sábado, 16 de enero de 2016

El origen de la multicelularidad en una mutación

Un mutación simple en una de las dos copias de una proteína abrió la puerta a la multicelularidad en animales hace más de 600 millones de años.
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En esta microfotografía de fluorescencia (izquierda) se puede ver a un coanoflagelado solitario mostrando su ADN (en azul). Una pequeña colonia en división de estos seres (derecha) muestra la importancia entre los flagelos y la orientación de la división celular para la evolución de la organización multicelular en animales. Fuente: Ken Prehoda.
Durante miles de millones de años la Tierra sólo estuvo habitada por microorganismos. De algún modo, hace más de 600 millones de años, unas células eucariotas decidieron cooperar para formar agregados que más tarde dieron lugar a los seres pluricelulares.
Esta transición de organismos unicelulares a pluricelulares fue uno de los pasos más importantes en la evolución biológica de la Tierra. Ello conllevó ciertas ventajas, pero también desventajas como la mortalidad o el cáncer.
Los seres unicelulares son básicamente inmortales salvo por accidentes o agresión química. Además tienen una sucesión generacional muy rápida que les permite evolucionar rápidamente si las condiciones del medio cambian. Su éxito está precisamente en su simpleza.
Se estima que el paso hacia la multicelularidad se ha dado unas 20 veces a lo largo de la historia biológica de este planeta, la mayoría de ellas en esa época anterior a la explosión del Cámbrico, hace más de 500 millones de años. Pero algunas veces también se dio después. Así por ejemplo, el Volvox formó sus primeras colonias hace sólo 200 millones de años. Se cree que tardó unos 35 millones de años en dar este paso.
Pero, ¿cómo fue este paso hacia la vida multicelular que dio lugar a seres complejos que finalmente evolucionaron hasta ser nosotros? Según un estudio reciente basto con sólo una mutación para que esto se diera. Con este acto aleatorio apareció una nueva función en una proteína y nuestro antepasado unicelular pudo iniciar esta transición.
El estudio ha sido realizado por investigadores de University of Oregon dirigidos por Ken Prehoda. El respectivo artículo se publica en abierto en eLife. Además de tener importancia teórica puede tener implicaciones a la hora de tratar ciertas enfermedades como el cáncer, cuando ciertas células ya no cooperan con las restantes del cuerpo y revierten a un estado en el que su estilo de vida se parece al de los seres unicelulares.
Recordemos que las mutaciones pueden ser neutras, beneficiosas o perjudiciales. A veces se puede dar más de una a la vez cuyos resultados también pueden ser variados. Las mutaciones se dan en el ADN, pero trozos específicos de ADN que codifican una proteína (un gen) pueden dar lugar a una proteína diferente si algo asó ocurre. Las proteínas son uno de los ladrillos principales de las células y, además, puede llegar a tener propiedades catalíticas, que es cuando las llamamos enzimas. Las proteínas tienen funciones variadas que incluyen papeles en el metabolismo celular.
Algunas proteínas situadas en las membranas celulares permiten organizar las células del cuerpo de los seres multicelulares. El trabajo de estos investigadores sugiere que hacen falta pocas mutaciones para que una proteína evolucione hasta tener una función distinta.
En este estudio se escogió a los coanoflagelados como modelo, que son seres unicelulares. Son los parientes unicelulares vivos más cercanos a los animales pluricelulares, sobre todo con las esponjas. Tienen un flagelo que agitan para desplazarse o para capturar comida. Lo interesante de estas criaturas es que, además de llevar vidas solitarias, forman colonias.
A partir de la secuenciación genética de este ser y de otros 40 organismos, estos investigadores, gracias a un método computacional, pudieron moverse hacia atrás en el tiempo por el árbol filogenético y hacer una reconstrucción de una proteína ancestral y de ver cómo funcionaba en aquel entonces. Gracias a esto pudieron identificar la mutación clave que abrió la puerta a la organización pluricelular en los animales.
Además descubrieron que los flagelos de los coanoflagelados son indispensables para la formación de las colonias. Lo que sugiere que esto también pudo ser necesario en nuestros remotos antepasados y su transición hacia el estilo de vida multicelular. Pero su papel fue cada vez menos importante, hasta que al final ya no se necesitaron los flagelos una vez que se asentó el nuevo estilo de vida.
Según estos científicos esta importancia menor de los flagelos se empezó a dar cuando el gen que codificaba una enzima se duplicó y una mutación simple permitió a una de esas dos copias adoptar un nuevo papel en la orientación y arreglo de las células.
En concreto, esta mutación permitió la unión de los motores proteicos de microtúbulos a una proteína marcadora sobre la cubierta celular por medio de indicaciones externas, lo que cambió la función molecular de la superficie celular radicalmente.
El dominio proteico (conjunto de proteínas emparentadas) GK que resultó de esta mutación se puede encontrar hoy en día en todos los genomas de los animales y sus parientes unicelulares más cercanos, pero está ausente en otros seres vivos.
“Esta mutación fue un pequeño cambio que alteró dramáticamente la función de la proteína, permitiendo que realizara una tarea completamente distinta”, dice Prehoda. “Puedes decir que a los animales realmente les gustan estas proteínas, porque ahora hay más de 70 dentro de nosotros”, añade.
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