NeoFronteras

Incorporación natural de ADN foráneo en animal complejo

Área: Biología,Genética — martes, 3 de junio de 2008

Se documenta el primer caso de transferencia horizontal de genes foráneos al genoma de un animal acuático pluricelular, en lo que sería una extraña forma de adquirir variabilidad genética distinta al sexo. Los genes además proceden de otras especies, incluso lejanas filogenéticamente.

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¿De dónde le vienen sus genes? Si usted es una animal, probablemente los haya heredado de sus padres en el momento de la concepción. No hay incorporaciones de ADN ambiental en usted después de ese evento a no ser que sea el anfitrión de un parásito endosimbiótico que de algún modo pueda transferirle parte de su genoma (evento raramente documentado).
Pero si usted es un rotífero de la clase Bdelloidea la cosa puede ser interesante. Al parecer este animal microscópico pluricelular de agua dulce puede incorporar fragmentos de ADN en su genoma durante su vida. Se ha podido documentar una masiva transferencia horizontal de genes procedentes de bacterias, hongos e incluso plantas al genoma de rotíferos de la clase Bdelloidea. El estudio muestra se pueden incorporar genes nuevos en un genoma de una manera fundamental diferente a la de la mayoría de los demás animales y que habitualmente consiste en el cruce sexual de machos y hembras. Este nuevo sistema sería como eliminar el sexo de la reproducción sexual. El trabajo es publicado en Science por Irina Arkhipova, Matthew Meselson y Eugene Gladyshev.
Aunque la transferencia horizontal de genes es común entre las bacterias no se había documentado hasta el momento un caso de esta magnitud en el mundo animal hasta la publicación de este estudio.
Es sorprendente que estos animales sean capaces de recolectar genes foráneos, que además son adquiridos de una gran variedad de fuentes, para que desempeñen funciones en el nuevo anfitrión. Según Arkhipova estos fascinantes animales no solo relajan las barreras en la incorporación de material genético foráneo, sino que además, sorprendentemente, se las han ingeniado para mantener estos genes foráneos funcionales.
Esta capacidad de recolección de genes del ambiente puede tener gran importancia en el proceso evolutivo de este ser, en su expansión a diversos nichos ecológicos y quizás en su especiación.
Este resultado puede que ayude a entender por qué estos animales, que no tienen reproducción sexual, han conseguido diversificarse en cientos de especies en solamente 40 millones de años de evolución.
La reproducción sexual permite introducir variación genética en la descendencia y gracias a ella, y a la selección natural, la evolución se puede dar de una manera más rápida. La recombinación genética que proporciona confiere a la descendencia una mayor diversificación y por tanto una mayor capacidad para que la población se adapte a los cambios ambientales. Los rotíferos de la clase Bdelloidea contradicen esta noción al no poseer reproducción sexual (todos son hembras) y sin embargo exhibir gran capacidad cambio evolutivo. Esto era un problema bastante misterioso, algo que en determinados círculos se le ha llamado “escándalo evolutivo”.
Este estudio aclararía esta contradicción al sugerir que estos animales incorporan ADN foráneo del ambiente, incluyendo el de otros rotíferos. Desde el punto de vista evolutivo sería tan bueno como la reproducción sexual estándar. Según Gladyshev este mecanismo, en principio, daría a estos seres la posibilidad de aprovecharse de un metagenoma ambiental.
Lo que no se sabe bien es cómo este animal se las apaña para realizar esta incorporación de genes foráneos en su genoma. En los animales la línea germinal (la que produce los óvulos o espermatozoides) está protegida del asalto medioambiental, como la intrusión de ADN extraño, por el resto de las células del cuerpo, que no son heredables y sirven como “secuestrador” de la línea germinal.
