NeoFronteras

Encuentran dos casos más de transferencia horizontal de genes. Uno de ellos es un pulgón que sintetiza caroteno gracias un gen prestado por un hongo.

Pulgones de color rojizo. Fuente: Charles Hedgcock / R.P.B.

Hasta hace no tanto se creía que solamente las bacterias podían tomar genes prestados de otros seres que no fueran los progenitores, en este caso de otras bacterias. La única forma en la que se se creía se daba la variación genética para seres eucariotas era a través de mutaciones y la reproducción sexual. Hasta hace muy poco no se conocía transferencia horizontal de genes que pudiera cambiar la evolución de seres multicelulares como los mamíferos. La teoría tradicional dice que los mamíferos obtienen sus genes verticalmente, de padres a hijos. Bajo esta visión las especies aparecen, evolucionan y se extinguen, permaneciendo genéticamente aisladas unas de otras.
Las sospechas de que esto no era del todo así empezaron cuando se encontraron genes víricos asimilados en el genoma de organismos superiores. De este modo, aunque no se sea una bacteria se pueden adquirir genes nuevos gracias a los virus. Hasta que en 2008 se publicó la primera prueba inequívoca de transferencia horizontal en organismos superiores.
Ya vimos en NeoFronteras que el genoma humano tiene un alto porcentaje de genes procedentes de virus. Por tanto, el dogma del aislamiento genético dejó de ser válido. También se encontraron otros casos como el de los rotíferos, que terminan por adquirir genes de la propia comida que ingieren.
Ahora se publican otros dos casos más de transferencia horizontal de genes. Una de hongos a insectos y otro caso de invertebrados a mamíferos.

El primer caso trata del descubrimiento de pulgones capaces de sintetizar caroteno. El caroteno y sus variaciones son los pigmentos naranjas, amarillos o rojos presentes en vegetales rojos y anaranjados, como las zanahorias. Los animales, como los humanos, no pueden sintetizar esta sustancia, sino que la adquirimos de los vegetales. El caroteno es un importante antioxidante necesario para la visión, la piel, el crecimiento óseo y otras funciones fisiológicas. La vitamina A, por ejemplo, se obtiene a partir de beta-caroteno, el pigmento naranja de las zanahorias.
Lo fascinante de una especie de pulgón del guisante, o Acyrthosiphon pisum, es que es capaz de sintetizar su propio caroteno, algo único en el reino animal, no se conoce ningún otro animal que lo haga. De este modo, no necesita tomarlos de las plantas, sino que lo sintetiza él mismo.
Según Nancy Moran, líder del estudio que demuestra este hallazgo, una vez que empiezas a ser consciente de lo extendidos que están los carotenoides, te das cuenta que están por todas partes. Así, el color de las yemas de los huevos, del salmón, de los langostinos, de los flamencos, los tomates, las zanahorias o las amapolas depende de algún tipo de carotenoide. .
El equipo de Universidad Arizona ha sido capaz de estudiar cómo este tipo de pulgón adquirió esta habilidad de sintetizar su propio caroteno. Trabajo que se ha podido realizar gracias a la reciente secuenciación del genoma de este insecto.
Según estos investigadores un gen procedente de un hongo pasó a formar parte del genoma del pulgón y empezó a expresarse. Es la primera vez que se encuentra un gen de hongo funcional en el ADN de un animal.
Los animales necesitan muchos requerimientos en la dieta que reflejan una ancestral pérdida de genes. Por esta razón necesitamos tantas vitaminas o aminoácidos en la dieta, porque no somos capaces de sintetizarlos por nosotros mismos. Hasta ahora se creía que era imposible recuperar estos genes perdidos, pero este ejemplo de los pulgones muestra que, efectivamente, si es posible recuperar la capacidad de sintetizar ciertos compuestos a través de la transferencia horizontal de genes.
Posiblemente sea sólo un caso raro, pero en estudios genéticos anteriores ya pasó que un caso inicial aislado a terminado siendo parte de un fenómeno más extendido.
Acyrthosiphon pisum puede ser verde o rojo. Los pulgones son clones, pues una madre produce descendencia que es genéticamente idéntica a ella. Así que cuando en el laboratorio de estos investigadores una variedad roja de estos pulgones empezó a tener descendencia amarilla o verde se supo que se debía a alguna mutación. La variedad amarilla apareció en 2007 y se ha mantenido como una especie de mascota en el laboratorio desde entonces a la espera de saber cómo sucedió la mutación.
Los pulgones tienen bacterias simbióticas viviendo en el interior de células especializadas. Bacterias que están implicadas en mecanismos cruciales de la nutrición y que pasan de la madre a las crías. Si las bacterias mueren los pulgones mueren.
Moran sabía que las bacterias simbióticas que viven en estos pulgones no producían carotenoides. Además estaba segura que no obtenían los carotenos de su dieta. Los pulgones se alimentan de la savia de las plantas y esta sabia es pobre en carotenos. Encima los carotenoides de estos pulgones eran diferentes de los que usualmente hay en las plantas.
Cuando en 2009 se completó la secuenciación del genoma de este pulgón y se hizo disponible a los investigadores, Moran decidió buscar los genes de estos carotenoides, tarea que era relativamente fácil. Además la variedad roja secuenciada presentaba dos copias del gen, lo que hacía aún más fácil esta búsqueda. Lo siguiente era saber si estos genes procedían de alguna bacteria desconocida simbiótica o si era producto de la contaminación.
La eliminación de bacterias simbiótica no alteró la capacidad de síntesis de estos compuestos, por lo que quedaba descartado que el origen del color rojo de estos animales fuera bacteriano.
El estudio de los linajes de pulgones verdes, amarillos y verdes mostró además que el color seguía las leyes mendelianas, lo que indicaba que los genes responsables estaban integrados en el genoma del pulgón. El patrón de herencia de estos colores sugería además que ambos colores estaban presentes en la Naturaleza, porque los pulgones verdes son más susceptibles a ser parasitados por las avispas y los rojos a ser comidos por los escarabajos.
La pieza final del rompecabezas era saber cómo adquirieron estos genes. El análisis de los genes responsables desveló que su secuencia difería de los carotenoides bacterianos y encajaba con los de origen fúngico. Moran especula que la larga asociación entre pulgones y hongos patógenos habría facilitado esta transferencia de genes.

