Esos promiscuos genes

Aquella mañana de 1946 el joven genetista estadounidense Joshua Lederberg tomó una placa de Petri de su laboratorio y se puso a examinarla con atención. Con inmensa alegría observó que habían aparecido pequeños puntos de color amarillo diseminados aquí y allá sobre la preparación, sin duda colonias formadas por millones de bacterias cada una de las cuales procedían de la división de un solo individuo. Poco antes él y su colaborador, el bioquímico estadounidense Edward Tatum, habían obtenido dos cepas distintas de Escherichia coli para que cada una de ellas no pudiese fabricar una serie de nutrientes que sí podía fabricar la otra, y las habían sembrado en un medio de cultivo en el que faltaban aquellos compuestos que eran incapaces de sintetizar.

Aparentemente todas las bacterias parecían condenadas a morir por inanición, pero, contra todo pronóstico, el experimento demostró que algunas podían sobrevivir y reproducirse. ¿Cómo? Sin duda, las bacterias supervivientes eran aquellas que habían recibido de la otra cepa los genes que les faltaban para fabricar los nutrientes que no estaban en el medio de cultivo. Es lo que hoy conocemos como conjugación bacteriana, un proceso por el que las bacterias pueden intercambiar segmentos de su ADN. Aquellos dos jóvenes investigadores habían demostrado, en definitiva, el primer caso de transferencia horizontal de genes.

La transferencia horizontal de genes es el paso de material genético entre individuos –de la misma o de distinta especie– mediante un mecanismo distinto a la reproducción. Hasta hace poco se pensaba que este proceso sólo se daba en los organismos procariotas, mediante el proceso de conjugación bacteriana, y que en las células eucariotas la única forma de transmisión genética era la llamada transferencia vertical de genes, esto es, la que va desde los progenitores hasta los hijos.
Últimamente, sin embargo, este panorama está empezando a cambiar. Primero se demostró la transferencia horizontal de genes de algunas bacterias a hongos, concretamente a la levadura Saccharomyces cerevisiae. Por primera vez entraba en escena una célula eucariota, aunque los investigadores más ortodoxos alegaron que en cualquier caso se trataba de un microorganismo, lo que hacía suponer que este tipo de procesos quedaba restringido al mundo microscópico. Nada más lejos de la realidad; las últimas investigaciones sugieren que buena parte de nuestros genes son mucho más inquietos de lo que nunca habríamos imaginado.

Extraño maridaje entre corinebacterias y arañas violín
Las arañas del género Loxosceles, también llamadas “arañas violín”, sintetizan una enzima llamada esfingomielinasa D, que, una vez inyectada en la piel mediante picadura, provoca una intensa necrosis. Curiosamente, la presencia de esta enzima no se ha detectado en ninguna otra especie del reino animal, pero sí en las bacterias del género Corynebacterium, a través de las cuales provoca varias enfermedades en los animales de granja.

Esta coincidencia llevó a los investigadores Greta Binford, profesora de Biología en el Lewis & Clark College (Portland, Oregón), y Matthew Cordes, profesor de Bioquímica y Biofísica Molecular en la Universidad de Arizona, a afirmar en 2006 que habían hallado evidencias de una antigua transferencia de esta toxina entre los antepasados de las arañas y una bacteria. “Estamos reconstruyendo un puzzle histórico con evidencias de descendientes vivos de un antiguo antepasado”, dice Binford. “Nuestra investigación se inspiró en el hecho de que hemos encontrado un grupo de arañas con una única toxina, y esta toxina también existe fuera del reino animal en esta particular bacteria.”
Además Cordes y Binford encontraron una estructura común en un extremo de ambas proteínas tóxicas, que no se encuentra en ninguna otra proteína, lo que sugiere que ambas están más relacionadas entre sí que con el resto de las proteínas. “Un patrón como este incrementa la posibilidad de transferencia horizontal de genes como explicación,” asegura Binford, quien, por otra parte reconoce que para ella es un completo misterio la forma en la que pudo transmitirse la toxina entre los dos organismos.

También entre los mamíferos
Muy recientemente se ha dado una vuelta más de tuerca al detectarse la transferencia horizontal de genes entre vertebrados, mamíferos incluidos. El equipo del profesor Cédric Feschotte, de la Universidad de Texas, estudió el genoma de 26 especies y en siete de ellas encontró una misma secuencia, conocida como transposón hAT, que aparecía en organismos tan dispares como el erizo terrestre, el oposum americano, el gálago (un primate nocturno muy abundante en África) y una especie de rana, algunos de los cuales divergieron evolutivamente hace 340 millones de años.

Lo que más llamó la atención fue el hecho de que esta inquieta secuencia se encontrara en el tenrec, un animal semejante al erizo aunque emparentado con los elefantes, si bien no en los propios elefantes. “Es conceptualmente muy interesante la idea de que algunas partes del ADN de los mamíferos no proceda de especies ancestrales”, dice Feschotte.

