Puede ser difícil refutar el adagio común 'supervivencia del más apto'. Después de todo, "la mayoría de los genes en el genoma están ahí porque están haciendo algo bueno", dice Sarah Zanders, PhD, investigadora asistente en elStowers Institute for Medical Research. Pero, dice, "otros están allí simplemente porque han descubierto la manera de estar allí".
La comprensión convencional de la evolución es que los genes que codifican una función beneficiosa son los que se transmiten con más frecuencia, lo que asegura que los organismos más aptos, los que tienen rasgos más favorables para su entorno, sobreviven. Menos conocido es el hecho de que existenelementos de genes parásitos dentro de un organismo que están haciendo exactamente lo contrario.
"La forma en que se podría pensar es que el genoma es como una sociedad", explica Zanders. "Dentro de esa sociedad, hay individuos que obtienen su vida de hacer cosas buenas y hacer contribuciones valiosas. Pero hay otros que nocontribuyen de manera beneficiosa y, de hecho, son perjudiciales para la sociedad ", explica Zanders.
El laboratorio Zanders estudia genes parásitos en Schizosaccharomyces pombe , una especie de levadura de fisión que a veces se encuentra en la popular bebida de té fermentado kombucha. Debido a su simplicidad y rapidez de generación, S. Pombe es un sistema altamente manejable para estudiar los elementos de genes parásitos, en particular una clase conocida como impulsores meióticos. En lugar de conferir un beneficio a su anfitrión, los impulsores meióticos confieren distintas desventajas a su anfitrión, con el fin de sesgar su propia perpetuación. Un método dehaciéndolo, empleado por el wtf genes impulsores meióticos, se produce a través del envenenamiento selectivo de las células en la meiosis.
La meiosis es el proceso de división celular a través del cual los organismos que se reproducen sexualmente forman gametos, como óvulos y espermatozoides en humanos, o esporas en levaduras, para propagar la siguiente generación. Normalmente, este proceso da como resultado gametos que heredan unade dos copias de cada cromosoma transportado por la célula madre, y cada copia se transmite a los gametos a la misma velocidad. Sin embargo, los impulsores meióticos provocan un cortocircuito en esta ley de segregación mendeliana.
"Por lo general, todos los alelos, o variantes de un gen en particular, tienen una buena oportunidad, y la selección natural puede elegir los mejores", explica Zanders. "Pero los alelos que son impulsores meióticos se seleccionan a sí mismos incluso si no lo sonla mejor opción. Y nunca son la mejor opción ".
En un artículo publicado en línea el 13 de agosto de 2020, en eLife , los miembros del laboratorio de Zanders explican cómo es posible que los conductores meióticos persistan en la población, incluso cuando matan a muchos posibles huéspedes. Resulta que S. Pombe puede emplear variantes de otros genes para ayudar a suprimir el efecto negativo de los impulsores meióticos, aunque a costa de la aptitud.
generalmente, para propagar cepas de laboratorio de S. Pombe , son endogámicos. "Cuando cruzas dos aislamientos que son casi idénticos, casi no producen descendencia ", explica la primera autora María Angélica Bravo Núñez, PhD, quien participó en la identificación de la wtf genes, y quién hizo este trabajo en el Laboratorio Zanders como investigador predoctoral en la Escuela de Graduados del Instituto Stowers. "Esto sugirió que podría haber algún tipo de competencia en juego". Bravo Núñez y sus colegas usaron este razonamiento para buscargenes que podrían estar en conflicto en genomas similares, pero no idénticos, de S. Pombe . El diseño experimental central del trabajo actual implicó el cruce de S. Pombe aislamientos que son más del 99% idénticos.
"El cruzamiento puede tener muchas ventajas", dice Bravo Núñez, como proporcionar un alelo normal de un gen para rescatar el efecto de un alelo mutante. "Pero los genes de impulso meiótico que estudiamos en realidad ejercen su efecto deletéreo en el escenario heterocigoto, donde los alelos de un gen no son iguales ".
Un experimento esclarecedor que hicieron fue comparar los resultados de consanguíneos y cruzados S. Pombe aislados en un trasfondo genético que contiene una mutación en rec12 , que es un gen que promueve la segregación cromosómica adecuada.