Según Arkhipova las ideas de cómo la línea germinal de estos rotíferos es expuesta a los cambios ambientales son todas especulativas, aunque se habla mucho de ellas.
Una pista que nos ayude a encontrar el método empleado puede ser la habilidad de estos seres a sobrevivir a una desecación total, que es fatal para la mayoría de los organismos. Cuando el agua desaparece del ambiente, estos rotíferos entran en una especie de estado suspendido en el que pueden permanecer durante meses o años. Una vez que el agua reaparece vuelven a la vida, a moverse, a comer y a reproducirse.
Arkhipova especula que durante la fase de desecación se producen daños en la membrana y daños en el ADN del animal. Pero no sólo se deseca el rotífero, también lo hace la comida que ha ingerido y que sufre los mismos daños. Ésta sería la oportunidad para que el ADN de la comida pase a la línea germinal del rotífero. En la rehidratación los daños del ADN en la línea germinal del rotífero son reparados incorporándose el ADN foráneo en el proceso. El rotífero también podría incorporar ADN de otros congéneres desecados en el mismo lugar. En el caso de este animal sí que sería literalmente cierto que se es lo que se come.
Esta idea está inspirada de un trabajo reciente de Gladyshev y Meselson (2008) que muestra que estos seres son excepcionalmente buenos recuperándose de los daños producidos por las radiaciones ionizantes que normalmente destruyen el ADN. El talento de este ser en la reparación del ADN roto puede haber evolucionado para recuperarse de un estilo de vida en el que está presente la desecación. De este modo la desecación y la radiación ionizante tendrían un efecto similar y dañaría tanto al ADN como a la membrana celular. El animal habría evolucionado para desarrollar sistemas sofisticados de reparación de ADN.
La mayoría de los genes foráneos que el equipo de Arkhipova ha encontrado en el genoma de este rotífero de la clase Bdelloidea forman agregados en los extremos del cromosoma, es decir, en los denominados telómeros. Los telómeros cumplen una función similar a las terminaciones plásticas de los cordones de los zapatos que impide que éstos se deshilachen.
Si los rotíferos consiguen ADN foráneo durante la desecación puede que ocasionalmente éste sea añadido a telómeros desprotegidos o puede que simplemente no sea eliminado tan eficientemente como las inserciones potencialmente deletéreas de ADN en la parte central del cromosoma.
El próximo paso de estos investigadores es determinar si estos rotíferos contienen además genes homólogos importados de otros rotíferos y cuántos de los genes foráneos el animal usa realmente.
El término rotífero proviene de la forma que tiene de mover la corona ciliada que poseen, como si fuera una sierra circular, viene del latín rota (rueda) y ferre (llevar). Con este movimiento crea una corriente de agua que atrae las partículas de las que se alimenta. Los rotíferos constituyen un filo de animales pseudocelomados microscópicos (de 0,1 a 0,5 mm) con unas 1.500-2.000 especies. Los considerados en este trabajo son solamente una parte de ellos.
Los rotíferos fueron descubiertos en 1702 cuando el pionero de la microscopía Antony van Leeuwenhoek añadió agua a una mota de polvo recolectada de un canalón exterior de su casa y observo el resultado con su microscopio. El organismo fue descrito en una carta a la Royal Society (RU), institución que todavía posee el sobre de original.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa en Marine Biological Laboratory.
A common aquatic animal’s genome can capture foreign DNA.
Artículo original en Science (resumen).
Common aquatic animals show extreme resistance to radiation.
Common aquatic animals show extreme resistance to radiation.
Foto: Rotífero de la clase Bdelloidea. Se supone que pueden apreciar sus dos ojos rojos. Fuente: www.micrographia.com.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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9 Comentarios

