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Genes robados: ¿Transgénicos naturales? Episodio I
Autor:
Prof. Alberto Donayre
Prof. Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Química
La transferencia horizontal de genes (HGT) es un proceso muy activo en microorganismos. Recientemente se han evidenciado procesos de transferencia horizontal de genes entre especies cercanas en animales. Los científicos han descubierto la transferencia de genes desde una planta a un insecto y entre especies de cordados en la familia de los peces. Estos eventos han sido catalogados como eventos “transgénicos naturales”. Siendo los primeros reportes de transferencia horizontal de genes entre especies muy distantes de manera natural, esto inicia una nueva percepción de la errada visión acerca de supuestas barreras en el flujo de material genético en la naturaleza.
El arenque (Clupea harengus) es una especie de pez del mar Báltico y Atlántico. Aparentemente, ha tenido un intercambio genético poco usual con un eperlano arco iris (Osmerus mordax). Estas especies son evolutivamente distantes y no comparten un ancestro en común. Los eperlanos son peces costeros que, de modo similar al salmón, pueden pasar parte de su vida en los ríos. El Dr. Peter Davis de Queen’s University en Canadá, sostiene que esta transgénesis natural pudo haber ocurrido hace 100 millones de años. El pez eperlano arco iris necesita adaptarse a bajas temperaturas y, al parecer ha tomado “prestado” un gen que codifica para la proteína anticongelante AFP. Esto fue descubierto al realizar el ensamblaje genómico global del arenque reportado este año.
La transferencia horizontal de genes que es muy activa en procariotas, es también una estrategia de obtención de nuevas características en los eucariotas. Ocurre en la transferencia de genes bacterianos a eucariotas para poder tolerar estreses abióticos como los metales pesados como Hg, As y la tolerancia a la temperatura extrema. Es común que algas y diatomeas de mares árticos, adquieran genes de la familia AFP (“antifreeze protein”) para obtener tolerancia a bajas temperaturas. En los eucariotas este evento no es usual, excepto los casos reportados de transferencia de genes de endosimbiontes a líneas germinales de células de cordados. Sin embargo, el “transgen” no se encuentra en la progenie, es decir no es heredable.
AFP es una proteína tipo lectina que se une a calcio (Ca+2) para proteger del congelamiento a las células. Circula en el cuerpo del pez protegiéndolo en aguas heladas, ofreciendo una enorme ventaja adaptativa. La conservación entre la secuencia del gen AFP de arenque y eperlano es alrededor de un 98%, y se sabe que estos últimos no poseen proteínas anticongelantes AFP. Por ello, los autores concluyen que ocurrió un evento de transgénesis natural heredable hace millones de años. La estructura genómica del eperlano muestra agrupamiento de genes similares en regiones del genoma; es decir un ordenamiento en bloques. La región en donde se encuentra el gen anticongelante se halla interrumpiendo uno de estos bloques genómicos. Los revisores de la revista científica fueron muy escépticos acerca de estas evidencias, comenta en una entrevista el Dr. Peter Davies. La fuerte evidencia hallada es que este gen “extraño” está rodeado por material genético de elementos transponibles o transposones. La secuencia de dichos transposones comparte una gran similitud con la secuencia del arenque.
Aun así, una de las preguntas más inquietantes es: ¿cómo ocurrió exactamente la transferencia de material genético?. La hipótesis es que se produjo de modo similar a como los científicos en el laboratorio modifican peces. Se emplean espermatozoides de desove a los cuales se les adhiere en ADN foráneo, y de este modo el material genético es transferido al embrión. En la naturaleza el arenque libera en el mar millones de espermatozoides, los cuales después de un tiempo desaparecen, pero el ADN persiste. Se plantea que de esta manera el ADN de arenque introdujo su material genético en óvulos del pez eperlano. Esto constituye la primera evidencia de que un vertebrado transfiere un único gen a una especie distante de otro vertebrado mediante transferencia horizontal de genes.
Las evidencias de la transferencia horizontal de genes se siguen acumulando, producto de los recientes datos de la secuenciación de genomas. Estos fenómenos aportan a la hipótesis de que muchos de los eventos evolutivos pueden tener su origen en HGT. En la segunda parte de esta entrega aportaremos evidencia de que esto puede ocurrir entre otras especies superiores como las plantas.
Bibliografía:
1.- Laurie A. Graham, Peter L. Davies, Horizontal Gene Transfer in Vertebrates: A Fishy Tale,
Trends in Genetics, 2021, ISSN 0168-9525, https://doi.org/10.1016/j.tig.2021.02.006.
2.- A. Crisp, et al. Expression of multiple horizontally acquired genes is a hallmark of both vertebrate and invertebrate genomes. Genome Biol., 16 (2015), p. 50
https://doi.org/10.1186/s13059-015-0607-3
3.- M. Lavitrano, et al. Methods for sperm-mediated gene transfer. Methods Mol. Biol., 927 (2013), pp. 519-529. https://doi.org/10.1007/978-1-62703-038-0_44
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