Resumen (3 de abril de 2006): ¿Cuántos genes se necesitan para que se dé la vida? Los científicos esperan determinar el número mínimo de genes que son esenciales para la supervivencia extrayendo o ‘eliminando’ genes en bacterias. Pero según un nuevo estudio en la revista Nature, este enfoque destructivo es una estrategia errónea.





Basado en un reporte de la Universidad de Bath.

Las bacterias más simples necesitan casi el doble del número de genes para sobrevivir de lo que los científicos creían en un principio, según un nuevo estudio publicado en la edición del 30 de marzo de la revista Nature.

Las bacterias son algunas de las formas de vida más simples y los científicos que las estudian tratan de identificar el grupo de genes más pequeño - o genoma mínimo - que se requiere para la conservación de la vida.

Tradicionalmente los científicos hacían esto al extraer o ‘eliminar’ una serie de genes individuales de un genoma bacteriano para observar el efecto que esto tenía en su habilidad para sobrevivir.

Bases de ADN apiladas a lo largo de la doble hélice. Los átomos que sostienen el fosfato de azúcar se muestran en gris y las porciones de ADN que absorben el ultravioleta - las bases - se muestran en azul o magenta, dependiendo en qué lado del filamento del ADN se localizan. Crédito: Bern Kohler, Universidad Estatal de Ohio.

Entonces pueden deducir cuáles genes son esenciales para organismo en cuestión y cuáles no lo son, para dilucidar cuáles son los que se necesitan para el genoma mínimo.

Sin embargo, este enfoque destructivo elimina equivocadamente muchos de los genes que son esenciales para la supervivencia de las bacterias, según investigadores de Heidelberg (Alemania), Manchester y Bath (Reino Unido) y Budapest (Hungría).

Los investigadores descubrieron esto después de desarrollar un nuevo enfoque con miras a la representación del genoma, el cual, dado el conocimiento del medio ambiente que rodea al organismo y su historia evolutiva, les permite pronosticar cuáles genes debería contener el genoma en una bacteria.

“Los intentos previos para calcular el genoma mínimo dependían de la eliminación de genes individuales con el objeto de deducir cuáles son los genes esenciales para mantener la vida”, comenta el catedrático Laurence Hurst del Departamento de Biología y Bioquímica en la Universidad de Bath.

“Este enfoque de eliminación pasa por alto el hecho de que haya rutas genéticas alternativas, o directrices, para la elaboración del mismo producto celular”.

“Cuando uno elimina un gen, el genoma puede compensarse al utilizar un gen alternativo”.

“Pero cuando uno repite el experimento de eliminación borrando el gen alternativo, el genoma puede revertirse al gen original”.

“Utilizando el enfoque de eliminación uno podría deducir que se puede prescindir de ambos genes del genoma ya que al parecer no existen efectos destructivos en ninguno de los dos experimentos”.

“De hecho, ya que existen otras directrices para llegar al mismo producto, al eliminar cualquiera de los genes uno hace que el otro sea esencial para la supervivencia; cada eliminación de un gen reduce el espacio disponible para una eliminación más del genoma”.

“Al incluir estas otras directrices en el genoma mínimo casi se duplica su tamaño”.

Los investigadores han desarrollado una forma de pronosticar el contenido de un genoma bacteriano utilizando dos bacterias que hayan evolucionado a partir del E. Coli.

Buchnera y Wiggleswrithia viven dentro de insectos en una relación simbiótica donde ellos suministran moléculas esenciales a sus huéspedes a cambio de alimentos básicos esenciales.

Las llamadas “nanobacterias” pueden llegar a tener un tamaño 10 veces menor que las más pequeñas de estas bacterias. Crédito: Programa de Protección Alimenticia Conneticut

Desde que evolucionaron a partir del E.Coli, los genomas Buchnera y Wiggleswrithia han perdido algunos de los genes que de otro modo necesitarían para su supervivencia.

Los investigadores pudieron modelar este proceso de pérdida de genes utilizando el modelado por computadora y los conocimientos de la ecología bacteriana actual.

Pronosticaron acertadamente cerca de 80 por ciento del contenido de los genes de las dos bacterias, incluyendo algunas de las características de sus genomas que no eran evidentes.

“Lejos de ser una causa de enfermedad, los insectos necesitan estas bacterias para que les provean de los nutrientes esenciales”, comenta el profesor Hurst.

“En estas condiciones relativamente convenientes, Buchnera y Wiggleswrothia han perdido algunos de los genes que de otro modo necesitarían para producir algunas de las moléculas básicas que necesitan para sobrevivir”.

“El poder pronosticar el contenido de un genoma basado en la ecología de un organismo es útil ya que potencialmente podríamos utilizar el conocimiento para pronosticar el contenido de genes en las diversas fases de la evolución de un organismo”.

“Esto nos ayudará a entender más acerca de cómo ha evolucionado el genoma de los diversos organismos a lo largo de prolongados períodos de tiempo y debería también a informar de los intentos de los investigadores para construir genomas mínimos a través de evolución gradual en el laboratorio”.

También se pueden utilizar métodos similares para construir el diseño de carácter técnico de una bacteria con las propiedades metabólicas deseadas, identificando cuáles genes necesitaría una bacteria para digerir eficientemente productos específicos de deshechos químicos, por ejemplo.