Todo lo que se necesitó fue una mutación hace más de 600 millones de años. Con ese acto aleatorio, nació una nueva función proteica que ayudó a nuestro ancestro unicelular a pasar a un organismo multicelular organizado.
Ese es el escenario, hecho con un viaje en el tiempo molecular, que surgió de la investigación básica en el laboratorio del bioquímico de la Universidad de Oregon Ken Prehoda.
La mutación y un cambio que trajo en las interacciones de proteínas se detallan en eLife , una revista de acceso abierto lanzada en 2012 con el apoyo del Instituto Médico Howard Hughes, la Sociedad Max Planck y el Wellcome Trust.
La investigación ayuda a abordar varias preguntas importantes que los científicos han tenido sobre la evolución, dijo Prehoda, profesor del Departamento de Química y Bioquímica y director del Instituto de Biología Molecular de la UO. También tiene implicaciones para el estudio de estados de enfermedades, comocáncer, en el que las células dañadas ya no cooperan con otras células en nuestros cuerpos y vuelven a un estado unicelular donde cada una es independiente.
Las mutaciones pueden conducir a buenos o malos resultados, o incluso a una combinación de los dos, dijo Prehoda, cuyo laboratorio se centra principalmente en cómo funcionan las proteínas dentro de las células.
"Las proteínas son los caballos de batalla de nuestras células y realizan una amplia variedad de tareas como el metabolismo", dijo. "Pero, ¿cómo evoluciona una proteína que realiza una tarea para realizar otra? ¿Y cómo los sistemas complejos como los que permiten las célulastrabajar juntos de manera organizada, desarrollar las diferentes proteínas que requieren? Nuestro trabajo sugiere que las nuevas funciones de proteínas pueden evolucionar con un número muy pequeño de mutaciones. En este caso, solo se requería una ".
Para la investigación, el equipo de Prehoda comenzó a analizar los choanoflagelados con la ayuda del grupo de Nicole King en la Universidad de California, Berkeley. Los choanoflagelados son un grupo de organismos unicelulares de vida libre considerados como el pariente vivo más cercano de los animales.Estos organismos que viven en el agua de mar, similares a las esponjas, tienen una cola ondulada corta y hacia afuera llamada flagelo que les permite moverse y recolectar alimentos. Los choanoflagelados existen tanto en forma unicelular como en colonias multicelulares.
Prehoda y sus colegas utilizaron la reconstrucción de proteínas ancestrales, una técnica ideada en la UO por el coautor Joseph W. Thornton, biólogo ahora en la Universidad de Chicago. Mediante el uso de secuenciación de genes y métodos computacionales para retroceder en el árbol evolutivo,los investigadores pueden ver los cambios moleculares e inferir cómo se desempeñaron las proteínas en el pasado profundo. En la nueva investigación, se pusieron en juego secuencias de genes de más de 40 organismos.
El viaje del equipo identificó una mutación que era importante para abrir la puerta a animales multicelulares organizados que eventualmente ya no necesitaban sus colas.
También descubrieron que el flagelo de choanoflagelado es crítico para organizar su colonia multicelular, lo que sugiere que esto también pudo haber sido el caso cuando nuestro antepasado unicelular hizo la transición a un estilo de vida multicelular.
El equipo de Prehoda sugiere que el papel de la cola se volvió menos importante cuando el gen para una enzima se duplicó dentro de las células, y una sola mutación permitió que una de las copias ayudara a orientar y organizar las células recién creadas. Se encuentra el dominio de proteína que resultó de esta mutaciónhoy en todos los genomas animales y sus parientes unicelulares cercanos pero ausentes en otras formas de vida.
"Esta mutación es un pequeño cambio que alteró dramáticamente la función de la proteína, permitiéndole realizar una tarea completamente diferente", dijo Prehoda. "Se podría decir que a los animales realmente les gustan estas proteínas porque ahora hay más de 70 dentro de nosotros"."
Los coautores con Prehoda y Thornton fueron: los ex estudiantes de doctorado de la UO Douglas P. Anderson ahora con Thermo Fisher Scientific Inc. en Eugene y Victor Hanson-Smith ahora en la Universidad de California, San Francisco; el estudiante universitario de la UO WilliamCampodonico-Burnett, estudiante de Clark Honors College y graduado del Programa de Alfabetización Científica de la UO; Dustin S. Whitney y Brian F. Volkman, ambos del Medical College of Wisconsin en Milwaukee; y Arielle Woznica y King of HHMI y la Universidad de California, Berkeley.
Los Institutos Nacionales de Salud apoyaron la investigación a través de las subvenciones R01GM087457 a Prehoda, R01GM104397 a Thornton y R01GM089977 a King. Un premio HHMI Early Career Scientist Award también apoyó a Thornton.
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Materiales proporcionado por Universidad de Oregon . Original escrito por Jim Barlow. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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