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La evolución en un chip abril 13, 2008

Posted by Gonn in ciencia, evolucion, mutaciones.
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Olvidándonos del creacionismo por unos días, vamos a plasmar aquí los resultados publicados en un interesante artículo de los científicos Brian Paegel y Gerald Joyce en la revista PLOS Biology: “Darwinian Evolution on a Chip”. En este trabajo, los autores hacen uso de la tecnología basada en chips para llevar a cabo un interesante experimento de evolución dirigida que paso a explicar a continuación.

En primer lugar, vamos a aclarar brevemente algunos conceptos y términos generales que aparecen en el artículo:

  • Ribozima: fragmento de RNA con una determinada actividad enzimática. Es decir, actúan sobre un sustrato y generan un producto, al igual que una enzima proteica.
  • Promotor: secuencia del DNA que precede a un gen y actúa como punto de inicio y control de la transcripción de dicho gen.
  • Transcriptasa inversa: enzima capaz de sintetizar DNA de doble cadena usando como molde RNA de cadena única.
  • RNA-polimerasa: enzima encargada del proceso de transcripción. Usando como molde una hebra de DNA, es capaz de reconocer un promotor, unirse y comenzar la síntesis del RNA mensajero de un determinado gen.

Se parte de una población de miles de millones de ribozimas con actividad RNA-ligasa. A su vez, se añade el sustrato de estas ligasas, es decir, oligonucleótidos de RNA que además incluyen en su secuencia un promotor de la transcripción de las propias ribozimas. De esta forma, una ribozima podrá ligar una de estas secuencias promotoras a su propia secuencia, con lo que, tras un tiempo de reacción, tendremos multitud de ribozimas ligadas a una secuencia promotora. Además, a esta mezcla de reacción, se añaden dos enzimas polimerasas: la transcriptasa inversa y la RNA-polimerasa T7. Estas enzimas amplificarán cualquier molécula de RNA que haya incorporado un promotor en su secuencia como consecuencia de la ligación catalizada por las ribozimas (la transcriptasa inversa sintetiza DNA a partir del RNA y la RNA-polimerasa T7 sintetizará nuevas moléculas de RNA a partir de ese DNA, únicamente si presentan un promotor donde pueda unirse).

Esta nueva población de ribozimas es sometida a un nuevo ciclo de reacción y amplificación selectiva, que será repetido hasta 500 veces. De esta forma, aquellas ribozimas cuya eficiencia en la reacción de ligación sea mayor, llegarán a ser dominantes en la competición por los limitados recursos químicos, ya que solo aquellas que sean capaces de fusionar a su secuencia un promotor, serán posteriormente amplificadas para entrar en un nuevo ciclo. Aquellas ribozimas que tengan una eficiencia menor, no serán capaces de fusionar un promotor a su secuencia y, aunque podrán ser sustrato de la transcriptasa inversa, la RNA-polimerasa T7 no será capaz de transcribirlas al no poseer un promotor donde unirse.

En este caso, los autores obtuvieron al final del experimento una ribozima que contenía un set de 11 mutaciones que conferían una eficiencia en la utilización del sustrato 90 veces superior a la actividad inicial.

Nos encontramos pues, ante otra de las miles de pruebas que avalan a las mutaciones como fuente de innovación y a la selección natural como motor de la evolución, al menos a nivel microevolutivo.

Ante una presión de selección las moléculas de RNA más aptas (en este caso, aquellas con una mayor eficiencia en su actividad ligasa) pasan a la siguiente generación (o ciclo). Algunas mutan en el proceso y algunos de estos mutantes aumentan su eficiencia en la ligación de RNA, lo cual aumenta sus posibilidades de pasar a la siguiente generación.

Con este mismo esquema puede explicarse la evolución de los virus o las bacterias, cuando se ven sometidos a diversas presiones selectivas. El caso más paradigmático y mejor conocido por científicos y no científicos podría ser el de los antibióticos y las bacterias. Constantemente somos advertidos por las autoridades sanitarias del peligro que entraña abandonar un tratamiento con antibióticos porque “ya nos sentimos mejor”. Esto puede generar bacterias resistentes al antibiótico que serán mucho más difíciles de erradicar.

Si los creacionistas estuvieran en lo cierto con tomarnos una pastilla sería suficiente. No deberíamos temer que las bacterias se volvieran resistentes, no pueden evolucionar. Si mutaran, morirían porque todas las mutaciones son perjudiciales.

Sin embargo, no es eso lo que podemos observar. Las bacterias evolucionan y muy rápido. Se hacen resistentes y hay que combatirlas con nuevos antibióticos y nuevas estrategias. La investigación en estos campos se ve obligada a tener en cuenta la perspectiva evolutiva, si queremos ver progresos al respecto.