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Ciencia

El juego de los genes

Brasileños crean un modelo matemático que define el límite de alteraciones y la evolución de los genomas

hélio de almeidaLa bioinformática, una rama de las ciencias de la computación abocada a la creación software y herramientas matemáticas para el área biológica, acaba de demostrar un nuevo teorema que puede ser útil para el estudio de la evolución de los genomas. Los investigadores João Meidanis y Zanoni Dias, de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), y Maria Walter, de la Universidad de Brasilia (UnB), calcularon el número máximo de veces que pueden producirse dos tipos básicos de reordenamientos en el interior de un genoma: los movimientos de bloques de sus genes y las inversiones en la secuencia de los pares de bases (unidades químicas) que componen esos genes.

De acuerdo con los autores del estudio, publicado al final del año pasado en el Journal of Computational Biology, la respuesta a esta indagación es igual a la mitad del número de genes del genoma en cuestión más 2. Es decir: en un genoma de 100 genes, pueden producirse como máximo 52 reordenamientos de los tipos descritos anteriormente. En el caso ejemplificado, la cuenta es 100 ÷ 2 + 2 = 52. Si el número de genes es impar, el resultado de la ecuación, una fracción, debe redondearse hacia abajo. “Esa ecuación, la principal de nuestro trabajo, es válida para genomas con tres o más genes”, dice Meidanis, líder del grupo de bioinformatas que lleva adelante el estudio. “Es un perfeccionamiento de teoremas planteados por otros autores.”

Este teorema puede ser útil para el estudio de la evolución de los genomas, pues permite que se los compare, y de esa manera, observar las características comunes o diferentes entre ellos. Al pasar por reordenamientos como los anteriormente mencionados, un genoma se transforma y genera otro diferente del original. Desde el punto de vista evolutivo, la distancia entre dos genomas puede ser analizada como siendo directamente proporcional al número de ordenamientos procesados: cuanto mayor es la cantidad de operaciones de reordenamiento, mayor la distancia evolutiva entre éstos. Existen otras maneras de medir la proximidad evolutiva entre los genomas, pero la modalidad en cuestión fue utilizada como parámetro por los investigadores en este trabajo.

Por lo tanto, lo que el equipo de Meidanis hizo fue calcular el número máximo de reordenamientos -equivalente a la mayor distancia posible en términos evolutivos- que puede separar dos genomas que guardan cierta semejanza. Un genoma con diez reordenamientos con relación al genoma de base del cual derivó está más cerca de su secuencia madre que un tercer genoma que presenta 15 reordenamientos. “Nuestra contribución consistió en mostrar que el número máximo de reordenamientos posibles entre dos genomas similares es menor que lo que se pensaba”, explica Meidanis. Las ecuaciones sustentadas por otros autores para abordar estas cuestiones llegan invariablemente a resultados numéricos superiores a los obtenidos por el teorema demostrado por los científicos del área de computación de la Unicamp y de la UnB.

En términos prácticos, la ecuación planteada por el equipo de Meidanis puede aplicarse únicamente en la comparación de genomas con características bastante específicas. Un primer condicionante: se presta solamente para cotejar pares de genomas, es decir, un conjunto de genes frente a otro conjunto de genes. Si existen diez genomas para ser comparados, el análisis deberá efectuarse de dos en dos. Otra restricción: solamente tiene sentido emplear esta ecuación para comparar dos genomas muy parecidos -ambos deben tener los mismos genes (al menos tres para que el teorema valga) y en la misma cantidad. Normalmente los genomas comparados en laboratorio no exhiben estas condiciones ideales para el empleo de la ecuación, pero esto no es motivo de preocupación.

“El teorema forma parte de un modelo teórico más amplio, que debe aún ser pulido”, afirma Meidanis. Pero, entonces: ¿no se puede probar efectivamente si la ecuación es válida? “Por supuesto que sí. Vamos a usarla en breve para comparar genomas de virus, que son bastante semejantes entre sí”. Otra posibilidad puede ser emplearla para analizar la evolución de genomas de cloroplastos (la estructura celular encargada de realizar la fotosíntesis en las plantas), de mitocondrias (la organela encargada de producir energía) y de algunas bacterias, quizás.

Los reordenamientos que aborda el teorema reciben el nombre técnico de transposición y reversión. Hay otro ejemplo que ayuda a entender en qué consisten esas dos operaciones. Imagínese dos genomas, denominados X e Y, ambos con la misma cantidad de genes: cinco. Cada uno de dichos genes -diferentes entre sí y denominados con los números 1, 2, 3, 4 y 5- aparece apenas una sola vez en los genomas. En X, el genoma de referencia, la secuencia de los genes es 1, 2, 3, 4 y 5. En Y, a causa de un reordenamiento interno, la secuencia patrón se ha alterado a 1, 4, 5, 2 y 3. En el segundo genoma, el bloque 4,5 se ubicó entre el gen 1 y el gen 2. Técnicamente, esa operación de reordenamiento en el orden de los genes de un genoma es llamada transposición.

Entretanto, la reversión es una alteración en el orden de pares de base que integran un gen (adenina, timina, citosina y guanina, o simplemente, A,T, C y G). Recurriendo al ejemplo anterior, considérese que la secuencia de pares de base del gen 1 en X, el genoma de referencia, es ATCG. Luego de experimentar una reversión, un proceso complicado para los no iniciados en genómica, la secuencia resultante en Y será CGAT. “Existen otros tipos de reordenamientos entre genomas, pero no los tuvimos en cuenta para la creación del teorema, que se aplica a situaciones más sencillas”, comenta Meidanis, fundador de Scylla, una empresa de bioinformática con sede en Campinas que desarrolla software para el área de genómica.

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