Cada vez más estudios demuestran que las características genéticas no se transmiten únicamente de padres a hijos, tal como suponen los principios de la herencia, sino que circulan incluso entre especies distintas. No es novedad que bacterias pueden adquirir genes que las vuelven más infecciosas o que les permiten sobrevivir en condiciones adversas. Pero ahora el grupo del biólogo molecular Carlos Menck, del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de São Paulo (ICB-USP), demostró que parte del metabolismo de bacterias Xanthomonas, causantes del chancro cítrico que ataca a los naranjos y limoneros, es distinto que el de la mayoría de las otras bacterias. La diferencia proviene de la posibilidad de intercambiar genes entre especies, conocida como transferencia lateral, que lleva a algunos investigadores a sostener que Charles Darwin estaba equivocado cuando usó, hace 150 años, las ramificaciones de un árbol para describir la evolución de la diversidad biológica.
Los descubrimientos de Menck partieron de observaciones fortuitas en medio de los primeros proyectos brasileños de secuenciamiento de genomas. Mientras contribuía a revelar el material genético de las bacterias Xylella y Xanthomonas, de gran importancia económica, debido a las enfermedades que causan en las plantaciones, Menck percibió que muchos de los genes parecían no transmitirse a lo largo del linajes de bacterias. Surgió de allí el doctorado de Wanessa Lima. Ella detectó diversos casos de transferencia lateral de genes en esas bacterias, tal como informó en 2008 en las revistas Journal of Molecular Evolution y FEMS Microbiology Letters.
Eran todavía genes accesorios, que no afectaban la premisa de que funciones esenciales para la vida no pueden copiárseles a otros organismos. Ahora eso cambió: Wanessa descubrió que bacterias de los órdenes Xanthomonadales y Flavobacteriales fabrican un compuesto esencial para generar energía (el dinucleótido de nicotinamida y adenina NAD) usando una secuencia de reacciones bioquímicas hasta ahora conocida sólo en eucariotas, organismos en que el material genético está empaquetado dentro del núcleo. Los eucariotas pueden ser simples como hongos compuestos por células independientes o más complejos y multicelulares, como una persona. En tanto, las bacterias son procariotas: la gran mayoría, unicelulares y desprovistas de núcleo, en general con una molécula circular de ADN.
El resultado, publicado en febrero en Molecular Biology and Evolution, contribuye para entender la evolución de las bacterias por ser el primer caso descrito de una función vital cuyos genes fueron reemplazados. Lo más probable es que esos genes hayan sido intercambiados entre un eucariota y una bacteria ancestros y posteriormente se hayan propagado por especiación en Xanthomonas o Flavobacteriales, imagina la investigadora. Con base en búsquedas de genes similares en un banco internacional de secuencias genéticas, Menck apuesta en ese donador eucariota ancestral como un hongo que convivía con la bacteria, en un hospedador, en simbiosis o en el suelo, probablemente poco después de la separación entre Xanthomonas y Xylella, hace alrededor de 15 millones de años. De una manera aún no dilucidada, esa cercanía habría permitido que tramos de ADN pasasen de una especie a otra, con o sin la intermediación de virus.
Controversia – El grupo de la USP todavía no sabe explicar por qué en esas bacterias la nueva forma de fabricar NAD habría reemplazado a la que existía. La vía de eucariotas es más cara en términos de nutrientes y energía, además de requerir más oxígeno, comenta Wanessa. Ella sospecha que esa nueva ruta haya sido mantenida en Xanthomonas y flavobacterias por aportar ventajas frente a los aminoácidos disponibles o del tenor de oxígeno en el ambiente. Para Menck, la selección natural está probablemente detrás de esa permanencia. El trabajo aún no publicado de uno de sus alumnos, el bioinformata Apuã Paquola, muestra que alrededor del 20% de los genomas de bacterias proviene de transferencia lateral entre bacterias de grupos distintos. Son los tramos que fueron favorecidos por la evolución y se establecieron. Los indicios apuntan que el intercambio de genes entre seres vivos diferentes es constante, pero en general las nuevas combinaciones se pierden durante la evolución.
De cualquier modo, algunos investigadores sostienen que la transferencia lateral de genes vuelve incorrecta la metáfora del árbol para describir la evolución de la biodiversidad polémica que en enero llegó a la tapa de la revista británica New Scientist. En el árbol, las especies actuales estarían en la punta de cada rama, y los puntos de bifurcación representarían a ancestros comunes. Pero en un artículo publicado en la revista Nucleic Acids Research, el biólogo molecular Eugene Koonin, de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (NIH), sostiene que el patrimonio genético de las bacterias está enteramente interconectado, como un mar de genes sin nada que los separe. Eso según él invalida el concepto de árbol de la vida: Estos hallazgos dan asidero a una nueva y dinámica visión del mundo procariota, que es mejor representado como una red compleja de elementos genéticos, que intercambian genes en tasas sumamente variables, escribe.
La polémica parece que va para largo. Para John Wilkins, filósofo de la ciencia de la Universidad de Queensland, Australia, la visión de la evolución como una red es errónea. Si una especie estuviese formada por transferencia genética generalizada, dice, de manera tal que no fuera posible decir qué es heredado y qué no lo es, creo que sería difícil denominarla especie. Pero él cree que la probabilidad de que eso suceda es ínfima. Menck añade: puede haber una mezcla genética entre especies, pero los genes en sí siguen linajes según lo prevé la teoría evolutiva de Darwin. Los intercambios dificultan el trabajo de quienes procuran reconstruir las genealogías bacterianas, pero el investigador de la USP subraya que, además de que el 80% de los genes procariotas son transferidos por descendencia, algunos nunca se prestan a ser transferidos. Es esa porción fija del material genético la que permite reconstruir las relaciones de parentesco entre las bacterias. La red sería más como una delgada tela de araña envolviendo al árbol, y no al contrario, concluye.
De acuerdo con Menck, la polémica es positiva y lleva a los investigadores a aprender cada vez más sobre los procesos evolutivos. Desde esta óptica, la conclusión del artículo de Koonin puede ser estimulante: La complejidad emergente del mundo procariota está actualmente fuera de nuestro alcance. No contamos con un lenguaje adecuado en términos de teorías y herramientas para describir el funcionamiento y las historias de la red genómica. El desarrollo de este lenguaje es el mayor desafío para la próxima etapa en la evolución de la genómica de los procariotas.
El proyecto
Genes de reparación de ADN: análisis funcional y evolución (nº 03/13255-5); Modalidad Proyecto temático; Coordinador Carlos Frederico Martins Menck ICB-USP; Inversión R$ 1.453.233,23
Artículos científicos
LIMA, W. C. et al. NAD biosynthesis evolution in bacteria: lateral gene transfer of kyurenine pathway in Xanthomonadales and Flavobacteriales. Molecular Biology and Evolution. v. 26, n. 2, p. 399-405. feb. 2009.
KOONIN, E. V. y WOLF, Y. I. Genomics of bacteria and archaea: the emerging dynamic view of the prokaryotic world. Nucleic Acids Research. v. 36, n. 21, p. 6.688-6.719. dic. 2008.
WILKINS, J. S. The concept and causes of microbial species. History and Philosophy of the Life Sciences. v. 28, n. 3, p. 389-407. 2006.
