viernes, 11 de diciembre de 2015

Cómo la Naturaleza nos supera siempre

Un hecho curioso es que muchas de las cosas que creamos los humanos han sido inspiradas en las mismas obras que vemos en la Naturaleza, como por ejemplo, edificios diseñados con base en la organización de los panales de las abejas. En otras ocasiones, simplemente aislamos lo que necesitamos, como en el caso de Penicillium y la penicilina.

Sin embargo, recientemente hemos podido ver que incluso actividades tecnológicas tan complejas como la manipulación genética ya se han presentado en la naturaleza. Y no me refiero simplemente a la especiación, de la cual la selección artificial no llega a ser ni una pálida sombra, sino también a los organismos genéticamente modificados; es decir, a los transgénicos. Independientemente de la postura en pro o en contra que el lector pueda tener al respecto -señalo que yo sí estoy de acuerdo con su uso, pues no hay evidencias científicas de su nocividad-, es bastante notable que la transferencia de genes de una especie a otra se haya dado de manera natural. Para que comprendan cómo ha ocurrido esto, quiero presentarles dos casos recientemente publicados en revistas científicas.

El primero involucra a los bracónidos, una familia de avispas que son generalmente parasitoides de insectos usualmente holometábolos, aunque también pueden parasitar áfidos o heterópteros. Se los explico: una de estas avispas, por ejemplo, pone sus huevos dentro de una oruga. Las larvas se desarrollan en el interior del hospedero, y en la mayoría de las especies les causan la muerte, aunque otras sólo los dejan estériles. Algunas especies de bracónidos incluso son usadas como control de plagas en los cultivos.


Un rasgo muy particular de los bracónidos, descubierto hace poco, es que muchas de las especies endoparásitas poseen una especie de simbiosis con un grupo particular de virus, llamados por ello bracovirus, los cuales se replican dentro de los ovarios de la avispa, y que representan un papel muy importante en la relación parásito-hospedero, pues se encargan de disminuir las defensas inmunes del organismo parasitado o retrasar su desarrollo. A tal grado llega la relación entre los bracovirus y los bracónidos, que el genoma de las avispas presenta elementos virales endógenos fundamentales para la replicación de los bracovirus en el ovario, y las distintas especies de bracónidos endoparasitoides presentan afinidad con un tipo específico de bracovirus.

Y es aquí donde viene lo más impresionante. Hace poco, un grupo de investigadores decidió comparar las secuencias de ADN de un bracovirus presente en la avispa Cotesia congregata con y los genomas de especies de lepidópteros (mariposas y polillas) no hospederas, y el genoma de Manduca sexta, un hospedero habitual de dicha avispa conocido como gusano del tabaco. Los resultados mostraron que grandes tramos de secuencias de nucleótidos en el ADN de los lepidópteros mostraban similitudes superiores al 90% con los encontrados en bracovirus. En otras palabras, que parte del genoma de algunos lepidópteros es de origen viral, tratándose de inserciones muy antiguas, biológicamente hablando. Incluso se encontró en un caso que las lectinas tipo-C (un tipo de proteína) transmitidas a un lepidóptero de forma viral fueron muy similares a las lectinas de himenópteros; es decir, que parte del genoma de una avispa fue transferido al lepidóptero a través del bracovirus, mostrando que existe un flujo de genes entre los dos órdenes de insectos. ¡Transgénicos naturales!

¿Cómo ocurre esto? ¿Tiene alguna utilidad? La segunda pregunta es más fácil de responder. La “domesticación” de genes de bracovirus por parte de los lepidópteros posee ventajas adaptativas para el hospedero: análisis funcionales muestran que algunos de los genes transferidos podrían tener la función de proteger a los lepidópteros contra infecciones por baculovirus, un patógeno muy común para ellos, por lo cual los bracovirus han representado un papel importante en la evolución de las relaciones entre lepidópteros y agentes patógenos.

