar ambas, el equipo pudo capturar la respuesta inmunitaria de la planta en cada célula con una resolución espaciotemporal sin precedentes.

“Descubrir estas raras células PRIMER y las células espectadoras que las rodean es un gran avance en cuanto a cómo las células vegetales se comunican para sobrevivir a las numerosas amenazas externas que enfrentan día a día”, dice el primer autor Tatsuya Nobori, ex investigador postdoctoral en el laboratorio de Ecker y actual líder del grupo en The Sainsbury Laboratory en el Reino Unido.

El equipo introdujo patógenos bacterianos en las hojas de Arabidopsis thaliana—Una maleza con flores de la familia de la mostaza que se utiliza habitualmente como modelo en la investigación. A continuación, analizaron la respuesta de la planta para identificar de forma exhaustiva el estado de cada célula tras la infección. Al hacerlo, descubrieron un nuevo estado de respuesta inmunitaria, al que llamaron PRIMER, que surgió en las células en puntos críticos inmunitarios específicos. Las células PRIMER expresaron un nuevo factor de transcripción (un tipo de proteína que regula la expresión genética) llamado GT-3a, que probablemente sea una importante alarma previa para alertar a otras células de una respuesta inmunitaria activa en la planta.

Además, las células que rodean a estas células PRIMER resultaron igualmente importantes. Las células vecinas a las células PRIMER, denominadas "células espectadoras", expresaban genes que permiten la comunicación entre células a larga distancia. Los investigadores planean dilucidar esta relación en futuras investigaciones, pero por el momento sospechan que las interacciones entre PRIMER y las células espectadoras son clave para propagar la respuesta inmunitaria a través de la hoja.

Esta nueva perspectiva espaciotemporal y específica de cada célula sobre la respuesta inmunitaria de las plantas es Ya disponible como base de datos de referencia Para investigadores de todo el mundo. A medida que los patógenos continúan evolucionando y propagándose en medio de cambios ambientales relacionados con el clima y una creciente resistencia a los antibióticos, la base de datos ofrece un trampolín importante para preservar un futuro lleno de plantas y cultivos saludables.

“Actualmente, existe un gran interés y una gran demanda de atlas celulares detallados, por lo que estamos entusiasmados por crear uno nuevo que esté disponible públicamente para que lo utilicen otros investigadores”, afirma Ecker. “Nuestro atlas podría conducir a muchos nuevos descubrimientos sobre cómo las células vegetales individuales responden a los factores estresantes ambientales, lo que será crucial para crear cultivos más resistentes al clima”.

Otros autores incluyen a Joseph Nery de Salk; Alexander Monell de Salk y la UC San Diego; Travis Lee de Salk y el Instituto Médico Howard Hughes; Yuka Sakata, Shoma Shirahama y Akira Mine de la Universidad de Kioto en Japón.

El trabajo fue apoyado por el Instituto Médico Howard Hughes y el Programa Científico Human Frontiers.

DOI: 10.1038 / s41586-024, 08383-z