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ADN egoísta

            

 

DNA EGOÍSTA: EL PARÁSITO MÁS SUTIL


¿Pueden ser egoístas entidades genéticas? En este artículo vamos a defender la siguiente tesis provocadora: una gran parte del genoma de los organismos superiores está constituido por DNA chatarra o basura, por un DNA que no tiene ninguna utilidad para el organismo que lo porta y la única razón de su existencia se debe a su propio interés “egoísta”. Los sistemas genéticos, lejos de ser mecanismos próximos a la perfección, presentan una inmensa e imprevista cantidad de ruido que los hace precarios y burdos. 

 

Lo distintivo, lo genuino de lo vivo, es el fenómeno genético: los organismos biológicos son portadores de información codificada que controla directa o indirectamente su desarrollo o fisiología, y tienen la capacidad de transmitir esta información de generación en generación con independencia del soma o fenotipo. El papel del material hereditario es biológicamente tan fundamental que parece que todo en él deba ser preciso y necesario. Intuitivamente uno espera que nada del DNA sea sobrante ni superfluo. Pero el acceso, hace relativamente poco tiempo, al vocabulario del material hereditario, constituido por la secuencia de pares de bases de la molécula de DNA, deparó una inesperada sorpresa a la intuición de los genéticos. En contraste con lo que se observa en bacterias (organismos unicelulares sin núcleo diferenciado), una gran proporción del DNA de los organismos eucariotas (en los que el material genético se encuentra en el núcleo celular) parece encontrarse repleto de secuencias redundantes y heterogéneas que no parecen tener sentido. Por ejemplo, las secuencias de DNA denominadas satélites están constituidas por infinidad de secuencias dispersas por todo el genoma, cada una de la cuales resulta de la repetición múltiple de secuencias de 2, 3, ó más pares de bases. Otra clase de secuencias característica de la especie humana es la denominada Alu. Cada unidad tiene una longitud aproximada de 300 pares de bases y se hallan también dispersas por todo el genoma, alcanzando un número de hasta 1.100.000 copias. Ellas solas representan el 10% de nuestro material genético. Sólo un porcentaje menor de todo el genoma, que en los humanos es alrededor del 3% (¡sic!), parece estar constituido por secuencias claramente funcionales, o sea, por genes que codifican para proteínas o polipéptidos (el producto primario de la expresión de un gen). No se sabe con certeza cuál es el significado biológico del resto de las secuencias halladas en los organismos, y la búsqueda de una explicación plausible a esta complejidad es uno de los problemas más atractivos de la Genética actual.

            El hecho de que unas secuencias parezcan sin sentido o el que todavía no se les haya asignado una función no es una prueba de nada. Hay autores que creen que todo el DNA es funcional y es sólo nuestra ignorancia la que se manifiesta cuando afirmamos que hay secuencias inútiles. Ésta idea es la extensión, al nivel genético, de la visión Panseleccionista de la Biología Evolutiva, aquélla que considera que toda estructura, órgano o comportamiento de un organismo tiene una función, y que el trabajo del biólogo es descubrirla y explicarla. Stephen J. Gould y Richard C. Lewontin, de la Universidad de Harvard, han denominado despectivamente a este programa de investigación como Panglossianismo, pues supone a priori que todo lo que posee un organismo está optimizado para hacer la función que le corresponde, como el Dr. Pangloss, el protagonista la obra de Voltaire Cándido, creía que el propósito de la nariz era llevar gafas y que nuestro mundo era necesariamente el mejor de los mundos posibles. Es obvio que una postura Panseleccionista (todo carácter está seleccionado y optimizado para su función) no nos deja explorar otras alternativas. El Panglossianismo descarta por principio la posibilidad de que exista DNA no funcional, y es intelectualmente una posición excluyente. La teoría neutralista de la evolución molecular es, por ejemplo, una alternativa obvia al Panseleccionismo. Ésta considera que el DNA puede soportar más o menos información redundante siempre y cuando ello no perturbe esencialmente su función. ¿Podría ser el caso de que esta gran parte de DNA redundante sea afuncional, neutro para el organismo? Si así es, ¿cómo han llegado a expandirse estas secuencias superfluas por los genomas? El caso mejor estudiado y donde la explicación parece más clara es el de los elementos genéticos transponibles, por lo que consideraremos a estas peculiares secuencias como el ejemplo paradigmático de DNA egoista.

            Ya desde la década de los 50 se infirió la existencia de un tipo de secuencias singulares que ponía en tela de juicio el concepto estable del genoma. Estas secuencias de DNA eran capaces de autorreplicarse y de insertar copias nuevas de sí mismas en posiciones distintas del genoma portador. Por esa facultad se les llamó elementos genéticos móviles o transponibles (ETs) (véase figura). Los ETs han sido descritos en prácticamente todas las especies, tanto eucariotas como procariotas, pudiendo representar en algunos casos más del 50% del genoma. Se presentan en distintas clases o familias según sea su estructura o secuencia y suelen tener una distribución característica en cuanto a su número y localización en los genomas portadores.

