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Genes bacterianos en cromosoma de mosca. Foto: Nicolle Rager Fuller, National Science.

Científicos de University of Rochester y del J. Craig Venter Institute dirigidos por Jack Werren reportan en Science la existencia de un genoma completo de un parásito bacteriano que está dentro del genoma del anfitrión invertebrado.
Además afirman que la transferencia lateral de genes entre bacterias y organismos pluricelulares se da mucho más frecuentemente de lo pensado con anterioridad, afectando a los mecanismos evolutivos. Esta transferencia heredable de genes puede permitir que las especies adquieran nuevos genes y funciones de una manera mucho más rápida. Además el estudio de estos genes puede permitir encontrar blancos para nuevos fármacos que traten las enfermedades por ellos provocados.
Este resultado puede tener una gran repercusión sobre los proyectos de secuenciación de genomas, ya que al ADN bacteriano es rutinariamente descartado por los investigadores cuando en realidad puede que formen parte del genoma del organismo que están secuenciando y sea responsable de alguna función.
Estos investigadores han estudiado el parásito bacteriano wolbachia que infecta a entre un 20% y un 70% de los insectos, siendo uno de los parásitos más prolíficos del mundo.
Wolbachia parece haber coevolucionado con sus anfitriones y al menos en un caso incluso su genoma completo ha sido absorbido e integrado en el genoma de su anfitrión.
Esta bacteria invade invertebrados, principalmente insectos, y finalmente consigue llegar hasta los óvulos y espermatozoides (no se conocen infecciones de wolbachia en vertebrados o humanos). Una vez allí se asegura un pasaje hasta la siguiente generación de su anfitrión.
Como esta bacteria vive dentro de los órganos reproductores los investigadores creían razonable que algún intercambio de genes entre los dos se daba frecuentemente y que pasaba a la siguiente generación.

Esquema que muestra el sistema de transferencia de genes de wolbachia. Foto: Nicolle Rager Fuller, National Science.

Un grupo japonés de la Universidad de Tokio liderado por Fukatsu encontró genes de wolbachia dentro del genoma de un escarabajo. Los científicos del J. Craig Venter Institute decidieron hacer una búsqueda sistemática de sus genes en otros invertebrados. Encontraron genes de esta bacteria formando parte del genoma de tres especies de avispas y cuatro de gusanos. Además en el caso de la moscas de la fruta tropical Drosophila ananassae encontraron el genoma de esta bacteria prácticamente entero.
Michael Clark de la Universidad de Rochester llevó una colonia de ananassae al laboratorio de Jack Werren para estudiarlas. Para asegurarse de que no había contaminación administró antibióticos a las moscas. Una vez las creían «curadas» del parásito analizaron sus genomas encontrando genes del parásito. Después de varios meses bajo la administración de antibióticos analizaron los tejidos y no encontraron señales del parásito, pero las copias genéticas de wolbachia seguían allí.
Después de un estudio concienzudo pudieron aislar los genes de wolbachia descubriendo que se encontraban ubicados en el cromosoma 2 de la mosca, formando parte del genoma de la misma. También pudieron demostrar que estos genes se correspondían al genoma completo de wolbachia y que se heredan de la misma manera que los genes «normales» del insecto, pasando a la siguiente generación. El genoma del anfitrión porta, por tanto, los genomas para la generación de dos especies totalmente distintas.
Aunque la mayor parte de estos genes parecen no funcionales, estos investigadores han encontrado ARN de transferencia correspondiente a unos 30 de ellos, lo que significa que al menos éstos se transcriben y por tanto están activos.
Estos investigadores creen que wolbachia introduce «intencionalmente» sus genes en las células del anfitrión y que bajo los sistemas habituales de reparación de ADN el nuevo material genético se incorpora al genoma de la célula del anfitrión. Si esto se da en las células que generan óvulos o espermatozoides entonces las nuevas secuencias pasan a la siguiente generación una vez el anfitrión se reproduce.

Ovarios (en rojo) de mosca infectados por wolbachia (resaltado en verde). Foto: Nicolle Rager Fuller, National Science.

Sin embargo encontrar en este caso el genoma completo del parásito ha sido toda una sorpresa. Antes de este estudio se conocían otros casos de transferencia de genes entre parásito y anfitrión, pero se consideraba que su incidencia era muy baja.
La cuestión de si estos genes proporcionan nuevas funciones al anfitrión está por determinar.
Este grupo cree que la posibilidad de que la influencia de trozos de ADN de ese tamaño sea neutra es muy reducida y por eso ahora están buscando posibles beneficios para la mosca en este caso.
Además, desde el punto de vista evolutivo, el nuevo aporte genético debe de producir un beneficio si quiere pervivir durante mucho tiempo.
Los biólogos evolucionistas deben de tomar buena nota de este descubrimiento ya que la incorporación de trozos grandes de ADN de golpe introduce una gran variación genética súbita.
Si el trozo de ADN incorporado es perjudicial terminará matando (o seleccionando negativamente al su portador por evolución natural) al portador, si proporciona algún beneficio probablemente se conserve.
Los equipos que secuencian genomas también deben de tomar nota. Normalmente las secuencias genéticas que se corresponden a ADN bacteriano son descartadas de los proyectos de secuenciación porque se cree que proceden de una contaminación. Quizás esos genes no provengan de contaminaciones. Por ejemplo, durante el proyecto Genoma Humano se encontraron secuencias genéticas bacterianas, pero se creyó que procedían de alguna contaminación.
Probablemente estas inserciones de ADN se produjeron hace mucho tiempo y sean comunes a muchos animales y plantas que compartan un ancestro común, incluso unicelular.
Se sabía con anterioridad que algo parecido ya pasó antes. Dentro de las células eucariotas (las que poseen núcleo, es decir, casi todas incluyendo las nuestras) hay mitocondrias, que son las factorías de energía de las células. En un pasado remoto estos orgánulos fueron en realidad bacterias libres que «infectaron» a las células eucariotas y éstas finalmente las incorporaron hasta conseguir una relación que podemos denominar simbiótica.
Está claro que la genética todavía nos depara muchas sorpresas, quizás dentro cada uno de nosotros viven las semillas genéticas de bacterias remotas.

Fuentes y referencias:

Widespread Lateral Gene Transfer from Intracellular Bacteria to Multicellular Eukaryotes.
University of Rochester.
Sobre wolbachia en University of Queensland.