06/Jun/08

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Incorporación natural de ADN foráneo en animal complejo

Se documenta el primer caso de transferencia horizontal de genes foráneos al genoma de un animal acuático pluricelular, en lo que sería una extraña forma de adquirir variabilidad genética distinta al sexo. Los genes además proceden de otras especies, incluso lejanas filogenéticamente.

¿De dónde le vienen sus genes? Si usted es una animal, probablemente los haya heredado de sus padres en el momento de la concepción. No hay incorporaciones de ADN ambiental en usted después de ese evento a no ser que sea el anfitrión de un parásito endosimbiótico que de algún modo pueda transferirle parte de su genoma (evento raramente documentado).

Pero si usted es un rotífero de la clase Bdelloidea la cosa puede ser interesante. Al parecer este animal microscópico pluricelular de agua dulce puede incorporar fragmentos de ADN en su genoma durante su vida. Se ha podido documentar una masiva transferencia horizontal de genes procedentes de bacterias, hongos e incluso plantas al genoma de rotíferos de la clase Bdelloidea. El estudio muestra que se pueden incorporar genes nuevos en un genoma de una manera fundamental diferente a la de la mayoría de los demás animales y que habitualmente consiste en el cruce sexual de machos y hembras. Este nuevo sistema sería como eliminar el sexo de la reproducción sexual. El trabajo es publicado en Science por Irina Arkhipova, Matthew Meselson y Eugene Gladyshev.

Aunque la transferencia horizontal de genes es común entre las bacterias no se había documentado hasta el momento un caso de esta magnitud en el mundo animal hasta la publicación de este estudio. Es sorprendente que estos animales sean capaces de recolectar genes foráneos, que además son adquiridos de una gran variedad de fuentes, para que desempeñen funciones en el nuevo anfitrión. Según Arkhipova estos fascinantes animales no solo relajan las barreras en la incorporación de material genético foráneo, sino que además, sorprendentemente, se las han ingeniado para mantener estos genes foráneos funcionales.

Esta capacidad de recolección de genes del ambiente puede tener gran importancia en el proceso evolutivo de este ser, en su expansión a diversos nichos ecológicos y quizás en su especiación. Este resultado puede que ayude a entender por qué estos animales, que no tienen reproducción sexual, han conseguido diversificarse en cientos de especies en solamente 40 millones de años de evolución.

La reproducción sexual permite introducir variación genética en la descendencia y gracias a ella, y a la selección natural, la evolución se puede dar de una manera más rápida. La recombinación genética que proporciona confiere a la descendencia una mayor diversificación y por tanto una mayor capacidad para que la población se adapte a los cambios ambientales. Los rotíferos de la clase Bdelloidea contradicen esta noción al no poseer reproducción sexual (todos son hembras) y sin embargo exhibir gran capacidad cambio evolutivo. Esto era un problema bastante misterioso, algo que en determinados círculos se le ha llamado "escándalo evolutivo".

Este estudio aclararía esta contradicción al sugerir que estos animales incorporan ADN foráneo del ambiente, incluyendo el de otros rotíferos. Desde el punto de vista evolutivo sería tan bueno como la reproducción sexual estándar. Según Gladyshev este mecanismo, en principio, daría a estos seres la posibilidad de aprovecharse de un metagenoma ambiental.

Lo que no se sabe bien es cómo este animal se las apaña para realizar esta incorporación de genes foráneos en su genoma. En los animales la línea germinal (la que produce los óvulos o espermatozoides) está protegida del asalto medioambiental, como la intrusión de ADN extraño, por el resto de las células del cuerpo, que no son heredables y sirven como "secuestrador" de la línea germinal.

Según Arkhipova las ideas de cómo la línea germinal de estos rotíferos es expuesta a los cambios ambientales son todas especulativas, aunque se habla mucho de ellas.

Una pista que nos ayude a encontrar el método empleado puede ser la habilidad de estos seres a sobrevivir a una desecación total, que es fatal para la mayoría de los organismos. Cuando el agua desaparece del ambiente, estos rotíferos entran en una especie de estado suspendido en el que pueden permanecer durante meses o años. Una vez que el agua reaparece vuelven a la vida, a moverse, a comer y a reproducirse.

Arkhipova especula que durante la fase de desecación se producen daños en la membrana y daños en el ADN del animal. Pero no sólo se deseca el rotífero, también lo hace la comida que ha ingerido y que sufre los mismos daños. Ésta sería la oportunidad para que el ADN de la comida pase a la línea germinal del rotífero. En la rehidratación los daños del ADN en la línea germinal del rotífero son reparados incorporándose el ADN foráneo en el proceso. El rotífero también podría incorporar ADN de otros congéneres desecados en el mismo lugar. En el caso de este animal sí que sería literalmente cierto que se es lo que se come.

Esta idea está inspirada de un trabajo reciente de Gladyshev y Meselson (2008) que muestra que estos seres son excepcionalmente buenos recuperándose de los daños producidos por las radiaciones ionizantes que normalmente destruyen el ADN. El talento de este ser en la reparación del ADN roto puede haber evolucionado para recuperarse de un estilo de vida en el que está presente la desecación. De este modo la desecación y la radiación ionizante tendrían un efecto similar y dañaría tanto al ADN como a la membrana celular. El animal habría evolucionado para desarrollar sistemas sofisticados de reparación de ADN.

La mayoría de los genes foráneos que el equipo de Arkhipova ha encontrado en el genoma de este rotífero de la clase Bdelloidea forman agregados en los extremos del cromosoma, es decir, en los denominados telómeros. Los telómeros cumplen una función similar a las terminaciones plásticas de los cordones de los zapatos que impide que éstos se deshilachen. Si los rotíferos consiguen ADN foráneo durante la desecación puede que ocasionalmente éste sea añadido a telómeros desprotegidos o puede que simplemente no sea eliminado tan eficientemente como las inserciones potencialmente deletéreas de ADN en la parte central del cromosoma.

El próximo paso de estos investigadores es determinar si estos rotíferos contienen además genes homólogos importados de otros rotíferos y cuántos de los genes foráneos el animal usa realmente. El término rotífero proviene de la forma que tiene de mover la corona ciliada que poseen, como si fuera una sierra circular, viene del latín rota (rueda) y ferre (llevar). Con este movimiento crea una corriente de agua que atrae las partículas de las que se alimenta. Los rotíferos constituyen un filo de animales pseudocelomados microscópicos (de 0,1 a 0,5 mm) con unas 1.500-2.000 especies. Los considerados en este trabajo son solamente una parte de ellos.

Los rotíferos fueron descubiertos en 1702 cuando el pionero de la microscopía Antony van Leeuwenhoek añadió agua a una mota de polvo recolectada de un canalón exterior de su casa y observo el resultado con su microscopio. El organismo fue descrito en una carta a la Royal Society (RU), institución que todavía posee el sobre de original.

Fuente: . Aportado por Gustavo Courault