Por otro lado, es difícil explicar cómo especies no hospederas de bracónidos pueden tener secuencias de bracovirus en su genoma. Se ha observado, por ejemplo, que C. congregata puede picar, en laboratorio, a especies que no hacen parte de su rango de hospederos, y puesto que muchas orugas pueden ser agresivas hacia las avispas parasitoides, estos no tienen tiempo de discernir si dicha oruga es apta o no como hospedero. Considerando estos hechos, se plantea que este comportamiento indiscriminado permitió que los bracovirus integraran su genoma a lepidópteros que, al no ser hospederos de las avispas, pudieron librarse de los efectos nocivos de dichos bracovirus, lo cual resultó siendo una ventaja evolutiva contra otros virus que infectan insectos.

Producción de partículas de bracovirus, e hipótesis de la transferencia de secuencias de bracovirus a genomas de lepidópteros. Tomado de Gasmi et al., 2015.

El segundo caso proviene de un grupo de animales impresionantes: los tardígrados, también conocidos como ositos de agua. De ellos ya he hablado en Magufobusters, y pueden leer mi entrada al respecto si quieren conocer detalles generales de este filo. Lo que nos compete hoy es, tal como en el caso de los lepidópteros, cómo la transferencia horizontal de genes, o THG -el nombre científico para la transferencia genética entre especies- puede haber influido en la evolución de estos espectaculares animales.

Debido a que filogenéticamente se ubican en el grupo de los Ecdysozoa (animales con capacidad de mudar su cutícula) junto a los nematodos y los artrópodos, los tardígrados han sido considerados como potenciales modelos de estudio de la evolución de mecanismos moleculares y de desarrollo. No obstante, actualmente sólo el osito de agua Hypsibius dujardini se encuentra bajo la secuenciación de su genoma, con lo que ahora hace parte de un grupo de invertebrados modelos de estudio, junto a la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, y el nematodo Caenorhabditis elegans.

Recientemente, un grupo de científicos liderados por Thomas C. Boothby, de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, secuenciaron nuevamente el genoma de H. dujardini, y al analizarlo con un índice de transferencia horizontal de genes descubrieron que aproximadamente un sexto del total de genes de este animal, específicamente un 17,5%, es ADN de origen externo, un porcentaje que supera por mucho al que antes se creía era el animal con mayor grado de THG, el rotífero Adineta ricciae, con un estimado de 9,6%. Un análisis más profundo mostró que los genes externos de H. dujardini son muy cercanos a bacterias (estas siendo un 91,7% del total de genes foráneos), hongos, plantas, virus y arqueas (un reino de microorganismos procariotas semejantes a las bacterias). Si bien de esto no puede concluirse que todas las especies de tardígrados tienen el mismo grado de THG, o que lo tengan en general, sin duda dicha presencia de genes externos puede haber contribuido a la capacidad de H. dujardini para soportar condiciones ambientales extremas.


A. Imagen de un tardígrado. B. Porcentaje de cobertura de genes eucarióticos base de  Hypsibius dujardini y otros organismos modelo. C. Fuente de genes en el genoma de H. dujardini. D. Proporción de genes de THG vs número total de genes por tamaño de andamio. Tomado de Boothby et al., 2015

¿Y cómo se dio la transferencia de genes? Bien, la hipótesis al respecto se basa en que, cuando los tardígrados entran en criptobiosis, al suspender su metabolismo su estructura macromolecular se hace más inestable, incluso en su material genético, si bien las sustancias que sintetiza para entrar en dicho estado le ayudan a mantenerla. Al rehidratarse, entonces, las membranas celulares pueden tener fugas momentáneas, lo cual permite que macromoléculas externas entren al citoplasma, y la estructura del ADN puede romperse, si bien hay mecanismos de reparación muy buenos. Teniendo esto en cuenta, es muy probable que, a través de los períodos de desecación y rehidratación, los animales criptobióticos  como tardígrados y rotíferos puedan integrar ADN de otros organismos al suyo.

Son casos muy interesantes, y muestran que es muy posible que la THG tenga gran influencia en el desarrollo evolutivo de varias especies. Esto hace aún más curiosa la protesta de algunos antitransgénicos que siempre afirman que la modificación genética es antinatural. Sin duda, de poder hablar, la Naturaleza les diría que están terriblemente equivocados, y que de hecho ella lleva haciendo millones de años lo que a nosotros nos ha costado unas cuantas décadas en perfeccionar lo que hacíamos desde unos pocos miles.

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