  1. Ramonmo:

    La posibilidad de transferencia horizontal del genoma es una idea latente desde hace bastantes años, con poco éxito académico por no concordar con el neodarwinismo dominante.
    Palabras clave: transposones (elementos móviles del genoma), virus y retrovirus (que incluyen sus genes en la maquinaria molecular del huésped), captura de genoma larvario (idea de Williamson que surge de la constatación de lo mucho que se parecen algunos estadios larvarios incluso entre phyla diferentes)…
    En español, Máximo Sandín, de la UAM, es un apasionado defensor de estos puntos de vista.

    Un saludo.

  2. Alejadro Sánchez:

    Y después dicen que los transgénicos no pueden transmitirse fácilmente en forma horizontal…¿y qué hay de este organismo? Mucho apuro en ganar dinero antes que estudiar científicamente a los seres vivos y su filogenia.

  3. lluís:

    Otros “organismos” que podrían ser objeto de transferencia horizontal serían las religiones.

  4. NeoFronteras:

    En ese caso se intercambiarían memes.

  5. lluís:

    Eso es. No habría una transferencia vertical genética, sería horizontal memética.

  6. Xabi:

    A esto me refería en otro post cuando preguntaba por la “simbiogénesis” de Lynn Margulis.
    La idea aparece en un libro escrito junto con Dorion Sagan, titulado “Captando genoma”, que aún no he tenido la oportunidad de leer.
    Por lo poco que sé del tema, parece que la hipótesis de Margulis sugiere que bacterias que establecen relaciones con organismos pluricelulares, podrían intercambiar con éstos material genético, y que de hecho esto podría ser un factor a tener en cuenta en la evolución, ya que otorgaría una mayor variabilidad genética de la obtenida por cruzamiento sexual, como se explica en el artículo.
    Como se ha dicho más arriba, esta idea viene de hace tiempo, pero no ha sido muy popular debido a la visión neodarwinista imperante en la biología actualmente.
    Pero lo mismo ocurrió con otra teoría de Margulis, la de la endosimbiosis, generalmente aceptada en la actualidad y además decisiva para la comprensión de la evolución de las células nucleadas.

    Un saludo.

  7. NeoFronteras:

    Solamente por si acaso aterriza por aquí un creacionista descerebrado (adjetivo a todas luces superfluo por obvio) hay que decir que en ciencia no hay dogmas y verdades absolutas. Para integrar un nuevo resultado como éste en una teoría como la Teoría evolutiva solamente hacen falta pruebas. Y en ningún momento esto supone un problema, ya que el origen de la variación genética es secundario siempre y cuando ésta se dé, sea a través de mutaciones, de reproducción sexual o mediante otro medio.
    De hecho Darwin, que por la época en la que vivió desconocía los mecanismos genéticos, simplemente propuso una variabilidad en la herencia junto con la presión de selección como mecanismo que produce la evolución.
    Finalmente el hecho evolutivo como tal existe al igual que existe la gravedad, e independientemente de la teoría que lo explique.

  8. Ramonmo:

    Desde luego que la transferencia genética horizontal no afecta para nada a la teoría de la evolución, pero creo que para su introducción en el mundo académico sí que van a hacer falta algo más que pruebas… La genética, especialmente la de poblaciones, es actualmente la piedra angular de los estudios sobre evolución y lo viene siendo desde hace muchos años. Además, es uno de los campos de la biología que mueven más dinero. Muchas cátedras (y unas cuantas subvenciones) se tambalearían si las ecuaciones de Haldane, Dobzhansky y tantos otros no resultaran ser más que otro ladrillo en el edificio, en lugar de la piedra angular.

  9. Jose M Piñeiro:

    No entiendo por que el concepto de transferencia horizontal resulta tan extraño.
    La ingeniería genética hace una transferencia horizontal. Uno de los métodos que suele usar es infectar las células germinales con un retrovirus que contenga el ADN a “transportar”.
    Sabemos que la maquinaria química del retrovirus es capaz de cortar una cadena de ADN y insertar su propio ADN (de hecho las “tijeras” y “cola” que se usan para manipular el ADN provienen de virus y bacterias)
    También sabemos que la maquinaria vírica a veces es tan chapucera que después de introducir sus genes no es capaz de activarlos, no logrando la destrucción de la célula.
    Por tanto, no veo motivo por el que esto no se de en la naturaleza, ya que en los laboratorios solo aprovechamos lo que ya existe en la naturaleza.
    Ademas este sistema podría ser la explicación de los saltos evolutivos.

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