"Rec12 generalmente promueve la fertilidad", dice Bravo Núñez. "Cuando lo quitamos rec12 función, el número de esporas viables disminuyó, pero solo en el escenario consanguíneo. El número relativo de esporas viables no disminuyó realmente en el escenario cruzado. "Además, de las esporas viables, encontraron que la supervivencia estaba sesgada hacia atípicasproductos de gametos, resultantes de la segregación errónea y el cruce desigual de cromosomas pareados. En otras palabras, las esporas supervivientes contenían el número máximo de impulsores meióticos, a veces debido a la herencia de un cromosoma adicional. Este hallazgo fue sorprendente porque los cromosomas adicionales generalmente se consideran muy perjudiciales.En los seres humanos, por ejemplo, los cromosomas extra o faltantes pueden provocar gametos inviables, defectos de nacimiento graves o infertilidad.
"Cuando tienes heterocigosidad de wtf genes, haciendo una mutación en rec12 el gen es relativamente bueno para el organismo, porque eso es lo que tiene que suceder para no matar a toda la progenie ", dice Bravo Núñez.
"Pensamos en rec12 como este gen que es realmente importante para la fertilidad ", explica Zanders. Pero la situación es totalmente diferente cuando hay cruzamiento. Tener rec12 en realidad no ayuda en absoluto, porque es mejor que la levadura produzca gametos que no son el resultado de una segregación cromosómica adecuada. Este es solo un ejemplo del poder de los impulsores meióticos para cambiar el panorama de la meiosis. Básicamente, lo que es 'bueno 'para el organismo ha cambiado ".
"Tener ese cromosoma adicional no es bueno, y las colonias de levadura se ven inusuales, pequeñas e irregulares. Pero después de que continúan creciendo por un tiempo, las células pierden ese cromosoma adicional y luego pueden prosperar como haploides.El paso es en realidad solo temporal ", dice Bravo Núñez.
Precisamente porque los impulsores meióticos ejercen su influencia en un escenario heterocigótico, es fácil pasarlos por alto. "Hay muchos tipos de impulso meiótico. Algunas formas de impulso meiótico son difíciles de medir experimentalmente porque el sesgo es muy sutil", dice Zanders."No somos los primeros en estudiar los impulsores meióticos en profundidad. Ahora solo tenemos un sistema de modelo mejor, por lo que podemos progresar más rápido".
"Los sistemas impulsores tienden a ser repetitivos, y generalmente se pueden encontrar en varias copias en los genomas", dice Bravo Núñez. "En muchos casos, ya se han encontrado en otros sistemas, como hongos, ratones y frutas.moscas, pero aún no están completamente caracterizados ". El estudio de los conductores meióticos en S. Pombe "es de esperar que sirva de guía para futuras investigaciones para comprender otros sistemas de transmisión".
"Los seres humanos ciertamente tienen genes de impulso meiótico. No está claro si tienen o no genes de impulso meiótico del tipo que mata los gametos", dice Zanders. "El impulso meiótico probablemente ha afectado la evolución de los centrómeros humanos, que son regiones de cromosomas que sonmuy importante para la segregación cromosómica adecuada. Ciertas fusiones cromosómicas exhiben un impulso meiótico en humanos, al igual que las secuencias que están involucradas en la recombinación del ADN. Continuaremos enfocándonos en estos y otros elementos genéticos parásitos, sus estrategias y sus efectos ".
Otros coautores de este trabajo incluyen a Ibrahim M. Sabbarini y Lauren E. Eide del Stowers Institute y Robert L. Unckless, PhD, de la Universidad de Kansas.
Este trabajo fue financiado en parte por el Instituto Stowers para la Investigación Médica, el Premio a la Investigación Académica Inicial Basil O'Connor de la Fundación March of Dimes 5-FY18-58 a SEZ, el Premio Searle Scholar a la SEZ y los Institutos Nacionales deSalud el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales otorga R00GM114436 y DP2GM132936 a SEZ y el Instituto Nacional del Cáncer otorga F99CA234523 a MABN. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no necesariamente representa las opiniones oficiales de los Institutos Nacionales de Salud.
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Materiales proporcionado por Instituto Stowers de Investigación Médica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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