La evolución no deshace el camino andado

O por lo menos nunca sobre sus mismos pasos. Puede el hombre revertir a chimpaze, eso es difícil de comprobar, pero lo que si es posible es saber si los cambios en una determinada proteína pueden ser reversibles.

Esto es lo que ha encontrado el biólogo evolutivo Joseph Thornton de la universidad de Oregon, Eugene y sus colegas. Han seguido los pasos evolutivos de una proteína, la del receptor de glucocorticoides y han encontrado sorpresas interesantísimas. El receptor en humanos es una proteína muy sensible a la hormona cortisol, que se secreta en condiciones de peligro continuado o estrés. Esta hormona regula desde el metabolismo, la actividad del sistema inmunne y otras muchas funciones. Resulta que este receptor guarda mucho parecido con el receptor de mineral corticoides (RM) que controla la presión sanguinea, sensible a aldosterona.

Los genes para los receptores RG y el RM parten de un gen ancestral por duplicación acaecida hace 450 millones de años, esto es tienen un gen antepasado común, a partir del cual han evolucionado. En el estudio lo llaman gen ancestral del receptor de corticoides (AncCR) y parece ser que era menos afín a la molécula de cortisol y a los mineral corticoides, pero que respondía a las dos.

En la evolución del receptor de corticoides (púrpura) a partir de un precursor menos selectivo al cortisol, se han producido numerosas mutaciones que se muestran en azul. En el camino se producen cambios sin impportancia aparente que impiden la vuelta atrás por la misma vía. Estos cambios equivaldrían a plantar por el camino una serie de trinquetes que impidan la marcha atrás..

En la evolución del receptor de corticoides (púrpura) a partir de un precursor menos selectivo al cortisol, se han producido numerosas mutaciones que se muestran en azul. En el camino se producen cambios sin impportancia aparente que impiden la vuelta atrás por la misma vía. Estos cambios equivaldrían a plantar por el camino una serie de trinquetes que impidan la marcha atrás..

¿Cómo se determina la secuencia de un gen que existió hace 450 millones de años? Determinaron la secuencia del antiquísimo gen analizando la secuencia del receptor en cientos de vertebrados modernos utilizando un método bioinformático llamado análisis filogenético de probabilidad máxima. Rastreando hacia atrás el árbol genealógico del gen, identificaron los cambios genéticos calves donde las formas intermedias del receptor unen sus ramas si vamos hacia atrás.

Clonaron el gen y lo expresaron en cultivos de laboratorio. El gen funcionaba y respondía a varias hormonas. Lo siguiente que hicieron fue buscar en el árbol filogenético y encontrar un primer gen que llamaron AncGR1 perteneciente a un antepasado nuestro con los tiburones, que responde tanto a aldosterona como a cortisol .Y un segundo AncGR2 surgido 40 millones de años más tarde que ya era específico del cortisol, en un antepasado que empezó a tener patas.

El primer paso era identificar las mutaciones que hicieron que AncGR2 evolucionara hacia su nueva función durante dicho periodo. Encontraron que siete sustituciones de aminoácidos afectaban directamente a la nueva función. Cuando por curiosidad, introdujeron estos siete cambios por ingeniería genética, en la secuencia codificada por el gen AncGR1, resultaron ser suficientes para convertir este receptor en cortisol específico. También fueron capaces de predecir la secuencia de mutaciones que aumentaban la especificidad sin perder la función.

Mucho más interesante fue, que lo contrario no pasó cuando intentaron revertir el receptor AncGR2 a la forma que reconoce las dos hormonas (no cortisol específica). Para ello cambiaron los aminoácidos de AncGR2 que dan las especificidad por los equivalentes de AncGR1 y encontraron una forma afuncional de la proteína. ¿Qué había pasado en el camino inverso? Entre las dos formas del receptor hay 37 diferencias en la secuencia de aminoácidos, la mayoría cuando se dieron no afectó la función, pero impiden la reversibilidad directa del proceso, se podría volver pero no por el mismo camino.

Cuando un organismo avanza en la historia evolutiva y se adapta a las nuevas oportunidades o sortea las amenazas, una gran cantidad de mutaciones genéticas aleatorias causan cambios sutiles en las estructuras de las proteínas. Algunas de estas reorganizaciones, como las estudiadas, son restrictivas bloqueando el camino de vuelta a los antiguos estados, como tender un puente que al cruzarlo se desprende, mientras que permite la apertura de nuevos caminos, hacia funciones inexploradas que previamente no eran alcanzables. El proceso es incremental, mutación tras mutación, pero acumulativo, las mutaciones restrictivas no pueden ser deshechas sin romper la cadena. Un pasadizo evolutivo que queda anegado e impide el retorno por el mismo sitio.

En palabras del “Nuestro trabajo sugiere que los resultados de la evolución dependen críticamente de eventos casuales de baja probabilidad donde una trayectoria evolutiva empieza y donde se da para proseguir el camino”. Según el autor esto implicaría que la biología que hoy conocemos es solo una de las muchas posibles tiradas de los dados evolutivos. Esto a mi parecer esto es más peliagudo, pues con unos pocos cambios seleccionados se consigue un receptor específico otra cosa es que también intervenga el azar y cambie las cosas. Parece ser que la deriva genética en este caso introduce un punto de difícil retorno en el avance de la selección natural hacia lo adyacente posible.

Referencias:

An epistatic ratchet constrains the direction of glucocorticoid receptor evolution. Jamie T. Bridgham, Eric A. Ortlund & Joseph W. Thornton. Nature 461, 515-519 (24 September 2009)

Evolution Is Not a Two-Way Street HHMI news

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