Tal cúmulo de evidencias sugiere que el flujo de información genética que ha sembrado este transposón por un conjunto aleatorio de especies ha de ser horizontal. Una explicación alternativa propone que el hAT podría haberse transmitido por vía vertical (de progenitores a descendientes), pero algunas especies lo habrían perdido posteriormente, lo que explicaría su ausencia en algunas especies y su presencia en otras muy próximas. Feschotte, sin embargo, niega esta posibilidad, porque en todos los casos los transposones se encuentran en distintas posiciones dentro del genoma, mientras que si la causa hubiera sido la transmisión vertical deberían estar en la misma posición.

Se trata, sin duda, de un descubrimiento notable, porque es la primera vez que se demuestra el proceso de transferencia genética horizontal entre mamíferos y porque además afecta simultáneamente a varias especies no relacionadas.
¿Cómo? ¿Cuándo? ¿Dónde?
Llegados a este punto podemos plantearnos varios interrogantes: ¿Cuál fue el vector de transmisión? ¿Cuándo se produjo la infección? ¿Cómo se pudo implantar el transposón en las especies infectadas? Feschotte cree que el vector de transmisión podrían haber sido los murciélagos, que son un importante reservorio de virus tales como el de la rabia o el ébola. “Es como una pandemia, y una que puede infectar especies que no están genéticamente ni geográficamente próximas. Es desconcertante, casi aterrador”, dijo durante una entrevista para la revista New Science.
¿Cuándo? Los datos genéticos apuntan a que la infección por el hAT pudo haber ocurrido hace 30 millones de años y que afectó a dos continentes. Este periodo coincide con una gran extinción de mamíferos que tradicionalmente se ha achacado a un proceso de cambio climático, si bien Feschotte especula con la posibilidad de que también influyera la infección por el transposón.

Respecto al éxito del hAT a la hora de implantarse en el genoma de los individuos huéspedes, parece ser que después de introducirse se reproduce con gran profusión, hasta sintetizar 99.000 copias de sí mismo en el caso del tenrec. Además el transposón pasa rápidamente a los cromosomas sexuales, permitiendo que se traslade a las siguientes generaciones. ¿Y qué sucede con nuestra propia especie? Aunque este transposón en particular no está presente en el genoma humano, se calcula que un 45% de dicho genoma procede de transposones, lo que abre una interesante perspectiva respecto a nuestra evolución.

En definitiva, Feschotte cree que la transferencia horizontal de genes ha sido en el pasado mucho más frecuente de lo que se había creído hasta ahora, lo que puede suponer un cambio radical en el proceso de evolución. “Es como un bombardeo. Ha debido tener una gran importancia evolutiva, porque el transposón genera un inmenso aumento de DNA tras la transferencia inicial. (...) Estamos hablando de un cambio de paradigma porque, hasta ahora, la transferencia horizontal se ha visto como algo muy inusual en especies animales. En realidad, es mucho más común de lo que pensamos.” El investigador Greg Hurst, de la Universidad de Liverpool, coincide en que este tipo de procesos puede tener un importante sentido evolutivo. Los nuevos elementos genéticos, asegura, suelen ser más activos en el genoma que otros que la maquinaria genética ha contenido a lo largo del tiempo. “Tienen más capacidad de saltar que los viejos elementos”, asegura. “Y aunque la mayor parte de las consecuencias de tener un transposón introduciéndose en el genoma pueden ser negativas, en ocasiones puede aportar alguna ventaja”.

Ciertamente la transferencia horizontal de genes abre la posibilidad de un cambio de paradigma en la teoría de la evolución. Desde que Darwin estableciera sus principios generales, no han faltado voces críticas que cuestionaran que el proceso de mutación-selección tuviera, por sí solo, suficiente capacidad para desarrollar todas las complejas estructuras que configuran a un ser vivo. La transferencia horizontal de genes aporta una nueva perspectiva a este enigma. Es cierto que también en este caso el proceso de creación de nuevos genes procede en última instancia de los mecanismos de mutación-selección, pero la posibilidad de intercambiar secuencias de ADN entre especies muy distintas aumenta exponencialmente las posibilidades de éxito, como sabemos todos los que hemos intentado completar un álbum de cromos intercambiando los “repes” con los amiguetes.

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Bibliografía
Feschotte, C. y Pritham, E.J. (2007). DNA Transposons and the evolution of eukaryotic genomes. Annual Review of Genetics, 41: 331-368.

Cordes, M.H.J. y Binford, G.J. (2006). Lateral gene transfer of a dermonecrotic toxin between spiders and bacteria. Bioinformatics, 22 (3): 264-268.