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Mutar por encima de un ritmo límite pone a la especie que lo hace en riesgo de extinción al hacerse su genoma inestable.

Los retrovirus, como estos de HIV, mutan rápido. Foto: St. Lawrence University.

Eugene Shakhnovich de Harvard University y sus colaboradores han identificado una velocidad límite virtual en la evolución molecular de los organismos. Concretamente, dicha velocidad se estima en unas 6 mutaciones por genoma y generación. Más allá de esta velocidad las especies pierden estabilidad en sus genomas y corren un fuerte riesgo de extinción.
Los investigadores trabajaban en un modelo que estudiaba la estabilidad de las proteínas necesaria para la supervivencia de los organismos cuando encontraron con un límite termodinámico esencial. Este resultado manifiesta una relación crucial entre las propiedades físicas del material genético y la supervivencia del organismo en su conjunto como mejor adaptado a un medio.
Según este investigador el trabajo es uno más de los que tratan de rellenar el hueco entre la biología macroscópica y microscópica. Según él, aunque los modelos matemáticos genéticos han alcanzado importantes logros, han fallado al tratar de relacionar la reproducción de los organismos mejor adaptados y las propiedades moleculares de las proteínas codificadas en sus genomas. Los genes formados por ADN codifican en última instancia proteínas que tienen funciones enzimáticas o estructurales en el organismo portador de dicho gen.
Este estudio se inspiró en parte en un fenómeno conocido en el cual la inactivación de genes importantes produce un fenotipo letal y el organismo es inviable. Asumieron que para que el organismo se desarrolle bien todos sus genes esenciales (aquellos que ejecutan las operaciones celulares básicas) deben de codificar proteínas que sean mínimamente estables si no queremos que el organismo sea inviable.
A lo largo de la evolución las mutaciones pueden codificar proteínas más estables o más inestables. Si las mutaciones empujan a las proteínas esenciales hacia la inestabilidad, no tendrán la función requerida, y que está ligada a su estructura, y el organismo morirá.
Según estos investigadores todos los organismos, incluyendo virus y bacterias, no pueden sobrepasar la velocidad de mutación límite de 6 mutaciones por genoma y generación si no quieren desaparecer.
Este límite es precisamente el que puede ayudar a explicar por qué nuestro sistema inmunitario puede realizar su función. Los gérmenes patógenos no pueden mutar muy rápidamente para evitar los ataques del sistema inmunitario porque se autodestruirían. La velocidad de mutación de los mismos es los suficientemente lenta como para que nuestros sistema inmunitario se pueda hacer con ellos (en el mejor de los casos) en una determinada ventana temporal.
Si la tasa de mutación debe de ser grande el genoma debe de ser pequeño para permanecer por debajo de la velocidad límite y por eso los microorganismos que tienden a mutar rápido tienen genomas muy pequeños como los virus y bacterias.
Según estos investigadores la velocidad de mutación límite también explica las diferencias observadas en el tamaño de los genomas entre distintos organismos con sistema de corrección de errores (como bacterias, mamíferos, pájaros, reptiles, etc.) y aquellos como los retrovirus (virus cuyos genes están codificados en ARN): en los organismos más complejos las células tienen un sistema de corrección de los errores producidos durante la replicación del ADN. Estos sistemas básicamente reducen el número de mutaciones por replicación aumentando la estabilidad del genoma y permitiendo que el intrincado y delicado sistema biológico desarrollarse sin riesgo.
Como corolario este investigador añade que hay un sacrificio entre la seguridad en la evolución y la flexibilidad adaptativa. Los organismos grandes y complejos tienen sistemas de corrección para protegerles de la inestabilidad de su genoma, pero esto significa que el ritmo de evolución se reduce significativamente. Según los organismos se hacen más complejos tienen más que perder con una excesiva velocidad de mutación y no pueden experimentar radicalmente con sus genomas como los virus y bacterias.

Fuentes y referencias:
Nota de Harvard University.
Artículo en PNAS (resumen).