Jueves, 08 de octubre de 2009
Confirman que la evolución es irreversible
Un estudio molecular descubre que los cambios genéticos no se invierten nunca
La reversibilidad de los procesos evolutivos ha fascinado durante mucho tiempo a los biólogos. Ahora, investigadores de la Universidad de Oregón, en Estados Unidos, han estudiado estos procesos a nivel molecular, utilizando una combinación de técnicas como la resucitación de antiguas proteínas. Así, han descubierto que aquellos cambios que se dan una vez en los genes de un ancestro no se invertirán nunca. Esta constatación sugiere que, a lo largo del tiempo, se habrían dado una serie de mutaciones restrictivas que evitaron innumerables trayectorias alternativas en la selección natural y que, por tanto, la contingencia histórica juega un importante papel en la evolución. Por Yaiza Martínez.
Un equipo de investigación de la Universidad de Oregón, en Estados Unidos, ha constatado en laboratorio y, por primera vez, a nivel molecular, que la evolución no puede ser un proceso reversible.
Según sus descubrimientos, aquellos cambios que se dan una vez en los genes de un ancestro no se invertirán nunca.
La reversibilidad de los procesos evolutivos ha fascinado durante mucho tiempo a los biólogos, explican los investigadores en un artículo aparecido en la revista Nature, sin embargo la mayoría de las investigaciones realizadas al respecto hasta la fecha no han sido determinantes, por la falta de un método del todo fiable de estudio de genes ancestrales.
Para superar este escollo, los investigadores de la Universidad de Oregón analizaron la cuestión a nivel molecular, utilizando una combinación de técnicas: reconstrucción informática de secuencias de genes ancestrales, ADN de síntesis, ingeniería de proteínas y cristalografía de rayos X.
Con todas ellas, consiguieron “resucitar” un gen para una hormona-receptor, idéntico al de un ancestro vertebrado que existió hace más de 400 millones de años.
Mutaciones sin marcha atrás
Así, los científicos descubrieron que, en un rápido periodo de tiempo, se produjeron cinco mutaciones aleatorias en el gen reproducido, y que estas mutaciones a su vez provocaron modificaciones en la estructura de la proteína que dicho gen sintetizaba. El resultado fue que esta proteína pasó a ser incompatible con la forma original de la hormona-receptor.
Según se explica en un comunicado de la Universidad de Oregón, la proteína estudiada fue la denominada receptor glucocorticoide (GR), que sujeta a la hormona cortisona y regula la respuesta al estrés, la inmunidad, el metabolismo y el comportamiento, en humanos y en otros vertebrados.
Según declara Joe Thornton, uno de los autores del estudio y profesor del Centro de Ecología y de Biología Evolutiva de dicha Universidad, esta “fascinante investigación pone de relieve el valor del estudio de los procesos evolutivos”.
Los especialistas afirman que demostrar cómo las estructuras moleculares son reajustadas o sincronizadas refinadamente por los procesos evolutivos, tendrá un gran impacto en las ciencias básicas y en las ciencias aplicadas, incluyendo el sector del diseño de medicamentos para proteínas específicas.
Estudio anterior
En un trabajo anterior, Thornton y sus colaboradores demostraron que la primera proteína GR había evolucionado, hace más de 400 millones de años, de una proteína ancestral también relacionada con una hormona: la aldosterona. Entonces, los científicos identificaron siete mutaciones antiguas que ocasionaron que el receptor evolucionara, relacionándose posteriormente con la hormona cortisona.
Una vez identificada estas siete mutaciones, los científicos quisieron averiguar si éstas eran reversibles, y “resucitaron” la proteína GR para intentar revertir en ella los cambios, mediante la manipulación de su secuencia de ADN. Los investigadores esperaban llegar así a la anterior versión de la proteína, pero en lugar de eso sólo consiguieron una proteína completamente “muerta”, no funcional.
Para identificar las mutaciones, los investigadores trabajaron con cristales de las proteínas antiguas resucitadas, y los metieron en el acelerador masivo de partículas del Advanced Photon Source de Chicago.
Allí, utilizando potentes rayos X determinaron la estructura atómica de la proteína, antes y después de los cambios. Así, descubrieron que las mutaciones de la versión posterior de la GR no podían coincidir con la arquitectura de la proteína inicial.
