Visiones del Cuarto Dominio

Árbol filogenético basado en el ss-rRNA mostrando las tres ramas principales (Fuente: Microbial Life)

Uno de los pilares de la actual teoría evolutiva es el que dice que todas las formas vivas actuales proviene de un ancestro común al que se le denomina LUCA, las siglas inglesas de Last Universal Common Ancestor. Las pruebas sobre los ancestros comunes en seres pluricelulares se basan en los estudios sobre fósiles y en la anatomía comparada. Pero hay un problema con los seres vivos unicelulares, sean estos eucariotas o procariotas. No se pueden estudiar muchos fósiles ni hacer mucha anatomía comparada con los microbios. En el año 1977, un joven microbiólogo llamado Carl Woese tuvo una idea para superar este problema.

Woese se puso a comparar los genes que codificaban para el RNA ribosomal de la subunidad pequeña del ribosoma (ss-rRNA). Razonó de la siguiente forma. Todos los seres vivos de este planeta tienen el mismo código genético. Todos llevan a cabo la traducción del mRNA a proteínas. Todos tienen ribosomas. Y los ribosomas están hechos de RNA ribosomal (rRNA) y proteínas. Así que Woese pensó que podría realizar "bioquímica comparada" utilizando las secuencias de rRNA. Cuanto mayor fueran las diferencia entre dos secuencias, mayor sería su divergencia filogenética.

Los cinco reinos(Fuente de la imagen)

Es probable que inicialmente Woese esperara que sus comparaciones con rRNA confirmarían la clasificación de los cinco reinos. Pero se encontró con un árbol de tres ramas que apuntaba que la mayor biodiversidad ecológica, evolutiva y bioquímica se encontraba entre los microorganismos y no entre los seres pluricelulares.

Woese concluyó que la filogenia basada en la comparación de secuencias del RNA ribosomal mostraba con mucha mayor fiabilidad el verdadero grado de parentesco entre las formas vivas así que propuso una nueva clasificación en tres dominios: Bacteria, Arquea y Eukarya. No dijo que debía abandonarse la denominación de los "reinos", pero el mensaje estaba implícito. Podría decirse que la Microbiología es "Republicana" y que acabó con la "monarquía" de los Cinco Reinos.

Bueno, pues puede que estemos en ciernes de otra "revolución". El reconocimiento de que hay un Cuarto Dominio de la vida.

El pasado diciembre un grupo francés liderado por D. Raoult propuso que los mimivirus deberían ser considerados como el cuarto dominio debido a su complejidad y a que filogenéticamente formaban un grupo distinto. Como es lógico el árbol filogenético no se realizó utilizando el rRNA, pues los virus carecen de esa molécula. En este caso se hizo mediante comparaciones metagenómicas. Es decir, utilizando la información de todas las secuencias, sobre todo de unas proteínas involucradas en el procesamiento del DNA.

Árbol filogenético en el que aparecen los mimivirus como un cuarto dominio (Fuente: Raoult et al.)

La propuesta se ve apoyada por los datos de un grupo de la Universidad de Davis liderado por Jonathan Eisen. Han analizado el DNA total de muestras marinas recogidas a lo largo del viaje que ha realizado Craig Venter con su yate. El grupo de Eisen se ha centrado en unos genes que están muy conservados en todos los dominios de la vida. Esos genes son el ss-rRNA, recA y rpoB.

El gen recA codifica a la proteína RecA, que está involucrada en los procesos de recombinación genética. El gen rpoB codifica para RpoB, más conocida como subunidad II de la RNA polimerasa. Esa proteína es esencial en el proceso de polimerización del RNA. ¿Qué ventaja tiene estudiar esos dos genes? Muy simple, están tan conservados y extendidos como el ss-rRNA y en teoría los árboles filogenéticos derivados a partir de ellos deberían ser semejantes entre sí. Además, hay virus que tienen genes que codifican para proteínas homólogas, por lo que se podría llegar a deducir cual es el origen de dichos parásitos.

Y ahí es donde ha saltado la sorpresa. En ambos árboles han aparecido unas cuantas ramas que no pueden verse en el árbol deducido por comparación de secuencias del ss-rRNA y que podrían indicar nuevos dominios biológicos. Alguna de esas ramas coincide con la rama de los mimivirus o de otros virus. Pero también han aparecido dos ramas completamente nuevas. Es decir, no se sabe que tipo de ser vivo posee dichos genes. Como indica Carl Zimmer en su blog: ¿Son virus? ¿Son células? ¿Fueron genes que pertenecieron a células y han acabado en los genomas víricos? ¿O es el cuarto dominio otra señal de que la vida tal y como la conocemos ahora se originó como un virus?

Árbol filogenético basado en la secuencia del gen rpoB. En rojo aparecen las secuencias provenientes de distintos virus. En azul clarito pueden verse dos ramas desconocidas "Unknown 1" y "Unknown 2"(Fuente: Wu et al.)

Lo que está claro es que dentro de poco los libros de Microbiología general van a tener que volver a dibujar el llamado árbol de la vida.

Woese, C. (1977). Phylogenetic Structure of the Prokaryotic Domain: The Primary Kingdoms Proceedings of the National Academy of Sciences, 74 (11), 5088-5090 DOI: 10.1073/pnas.74.11.5088

Wu, D., Wu, M., Halpern, A., Rusch, D., Yooseph, S., Frazier, M., Venter, J., & Eisen, J. (2011). Stalking the Fourth Domain in Metagenomic Data: Searching for, Discovering, and Interpreting Novel, Deep Branches in Marker Gene Phylogenetic Trees PLoS ONE, 6 (3) DOI: 10.1371/journal.pone.0018011

Boyer, M., Madoui, M., Gimenez, G., La Scola, B., & Raoult, D. (2010). Phylogenetic and Phyletic Studies of Informational Genes in Genomes Highlight Existence of a 4th Domain of Life Including Giant Viruses PLoS ONE, 5 (12) DOI: 10.1371/journal.pone.0015530