Una de las cosas que nos enseñan en la carrera de Biología es la importancia del sexo para la evolución. Sobre todo se insiste en que el sexo es un potente mecanismo de creación de variabilidad genética. El sexo permite crear individuos con combinaciones genes que de otra manera se encontrarían en individuos distintos. En contraste, los organismos con reproducción asexual generan descendientes que son idénticos a los progenitores forever and ever.
El lector puede pensar que lo de arriba es un poco exagerado. En las bacterias por ejemplo, hay procesos parasexuales como la transformación, la conjugación y la transducción que también crean variabilidad genética. Actualmente se les denomina como procesos de transferencia genética horizontal o HGT por sus siglas en inglés. Son ellos los responsables principales de que los genes de resistencia a los antibióticos se diseminen entre las poblaciones bacterianas. Pero en general muchos estudiosos de las ciencias de la vida asumen que estos procesos no crean tanta variabilidad genética como el sexo.
Lo cierto es que cada vez se están acumulando más evidencias de que los HGT en realidad crean la misma, o más varibilidad genética, que el sexo. En un reciente artículo publicado en Nature un grupo del MIT ha descubierto y caracterizado un vasta red de intercambio genético entre bacterias asociadas a los humanos. Esta red implica la existencia de una masiva conexión entre bacterias que ha permitido que unos 10.770 genes fluyan entre 2.235 genomas bacterianos distintos. Pero ese intercambio viene determinado por la proximidad de nicho ecológico (los vecinos), y no por la proximidad genética (los parientes). Podríamos decir que es la confirmación experimental del viejo refrán que afirma que "el roce hace el cariño".
La hipótesis de partida del grupo era que iban a encontrar fenómenos de HGT entre especies bacterianas relacionadas, que compartieran localidad geográfica, y que su número no iba a ser más que de un centenar. La inspiración les vino por el trabajo que describía un fenómeno de transferencia de genes que codificaban enzimas degradadoras desde bacterias marinas a bacterias intestinales. Pero según iban acumulando datos se encontraron con la sorpresa de que los eventos HGT eran muy numerosos, que habían sucedido entre especies muy dispares y que no tenían nada que ver con la geografía. El intercambio genético se daba con mayor frecuencia entre microorganismos cuyo parecido era por motivos ecológicos, por ejemplo aquellos que viven en un determinado tipo de suelo porque tienen el mismo requerimiento de pH, temperatura, presión parcial de oxígeno, etc.
El lector puede pensar que lo de arriba es un poco exagerado. En las bacterias por ejemplo, hay procesos parasexuales como la transformación, la conjugación y la transducción que también crean variabilidad genética. Actualmente se les denomina como procesos de transferencia genética horizontal o HGT por sus siglas en inglés. Son ellos los responsables principales de que los genes de resistencia a los antibióticos se diseminen entre las poblaciones bacterianas. Pero en general muchos estudiosos de las ciencias de la vida asumen que estos procesos no crean tanta variabilidad genética como el sexo.
Lo cierto es que cada vez se están acumulando más evidencias de que los HGT en realidad crean la misma, o más varibilidad genética, que el sexo. En un reciente artículo publicado en Nature un grupo del MIT ha descubierto y caracterizado un vasta red de intercambio genético entre bacterias asociadas a los humanos. Esta red implica la existencia de una masiva conexión entre bacterias que ha permitido que unos 10.770 genes fluyan entre 2.235 genomas bacterianos distintos. Pero ese intercambio viene determinado por la proximidad de nicho ecológico (los vecinos), y no por la proximidad genética (los parientes). Podríamos decir que es la confirmación experimental del viejo refrán que afirma que "el roce hace el cariño".
La hipótesis de partida del grupo era que iban a encontrar fenómenos de HGT entre especies bacterianas relacionadas, que compartieran localidad geográfica, y que su número no iba a ser más que de un centenar. La inspiración les vino por el trabajo que describía un fenómeno de transferencia de genes que codificaban enzimas degradadoras desde bacterias marinas a bacterias intestinales. Pero según iban acumulando datos se encontraron con la sorpresa de que los eventos HGT eran muy numerosos, que habían sucedido entre especies muy dispares y que no tenían nada que ver con la geografía. El intercambio genético se daba con mayor frecuencia entre microorganismos cuyo parecido era por motivos ecológicos, por ejemplo aquellos que viven en un determinado tipo de suelo porque tienen el mismo requerimiento de pH, temperatura, presión parcial de oxígeno, etc.
Gráfico que representa la intensidad de transferencia genética horizontal entre diversas comunidades bacterianas presentes en diferentes nichos ecológicos. Este tipo de gráficos se les denomina heatmap (mapa de calor) porque el color rojo indica que la magnitud del parámetro a medir es máximo mientras que el color azul indica el mínimo. El mapa está dividido en dos triángulos por una diagonal que va desde arriba a la izquierda hasta abajo a la derecha. En el triángulo superior se muestra la intensidad de los HGT para todos los genes estudiados entre microbios presentes en un nicho ecológico determinado. Nótese la zona marrón correspondiente a los microorganismos intestinales (gut), o el rojo para aquellos presentes en la vagina. En el triángulo inferior se muestra lo que ocurre con los genes que codifican para la resistencia a los antibióticos. Los HGT son muchísimo más intensos y complejos. Fuente: Smillie et al.
El 60 por ciento de los genes transferidos entre especies bacterianas asociadas a los humanos son genes para la resistencia a los antibióticos. Esta observación puede estar relacionada con la utilización masiva de antibióticos en agricultura y ganadería. Un pequeño dato, en los USA el 80 por ciento de la producción de antibióticos, unos 12.000 toneladas más o menos, se utiliza para dicho uso. Hasta 42 genes de resistencia fueron encontrados entre bacterias asociadas a los humanos y al ganado a pesar de que la separación evolutiva entre la bacteria vacuna y la humana sucedió hace varios millones de años. En el estudio se han encontrado genes idénticos en especies bacterianas tan distintas a nivel filogenético (por ejemplo Bacillus y Acinetobacter), que hacen que la levadura parezca una prima hermana de los humanos. Ese nivel de conservación indica que la transferencia genética ha sido tan reciente que el gen no ha tenido tiempo de mutar. No sólo eso. Los investigadores han encontrado 43 genes de resistencia que habían traspasado las fronteras entre las naciones. Incluso aunque los lugares estudiados están separados por miles de kilómetros. Esto apunta a que una vez uno de estos genes entra en la red, se extienden rápidamente por ella.
La acumulación de datos genómicos y medioambientales permitirá entender las pautas evolutivas de las diferentes poblaciones microbianas a gran escala y estudiar otros aspectos no menos interesantes. También han estudiado la transmisión y diseminación de los genes implicados en procesos patogénicos, ya que podría ayudar a diseñar mejores estrategias terapéuticas.
La acumulación de datos genómicos y medioambientales permitirá entender las pautas evolutivas de las diferentes poblaciones microbianas a gran escala y estudiar otros aspectos no menos interesantes. También han estudiado la transmisión y diseminación de los genes implicados en procesos patogénicos, ya que podría ayudar a diseñar mejores estrategias terapéuticas.
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Esta entrada participa en el VII carnaval de la Biología que hospeda este blog.
Smillie, C., Smith, M., Friedman, J., Cordero, O., David, L., & Alm, E. (2011). Ecology drives a global network of gene exchange connecting the human microbiome Nature DOI: 10.1038/nature10571