Según sus descubrimientos, aquellos cambios que se dan una vez en los genes de un ancestro no se invertirán nunca.
La reversibilidad de los procesos evolutivos ha fascinado durante mucho tiempo a los biólogos, explican los investigadores en un artículo aparecido en la revista Nature, sin embargo la mayoría de las investigaciones realizadas al respecto hasta la fecha no han sido determinantes, por la falta de un método del todo fiable de estudio de genes ancestrales.
Para superar este escollo, los investigadores de la Universidad de Oregón analizaron la cuestión a nivel molecular, utilizando una combinación de técnicas: reconstrucción informática de secuencias de genes ancestrales, ADN de síntesis, ingeniería de proteínas y cristalografía de rayos X.
Con todas ellas, consiguieron “resucitar” un gen para una hormona-receptor, idéntico al de un ancestro vertebrado que existió hace más de 400 millones de años.
Mutaciones sin marcha atrás
Así, los científicos descubrieron que, en un rápido periodo de tiempo, se produjeron cinco mutaciones aleatorias en el gen reproducido, y que estas mutaciones a su vez provocaron modificaciones en la estructura de la proteína que dicho gen sintetizaba. El resultado fue que esta proteína pasó a ser incompatible con la forma original de la hormona-receptor.
Según se explica en un comunicado de la Universidad de Oregón, la proteína estudiada fue la denominada receptor glucocorticoide (GR), que sujeta a la hormona cortisona y regula la respuesta al estrés, la inmunidad, el metabolismo y el comportamiento, en humanos y en otros vertebrados.
Según declara Joe Thornton, uno de los autores del estudio y profesor del Centro de Ecología y de Biología Evolutiva de dicha Universidad, esta “fascinante investigación pone de relieve el valor del estudio de los procesos evolutivos”.
Los especialistas afirman que demostrar cómo las estructuras moleculares son reajustadas o sincronizadas refinadamente por los procesos evolutivos, tendrá un gran impacto en las ciencias básicas y en las ciencias aplicadas, incluyendo el sector del diseño de medicamentos para proteínas específicas.
Estudio anterior
En un trabajo anterior, Thornton y sus colaboradores demostraron que la primera proteína GR había evolucionado, hace más de 400 millones de años, de una proteína ancestral también relacionada con una hormona: la aldosterona. Entonces, los científicos identificaron siete mutaciones antiguas que ocasionaron que el receptor evolucionara, relacionándose posteriormente con la hormona cortisona.
Una vez identificada estas siete mutaciones, los científicos quisieron averiguar si éstas eran reversibles, y “resucitaron” la proteína GR para intentar revertir en ella los cambios, mediante la manipulación de su secuencia de ADN. Los investigadores esperaban llegar así a la anterior versión de la proteína, pero en lugar de eso sólo consiguieron una proteína completamente “muerta”, no funcional.
Para identificar las mutaciones, los investigadores trabajaron con cristales de las proteínas antiguas resucitadas, y los metieron en el acelerador masivo de partículas del Advanced Photon Source de Chicago.
Allí, utilizando potentes rayos X determinaron la estructura atómica de la proteína, antes y después de los cambios. Así, descubrieron que las mutaciones de la versión posterior de la GR no podían coincidir con la arquitectura de la proteína inicial.
Evolución accidental
Esto supone, según Thornton, que “incluso si una función ancestral de repente volviera a ser óptima, no existiría forma alguna de que la selección natural devolviera a la proteína directamente a su forma ancestral”.
Por otro lado, la irreversibilidad evolutiva de la GR sugiere que las moléculas que dirigen nuestra biología en la actualidad no son fruto de un proceso determinante sino, más bien, de una serie de mutaciones restrictivas que evitaron innumerables trayectorias alternativas que la selección natural también podría haber seguido.
Es decir que “si lo observado en la evolución de la GR fuera un fenómeno general, entonces la biología actual sería sólo una de las muchas posibilidades evolutivas”, explica Thornton.
En definitiva, que la contingencia histórica ha jugado un importante papel en la evolución de la proteína, concluyen los científicos en Nature, como también podría haberlo jugado en el resto de los niveles a los que ha afectado la evolución.