Rhodinus prolixus y Lymnaea stagnalis. Fuentes: Dr. Erwin Huebner, University of Manitoba, Winnipeg, Canada y Wikipedia

El segundo estudio proviene de la Universidad de Texas y desvela que ha habido transferencia horizontal de ADN entre invertebrados parásitos y sus víctimas vertebradas.
Cédric Feschotte, Clément Gilbert y Sarah Schaack han encontrado concretamente pruebas de transferencia de transposones procedentes de un insecto chupador de sangre sudamericano y en un caracol de charca.
Un transposón es un fragmento de ADN que puede replicarse así mismo y moverse a lo largo de diferentes posiciones del genoma. Los transposones producen mutaciones, cambios en la cantidad de ADN total de la célula e influyen dramáticamente en la estructura y función del genoma en donde residen.
Según Feschotte, como estos insectos atacan frecuentemente al ser humano, es concebible que tanto humanos como estos invertebrados hayan intercambiado ADN a través del mecanismo recientemente descubierto. Pero el descubrimiento de transferencia de este tipo de ADN a humanos requeriría examinar gente que haya estado expuesta a estos insectos durante miles de años, como los nativos de Sudamérica.
Los datos procedentes de estos insectos y caracoles proporcionan una prueba del papel parásito-huésped, previamente considerado una hipótesis, a la hora de facilitar la transferencia horizontal de genes.
Adicionalmente la gran cantidad de ADN generada por transferencia horizontal de transposones apoya la idea que del intercambio de material genético entre el parásito y el huésped influye en la evolución del genoma.
El insecto chupador de sangre (Rhodnius prolixus), produce la enfermedad de Chagas al inyectar una clase de tripanosomas (un protozoo) a la víctima. Los investigadores descubrieron que el insecto y sus víctimas, en este caso la ardilla mono y la zarigüeya, compartían transposones que eran idénticos en un 98%.
Además identificaron transposones en el genoma de Lymnaea stagnalis, un caracol de charca, que hace de huésped intermedio entre un gusano trematodo (un parásito) y una gran cantidad de mamíferos.
Hace millones de años los transposones saltaron a varias especies de mamíferos integrándose a sí mismos en los cromosomas germinales, asegurándose de este modo que pasarían de una generación a otra. Por tanto, parte del ADN de esos mamíferos no desciende del antepasado común, sino que se adquirió por transferencia horizontal de otras especies.
Cuando se trata de entender lo que ocurrió a la lo largo de miles o millones de años no es posible hacerlo mediante su replicado en un laboratorio. Así que estos investigadores usaron un programa computacional diseñado para comparar la distribución de elementos genéticos móviles en los 102 animales cuyo genoma ya ha sido secuenciado.
Cuando el genoma humano fue secuenciado hace una década los investigadores encontraron que cerca de la mitad del genoma humano es un derivado de transposones, así que este nuevo resultado tiene importante ramificaciones para así entender la genética humana y de otros mamíferos.

En todo caso, estos descubrimientos ilustran la compleja red de relaciones entre los distintos organismos y sus genomas a lo largo del tiempo y que la diferencia de los diferentes genomas, organismos y linajes es menor de lo que pensábamos.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Nota en Science.
Artículo original (resumen).
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).
Transferencia horizontal en mamíferos.
Más transferencia genética horizontal.
Incorporación natural de ADN foráneo en animal complejo.
Sobre el molusco fotosintético.
Reconstruyendo el árbol filogenético