Los transposones virales luchan contra la barrera de las especies
Transposones y virus, ¿el crisol de la naturaleza?
Los científicos saben desde hace décadas que los genes pueden transferirse de una especie a otra, tanto en animales como en plantas. Sin embargo, seguía sin conocerse el mecanismo por el que se produce un hecho tan improbable. Ahora, investigadores del laboratorio de Alejandro Burga, del Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, identifican un vector de transferencia horizontal de genes (HGT) en gusanos. Los hallazgos, publicados el 29 de junio en Science, podrían conducir al descubrimiento de otros vectores de HGT en eucariotas y encontrar aplicaciones en el control de patógenos.
Una partícula similar al virus Maverick como vector de transferencia horizontal de genes (HGT).
©IMBA-IMP Graphics
Los peces que viven en los océanos Ártico y Antártico han desarrollado ingeniosas estrategias para evitar que su sangre y sus tejidos se congelen en las inhóspitas aguas polares. Una de esas estrategias adaptativas es la evolución de genes que producen proteínas anticongelantes. Sin embargo, hace más de una década, los científicos se asombraron al descubrir que los arenques y los pejerreyes -dos especies completamente diferentes- tienen exactamente la misma proteína anticongelante codificada en sus genomas, lo que indica una transferencia de genes entre ellos. Ejemplos como éste plantean la siguiente pregunta: ¿cómo pueden "saltar" genes entre especies completamente distintas? Este raro fenómeno, conocido como transferencia horizontal de genes (THG), ha desconcertado a los biólogos evolutivos durante mucho tiempo. Y a pesar de que a lo largo de los años se han descubierto nuevos casos de HGT en todas las ramas de la vida, los mecanismos responsables de estas transferencias han permanecido en gran parte desconocidos.
Ahora, los científicos del grupo de Alejandro Burga en el IMBA no sólo han descubierto un caso de HGT en el reino animal con las manos en la masa, sino que también han identificado uno de sus vectores. Mediante un trabajo de detectives genéticos, Burga y su equipo demostraron un evento de HGT entre dos especies de gusanos aisladas reproductivamente que son genéticamente tan diferentes entre sí como los humanos lo son de los peces. Y lo que es más importante, pudieron identificar la causa: una familia de transposones similares a virus llamados Mavericks.
El culpable: los Mavericks como vectores de HGT
"Los Mavericks ya eran conocidos como una clase de transposones, pero nuestro trabajo los relaciona por primera vez con la HGT", explica Alejandro Burga, jefe del grupo del IMBA y autor del estudio. "Sabíamos que se producía HGT entre especies animales, pero no teníamos ni idea de cómo. Esta es la primera vez que podemos dar con un culpable", añade Sonya Widen, coautora del estudio y becaria postdoctoral en el laboratorio de Burga.
Cuando se descubrieron los Mavericks a mediados de la década de 2000, se pensó inicialmente que eran grandes transposones, elementos genéticos egoístas que saltan y se autopropagan en el genoma a expensas de su huésped. Rápidamente se informó de la presencia de mavericks en la mayoría de las ramas de eucariotas, incluida la humana, con lo que se estableció que se originaron hace mucho tiempo.
Transposones y virus, ¿el crisol de la naturaleza?
Pronto empezaron a aparecer pruebas de que los Mavericks contenían genes que codificaban elementos virales, como una cápside y una ADN polimerasa. "La evolución de los transposones y los virus está estrechamente entrelazada", afirma Burga. Sin embargo, la cápside y la ADN polimerasa no bastan para que un transposón salte del genoma de su huésped e infecte las células de un huésped completamente distinto. Ahora, los investigadores del IMBA han encontrado el eslabón perdido: Los transposones de los genomas de gusanos han adquirido la llamada proteína fusógena, una proteína transmembrana que media en la fusión de membranas entre células diferentes. Al adquirir un fusógeno, los autores plantean la hipótesis de que los gusanos Mavericks pasaron a ser capaces de formar partículas similares a virus que pueden fusionarse con las membranas celulares de otro organismo e infectarlo. "Hasta donde sabemos, no se había descrito ningún fusógeno en los Mavericks. Por tanto, creemos que los gusanos Mavericks podrían haber adquirido su secuencia de un virus", afirma Widen. "Los transposones y los virus pueden considerarse como el crisol de la naturaleza. Su unión puede tener repercusiones imprevisibles y dar lugar a innovaciones genómicas", afirma Burga.
Demostrar la importancia de la HGT en gusanos
En el presente estudio, el equipo del IMBA dirigido por Alejandro Burga y los co-primeros autores Sonya Widen e Israel Campo Bes, antiguo estudiante de máster en el laboratorio de Burga, se toparon con la HGT "totalmente por casualidad", como dice Widen. De hecho, el equipo estaba estudiando el origen evolutivo de un elemento egoísta en el nematodo Caenorhabditis briggsae. Haciendo un trabajo detectivesco, pudieron rastrear la secuencia de este gen egoísta hasta otro nematodo, C. plicata, que portaba una copia casi idéntica. Este hallazgo es sorprendente porque C. briggsae y C. plicata son dos especies reproductivamente aisladas. "Sus genomas son tan divergentes como los de los humanos y los peces, y sin embargo ambos tienen un gen casi idéntico que muestra claramente rasgos de un evento HGT evolutivamente reciente", dice Campo Bes. "Observando cuidadosamente el genoma de C. plicata, descubrimos que la secuencia ancestral que dio lugar al gen egoísta en C. briggsae estaba incrustada dentro de un Maverick en C. plicata. El hecho de que este gen recién introducido evolucionara posteriormente hasta convertirse en un nuevo gen egoísta en C. briggsae demuestra el impacto del HGT en la evolución del genoma", explica Widen. El equipo del IMBA demostró a continuación que los Mavericks son responsables de docenas de transferencias HGT independientes entre especies de gusanos pertenecientes a distintos géneros y que se encuentran por todo el planeta.
Importancia agrícola y médica
Los científicos del IMBA sostienen que la unión entre transposones y virus es un factor clave en la mediación de la HGT. Aunque todavía les cuesta creer su éxito, reconocen la repercusión que sus hallazgos podrían tener a la hora de despejar los misterios de la HGT. "Estaba convencido de que estábamos ante un caso de HGT cuando vimos por primera vez estos resultados en el laboratorio, pero también estaba seguro de que nunca averiguaríamos cómo había sucedido. Sin embargo, las estrellas se alinearon", dice Burga, que también predice que los Mavericks y elementos transponibles similares a los virus podrían mediar la HGT en vertebrados y otros eucariotas. Por último, el equipo prevé posibles aplicaciones tanto en el laboratorio como en medidas de control de plagas contra especies de gusanos parásitos: "Si se demuestra que el HGT mediado por Maverick es ampliamente aplicable a cualquier especie de nematodos, tiene el potencial de convertirse en un recurso inestimable. Más allá de las estrictas aplicaciones de laboratorio e investigación, como la manipulación genética de nematodos no modelo, un recurso así podría permitirnos, en el futuro, modificar genéticamente especies de nematodos parásitos que podrían tener relevancia agrícola o médica", concluye Burga.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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