Depende de la historia
La investigación de Thornton y sus colaboradores a nivel molecular podría explicar los resultados de otro reciente estudio realizado por el Instituto Gulbenkian de la Ciencia de Portugal, en colaboración con la Universidad de Nueva York y con la Universidad de California, en el que también se constató la irreversibilidad de la evolución, en este caso a nivel macroscópico.
En enero de este mismo año, la revista Nature Genetics publicaba los resultados obtenidos en pruebas de laboratorio en las que se recreó la selección natural, con distintos escenarios de evolución para la mosca de la fruta (la Drosofila melanogaster).
Las moscas sometidas al experimento procedían de un grupo original que había sido extraído de su ambiente natural en 1975. Durante dos décadas, los descendientes de este primer grupo crecieron en el laboratorio sometidos a distintos estímulos y presiones ambientales que afectaron sus genes. Posteriormente, las moscas fueron devueltas al ambiente original de sus antepasados.
A lo largo de 50 generaciones de moscas en este último entorno, los investigadores observaron si se "revertía" la evolución en los individuos que habían vuelto al hábitat de sus ancestros, en el caso del cromosoma 3. Así, constataron que las moscas presentaron algunos cambios regresivos, pero sólo parcialmente.
Según los científicos, la evolución inversa se detuvo cuando las moscas lograron la adaptación al entorno ancestral. A nivel genético, la convergencia con el estado original sólo llegó a una media del 50%: sólo la mitad de las frecuencias genéticas se invirtieron hasta alcanzar las frecuencias genéticas ancestrales.
Para estos investigadores, la conclusión fue similar a la alcanzada por Thornton y su equipo: la evolución dependería de la historia –sería accidental-, también a nivel genético.
Esto supone, según Thornton, que “incluso si una función ancestral de repente volviera a ser óptima, no existiría forma alguna de que la selección natural devolviera a la proteína directamente a su forma ancestral”.
Por otro lado, la irreversibilidad evolutiva de la GR sugiere que las moléculas que dirigen nuestra biología en la actualidad no son fruto de un proceso determinante sino, más bien, de una serie de mutaciones restrictivas que evitaron innumerables trayectorias alternativas que la selección natural también podría haber seguido.
Es decir que “si lo observado en la evolución de la GR fuera un fenómeno general, entonces la biología actual sería sólo una de las muchas posibilidades evolutivas”, explica Thornton.
En definitiva, que la contingencia histórica ha jugado un importante papel en la evolución de la proteína, concluyen los científicos en Nature, como también podría haberlo jugado en el resto de los niveles a los que ha afectado la evolución.
Depende de la historia
La investigación de Thornton y sus colaboradores a nivel molecular podría explicar los resultados de otro reciente estudio realizado por el Instituto Gulbenkian de la Ciencia de Portugal, en colaboración con la Universidad de Nueva York y con la Universidad de California, en el que también se constató la irreversibilidad de la evolución, en este caso a nivel macroscópico.
En enero de este mismo año, la revista Nature Genetics publicaba los resultados obtenidos en pruebas de laboratorio en las que se recreó la selección natural, con distintos escenarios de evolución para la mosca de la fruta (la Drosofila melanogaster).
Las moscas sometidas al experimento procedían de un grupo original que había sido extraído de su ambiente natural en 1975. Durante dos décadas, los descendientes de este primer grupo crecieron en el laboratorio sometidos a distintos estímulos y presiones ambientales que afectaron sus genes. Posteriormente, las moscas fueron devueltas al ambiente original de sus antepasados.
A lo largo de 50 generaciones de moscas en este último entorno, los investigadores observaron si se "revertía" la evolución en los individuos que habían vuelto al hábitat de sus ancestros, en el caso del cromosoma 3. Así, constataron que las moscas presentaron algunos cambios regresivos, pero sólo parcialmente.
Según los científicos, la evolución inversa se detuvo cuando las moscas lograron la adaptación al entorno ancestral. A nivel genético, la convergencia con el estado original sólo llegó a una media del 50%: sólo la mitad de las frecuencias genéticas se invirtieron hasta alcanzar las frecuencias genéticas ancestrales.
Para estos investigadores, la conclusión fue similar a la alcanzada por Thornton y su equipo: la evolución dependería de la historia –sería accidental-, también a nivel genético.
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