            La movilización de los ETs tiene, salvo en casos más bien excepcionales, consecuencias negativas sobre los organismos. Pues al insertarse en otras partes del genoma pueden alterar secuencias que son de importancia vital para el correcto funcionamiento del organismo, produciendo disrrupción de la secuencia de DNA, roturas cromosómicas y/u otros tipos de mutaciones. O sea, la actividad de los ETs tiene generalmente consecuencias deletéreas sobre los organismos portadores, y por lo tanto estos organismos tenderán a ser eliminados de la población. Ello nos plantea la paradoja de porqué los ETs son ubicuos en los organismos si tienen un efecto deletéreo sobre ellos.

            Por otro lado, la lectura de la secuencia del DNA de un ET típico nos da la clave del porqué estas entidades “saltan” por el genoma. Los ETs contienen genes con instrucciones para hacer copias de sí mismo e insertarse en otros sitios del genoma en el que se encuentran (véase figura). W. F. Doolittle y C. Sapienza consideran que esta propiedad es la explicación a su existencia: los ETs existen, única y exclusivamente, por su capacidad intrínseca de replicación y expansión en los genomas portadores. Los ETs se multiplican subversivamente en los genomas y se aprovechan de la función replicadora y perpetuadora del DNA de un organismo para perpetuarse junto a él, sin ofrecerle ninguna ventaja a cambio. Los ETs serían, por lo tanto, parásitos del nivel biológico más bajo posible, el del DNA. Ahora bien, dada su capacidad expansiva, uno esperaría que los genomas estuviesen llenos de ETs, y sin embargo no es así: cada ET se encuentra un número limitado de veces en el genoma de un organismo. Por ejemplo, el elemento copia de la mosca Drosophila melanogaster se encuentra repetido entre 20 y 60 veces en el genoma de los individuo de esta especie. ¿Por qué no hay miles de cada tipo de ET por genoma?

            En realidad estamos frente a dos fuerzas que actúan en sentido contrario. Por un lado tenemos una secuencia que pretende multiplicarse todo lo que puede a expensas de un DNA huésped. Pero si ésta supera un cierto nivel de expansión, el organismo portador puede morir por el efecto deletéreo que causa la expansión del elemento y también lo hará, en consecuencia, el elemento. B. Charlesworth y D. Charlesworth de la Universidad de Chicago han propuesto un modelo teórico que ilustra finamente como el número de ETs en los organismos resulta de la interacción de intereses contrapuestos a nivel del DNA egoísta y del organismo que lo hospeda. Si una secuencia de un ET “aprende” mediante una nueva mutación a controlar su tasa de transposición, ésta logrará tener más éxito que aquellas que no la controlan, pues sobrevivirán por mucho más tiempo, que es lo que importa en la evolución biológica. Como en cualquier relación huésped-parásito, se establece una competición entre el parásito (el ET) y el parasitado (el DNA del organismo) con dos posibles resultados: (1) la muerte del organismo y, por tanto, desaparición de ambos; o (2) la coexistencia en equilibrio estable. No sabemos que tanto por ciento corresponde a cada destino en la naturaleza porque no tenemos un registro de las causas de muerte o extinción de los organismos, poblaciones o especies. Las poblaciones que existen y podemos observar son solamente los casos de equilibrio.

            Preguntarse porqué existe el DNA egoísta o sin función es lo mismo que preguntarse porqué existen los parásitos. Todos los sistemas complejos, los sistemas genéticos, los organismos biológicos, las empresas, los gobiernos, son vulnerables en menor o mayor grado a la explotación parásita. Esta explotación, si pretende ser duradera, no puede ser abusiva, porque acabaría con el mismo parásito, pues por encima de un nivel sobreviene el colapso de todo el sistema. Un gobierno puede existir con cierto grado de corrupción (de parasitismo), pero un exceso de parasitismo lleva a la inestabilidad política y al desgobierno. Los sistemas naturales estables, aquellos que duran lo suficiente como para ser observados y considerados naturales, son aquellos sujetos a una explotación soportable, viable. Y esta simple hipótesis es suficiente para dar cuenta de la distribución de cada tipo de ET, y por extensión todo tipo de DNA egoísta, en las poblaciones naturales.

            Hay un último aspecto en el proceso de coevolución entre el ET y el DNA huésped que no podemos pasar por alto. Los ETs que se han establecido parásitamente siempre estarán sometidos a un proceso de selección tendente a reducir su virulencia, pudiéndose convertir con el tiempo en genes beneficiosos para el organismo. Muy recientemente se han aislado elementos que se encuentran en varios estados de esta progresión virulencia-benignidad.

 

(a)

 

                                 

 

(b)

Figura. (a) Estructura de un elemento transponible típico, el elemento copia de Drosophila. La secuencia, de 5.000 pares de bases, está flanqueada por 2 secuencias terminales repetidas (Long Terminal Repeats, LTR). Hay dos secuencias internas, gag, que codifica proteínas estructurales, y pol, que codifica proteínas enzimáticas (PR, RT, RH y IN) encargadas de replicar la secuencia e insertarla en una nueva posición. (b) Proceso de expansión de un ET en el genoma. El ET situado en la posición A hace una copia de sí mismo y se inserta en la posición B. El número de elementos en este cromosoma se ha duplicado.

 


María del Carmen Seleme

Centre de Génétique Moléculaire, CNRS, Gif-Sur-Yvette, Francia

Antonio Barbadilla

Departament de Genètica i Microbiologia, Universitat Autònoma de Barcelona


 

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Ensayos sobre la evolución biológica
Autor: Antonio Barbadilla
Universitat Autònoma de Barcelona