Transferencia horizontal de genes




Alberto González Fairén, es Doctor en Biología por la Universidad Autónoma de Madrid, y actualmente trabaja en la División de Ciencias del Espacio y Astrobiología del Centro de Investigación Ames de la NASA, en San Francisco, California.

La transferencia horizontal o lateral de genes es el movimiento de genes entre individuos de diferentes especies en una misma generación. Aunque es común entre las bacterias, tradicionalmente se ha supuesto un evento extraordinario entre bacterias y eucariotas multicelulares. Pero esta idea comienza a cambiar, y la transferencia horizontal de genes empieza a considerarse un catalizador evolutivo de primera magnitud.
Es de largo tiempo conocida la tendencia de muchos organismos de intercambiar genes con otras especies. El ejemplo más común es el intercambio genético entre distintos grupos bacterianos. Las bacterias han obtenido una fracción significativa de su diversidad genética a través de la adquisición de secuencias de genes de otras bacterias alejadas filogenéticamente. La transferencia horizontal de genes produce genomas extraordinariamente heterogéneos y dinámicos, en los que cantidades importantes de ADN son incorporadas y eliminadas del cromosoma. Las transferencias laterales han cambiado, por tanto, la ecología y la patogenicidad de las especies bacterianas, promoviendo la diversificación y especiación microbiana. Por medio de la transferencia horizontal de genes, las bacterias son capaces de adquirir resistencia a diferentes antibióticos, capacidades virulentas, y diferentes propiedades metabólicas que les permiten explorar nuevos hábitats. Por supuesto, las secuencias nuevas adquiridas son más útiles cuando están coordinadas con el resto del genoma anfitrión.Existen tres mecanismos fundamentales mediante los que las bacterias son capaces de adquirir nuevos fragmentos de ADN: transformación, mediante la cual la bacteria capta ADN desnudo del entorno, lo cual permite la transmisión de material genético entre especies muy distantes (Figura 1); transducción, mecanismo por el cual un bacteriófago transfiere fragmentos de ADN de una bacteria a otra (Figura 2); y conjugación, el único proceso que requiere contacto físico entre las dos bacterias que se transfieren así el material genético (Figura 3).

En un paso más, la transferencia de genes bacterianos a genomas eucariotas anfitriones podría estar facilitada por la presencia de endosimbiontes, como la bacteria parásita Wolbachia pipientis, en la línea celular germinal de algunos eucariotas. El grupo de Julie Hotopp, del Instituto Craig Venter, ha examinado estos genomas anfitriones para confirmar la hipótesis. Sus resultados experimentales confirman la transferencia horizontal en los genomas de cuatro insectos y cuatro nematodos, en cantidades que oscilan desde pequeñas inserciones (menos de 500 pares de bases) hasta el genoma entero del parásito (más de 1 megabase). Además, pudieron verificar transferencia de genes desde Wolbachia hacia los genomas anfitriones en tres insectos. Algunos de estos genes de Wolbachia son transcritos en las células eucariotas, lo que indica que los genes transferidos horizontalmente son heredables, proporcionando así un mecanismo para la adquisición de nuevos genes y funciones que puede representar un importante impulso evolutivo. En concreto, de los 1206 genes de Wolbachia, al menos 28 están activos después de su inserción en el genoma de la mosca Drosophlia ananassae (Figura 4), aunque aún no está claro si codifican proteínas. Si el ADN bacteriano es igual de común en otros eucariotas, las investigaciones en curso habrán de tenerlo en cuenta para no confundirlo con contaminación en el laboratorio, ya que todos los programas de secuenciación actuales están diseñados para eliminar genes bacterianos del código final, ya que se asume que son productos de contaminación. Sin ir más lejos, el genoma publicado de D. ananassae no incluye ni uno de los genes identificados de Wolbachia. A la inversa, el argumento clásico de que la inexistencia de genes bacterianos en los genomas de los organismos eucariotas ya secuenciados es la prueba de que la transferencia horizontal de genes es un proceso exótico, queda en evidencia como un argumento circular e inválido.

Según esta investigación, entre un quinto y tres cuartos de todas las especies de insectos están parasitados por Wolbachia, que vive en los testículos y los ovarios, y pasa de una generación de hembras a otra a través de huevos infectados. Para asegurar su éxito, Wolbachia es capaz de provocar un mayor número de nacimientos de hembras, e incluso evitar que machos infectados se apareen exitosamente con hembras sanas. En realidad, la asociación física de la bacteria con los huevos de insectos provee al parásito de un gran abanico de oportunidades para que su ADN esté en contacto con el genoma nuclear del anfitrión. Por esta razón, es predecible que se describan nuevos casos de transferencia horizontal de genes entre bacterias y reptiles y anfibios, pero no en mamíferos, ya que no se conocen bacterias que parasiten sus células germinales. En cualquier caso, la importancia de este fenómeno en la historia evolutiva de los seres vivos sobre la Tierra parece ser determinante.

Sobre el autor: Alberto González Fairén, es Doctor en Biología por la Universidad Autónoma de Madrid, y actualmente trabaja en la División de Ciencias del Espacio y Astrobiología del Centro de Investigación Ames de la NASA, en San Francisco, California.

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