¿Ocurrió la evolución como la contamos?Describir la evolución de los seres vivos tiene solo un referente cierto al ciento por cien, la biología y la diversidad que podemos estudiar, de manera todavía bastante incompleta, de los organismos que viven hoy en día. A partir de ahí los científicos que estudian la evolución quieren poder contar la historia de lo que ha ocurrido desde el origen del planeta Tierra hasta ahora. Es algo así como describir la historia de la música basándonos tan solo en los éxitos de esta semana en los 40 principales.
Quienes estudian la evolución de animales y plantas suelen tener una ayuda más, el registro fósil, que, en su mayoría, contiene restos petrificados de las partes duras de algunos cadáveres. Para entendernos, esto sería como contar la historia de la música relacionando entre sí los cuadros de tema musical de unas cuantas pinacotecas. Ya es difícil, pero ¿qué le espera al microbiólogo que quiera estudiar la evolución de las bacterias?
MVSICA LETITIAE CO[ME]S MEDICINA DOLOR[VM] La música acompaña a la alegría, es un bálsamo para la tristeza. ¿Podríamos, a partir de la imagen pintada por Vermeer y de la frase que incluyó en la tapa del virginal recrear la ópera de Monteverdi L'Orfeo, favola in musica? La pintura, en la colección real británica (St. James’ Palace, Londres) data de 1662-1665, la ópera, una de las primeras que existen se estrenó el 24 de febrero de 1607.
Prescindiendo del fósil.A la hora de encontrar fósiles las bacterias son muy poco agradecidas, algunos hay, pocos, porque no suelen tener esqueletos mineralizados y su tamaño es microscópico. El microbiólogo tiene además acceso a una parte muy limitada de todas las bacterias vivas. Solo puede manipular en el laboratorio una ínfima proporción de todas las que existen, no sabemos cómo cultivar a las demás fuera de su ambiente natural. Como contrapunto puede explotar la ventaja de que muchas bacterias se reproducen, en condiciones óptimas, a gran velocidad y así se ha intentado
reproducir la evolución en el laboratorio. Y dispone de potentes técnicas para examinar todo el ADN que se encuentra en un organismo, el genoma, o en un ambiente, lo que se llama “metagenoma”. Lo que voy a comentar utiliza la genómica para deducir, a partir de cómo vemos el presente, lo que pudo ser el pasado. El método depende por completo de estudiar a los supervivientes, pero eso es lo que ha resultado de la evolución, no la supervivencia de los mejor adaptados, que es un mito urbano, sino la supervivencia de los supervivientes, que no es tan de Perogrullo como a primera vista parece.
Cuando la chatarra es protagonista.Muchas secuencias del genoma de los microbios serían clasificadas como ADN chatarra porque no contienen información para producir proteínas o ácidos nucleicos, pero no lo son. Son señales reguladoras, se les unen moduladores de la lectura de la información (la transcripción), y son muy diversas, incluso en organismos emparentados. La diversidad en algunos microbios se debe en gran medida a las diferencias en las complejas redes reguladoras que actúan sobre genes estructurales muy parecidos. Para sorprendernos más también se encuentran casos en los que pese a la diversidad de las redes reguladoras el resultado final llega a ser muy parecido. Esto es lo que ocurre en dos reguladores, llamados Ste12 y Tec1, de tres especies de levadura. Los dos contribuyen a controlar el crecimiento de estas levaduras en forma de filamento (hifa) y a su carácter invasivo, una propiedad que puede influir en que algunos organismos sean a veces patógenos. En el conjunto de los tres genomas se han detectado unos 200 sitios de unión de Ste12 y Tec1, pero solo un 20% están compartidos en los tres, y además un 10% de los sitios que funcionan en una de las especies no son funcionales o ni siquiera existen en las otras dos. En definitiva una complejidad que a primera vista parecería innecesaria pero que permanece incrustada en el genoma de las tres especies.
Seudohifas de la levadura. Se forman en respuesta a la limitación de nutrientes, y en algunos hongos patógenos la transición desde forma unicelular a seudohifa es un requisito para la virulencia. Joe Heitman, Duke University.
Las fuentes de la diversidad¿Hay algún motivo por el que las redes reguladoras presenten tanta diversidad? Al menos una: suministran a la evolución la plasticidad que no puede obtener por completo de los genes estructurales. Estos van a producir proteínas cuya función biológica muchas veces es acoplarse a una molécula y modificarla, ya sea hidrolizándola, forsforilándola o en suma haciéndola participar en una reacción química. Y por pura química sabemos que hay solo un número limitado de estructuras que puedan hacer cada una de esas reacciones, es decir que la diversidad de los genes estructurales se reduce a lo que permite la bioquímica. La regulación, por el contrario modula los tiempos y ritmos con los que suceden las reacciones y el material sobre el que trabaja es la interacción entre dos o más biomoléculas. Frente a la escasa posibilidad impuesta por la química de variar los sitios donde se efectúan las reacciones bioquímicas, la variación de las superficies por las que interaccionan las proteínas no tiene esos límites. Además las variaciones pueden ser toleradas con más facilidad en los reguladores que en los genes estructurales ya que no será fácil que por ello se pierda por completo una función bioquímica. A mí no me cabe duda de que si no existiese esa plasticidad en los programas biológicos la diversidad de los seres vivos sería ínfima, los mismos reguladores actuando sobre los mismos genes lo que producen es el mismo organismo, y esto tampoco es tan de Perogrullo como parece.
Con este artículo cumplo en parte lo que
prometí a
Emilio Cervantes de resumir y comentar un trabajo escrito en colaboración con Jesús Mingorance. En un futuro escribiré cómo las bacterias han sido unas eficaces máquinas para someter a prueba las interacciones entre proteínas y quedarse con las que les eran más eficaces para cada función, que será la otra parte del díptico.
REFERENCIAM. Vicente and J. Mingorance. 2008. Microbial evolution: the genome, the regulome and beyond.
Environ. Microbiol. 10: 1663–1667.