Descifrando el código genético de la diversidad animal

Articulos Cientificos

Autor: Marcelo Rubinstein

Un problema central de la Biología, desde tiempos de Mendel y Darwin, es poder explicar el origen de la casi infinita variedad del reino animal y entender, por caso, cómo un reno, un lobo marino y un zorro son en apariencia tan diferentes a pesar de estar formados por esencialmente los mismos componentes. En 1975 Mary-Clair King y Allan Wilson tiraron la primera piedra al publicar un trabajo pionero en la revista Science en el cual demostraron que las secuencias de aminoácidos de un conjunto de proteínas de chimpancé eran prácticamente idénticas a sus homólogas humanas y propusieron, entonces, que las diferencias morfológicas entre especies emparentadas no estarían dadas por variaciones en el repertorio de proteínas homólogas sino más bien por cambios en sus instrucciones de uso.

Como en los juegos de Mis Ladrillos, Rasti o Lego, los animales no se distinguirían por el tamaño, forma y color de sus bloquecitos, ventanas, ruedas o hélices sino por el programa de desarrollo que ensambla sus piezas en el espacio y el tiempo. La variedad no estaría entonces en el código genético que determina el tipo de proteína sino en el código transcripcional de cada gen que indica dónde, cuándo y en qué cantidad una proteína es sintetizada.

Las secuencias de ADN que codifican esa información, tan valiosa como determinante, son los llamados enhancers transcripcionales, y los cambios en las secuencias de ADN de los enhancers son los que en buena parte explicarían las particularidades distintivas de cada especie. De tanto en tanto las fuerzas evolutivas también logran dar origen a nuevas formas a partir de estructuras ancestrales, pero en el juego de la evolución entre especies relacionadas las innovaciones no parecen ser una regla sino la excepción. Lo que más comúnmente se observa es que con el mismo conjunto de piezas, y sólo cambiando las instrucciones de uso, se puede armar un avión, un helicóptero o una lancha igual que en la naturaleza los mismos componentes dar lugar a un reno, un lobo marino o un zorro (Fig. 1).

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Figura 1: Un avión, una lancha y un helicóptero pueden armarse con el mismo conjunto de piezas pero distintas instrucciones, de manera similar a como en la naturaleza los mismos componentes moleculares dar lugar a un reno, un lobo marino y un zorro.

La información genética que esconde los secretos particulares de un panel variado de animales está ya disponible en bases de datos y el desarrollo de algoritmos bioinformáticos, seguido de pruebas funcionales en organismos transgénicos, está permitiendo en algunos casos asignar características distintivas de una especie animal a cambios específicos que sufrió su ADN. Aunque existen dudas acerca de cuán factible será descubrir las modificaciones genéticas que dieron origen a la trompa del elefante, al cuello largo de las jirafas o a las rayas de las cebras, la potencialidad de este tipo de estudios es enorme y en esta década es esperable que se detecten los cambios genéticos que dispararon la aparición de los anfibios a partir del desarrollo de manos, patas y pulmones en peces, y que se logre descubrir cómo los quirópteros (murciélagos y vampiros) alargaron sus dedos, formaron sus alas y construyeron un delicado sistema de ecolocalización que les permite volar y cazar en plena oscuridad.

Los estudios acerca de la evolución molecular de los enhancers transcripcionales comenzaron hace muy poco a mostrarnos cómo y porqué cada animal es tan parecido a los demás y a la vez es único e inconfundible. Anticipando la llegada de 2014 la revista Philosophical Transactions of the Royal Society of London lanzó la publicación de un número especial titulado “Molecular and Functional Evolution of Transcriptional Enhancers” de la cual tuve la oportunidad de actuar como editor invitado seleccionando investigaciones de 11 grupos de científicos radicados en EE.UU., Argentina, España, Alemania y el Reino Unido (Fig. 2).

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Figura 2: Tapa del primer número de la revista Philosophical Transactions of the Royal Society of London publicada en 1665 y del número de diciembre de 2013.

El número comienza con una Introducción escrita junto a Flavio de Souza (INGEBI-CONICET) a modo de revisión integral del campo. Este artículo, que puede descargarse desde el link que figura al pie de esta nota (1), seguramente sea de utilidad para estudiantes e investigadores que quieran tener una primera aproximación al tema al concentrar los mejores ejemplos de la literatura y plantear los límites experimentales actuales. Los demás artículos exponen con gran elocuencia ejemplos de cómo se descubren los secretos del llamado segundo código genético y revelan cómo la evolución molecular enriquece la diversidad animal.

Y ya que hablamos de evolución, vale la pena destacar que la revista Philosophical Transactions comenzó a publicarse en 1665, cuando la Filosofía Natural era la disciplina que muchos años después conoceríamos como Ciencia y cuenta entre sus autores históricos a científicos de la talla de Isaac Newton, James Maxwell, Benjamin Franklin, Charles Darwin y Michael Faraday (Fig. 2). El origen ancestral de esta revista, que cumplirá 350 años en 2015, la coloca en la base del árbol filogenético de todas las publicaciones científicas existentes en el mundo actual. Este número de diciembre de 2013 cuenta con 4 artículos escritos por investigadores del CONICET que se pueden descargan de los links que figuran al pie (1-4) y que, de alguna manera, vinculan a la Argentina con el tronco central de la historia universal de la ciencia.

Referencias

  1. Evolution of transcriptional enhancers and animal diversity. Rubinstein and de Souza.
  2. Enhancer turnover and conserved regulatory function in vertebrate evolution. Domené et al.
  3. The structure and evolution of cis-regulatory regions: the shavenbaby story. Stern and Frankel.
  4. A fast-evolving human NPAS3 enhancer gained reporter expression in the developing forebrain of transgenic mice. Kamm et al. 

Agradecimientos:

CONICET

Sobre el Autor

RubinsteinMarcelo Rubinstein es investigador superior del CONICET en el Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular (INGEBI, CONICET-UBA), donde dirige el Laboratorio de Animales Transgénicos.
Es además profesor adjunto en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, donde recibió su título de grado en Ciencias Químicas y obtuvo su doctorado en la misma disciplina. Realizó además un postdoctorado en el Vollum Institute, Oregon Health Sciences University, Porland, Oregon, Estados Unidos.

 

 

 

Comentarios

  • Fernando: 12 ene 2014

    Muy bueno el artículo! Felicitaciones a Marcelo y a Bioterios.com


Seguiremos ofreciendo un espacio para todos aquellos que quieran participar y colaborar en esta cruzada educativa, porque tenemos muy claro que estaremos constantemente: “Aprendiendo de los Animales de Laboratorio”.

Magazine Bioterios.com

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