Millones de años antes de que los científicos desarrollaran un salmón del Atlántico genéticamente modificado con genes de otros dos peces, la naturaleza ya creaba un pez eperlano modificado genéticamente con un gen del arenque, según muestra la creciente evidencia.
Y ahora, los científicos canadienses que propusieron por primera vez esa controvertida idea dicen que tienen una idea de cómo la naturaleza podría haberlo hecho.
Un nuevo estudio de los investigadores de Queen’s University, Laurie Graham y Peter Davies, muestra evidencia «concluyente» de la controvertida idea de que un gen anticongelante que ayuda al eperlano arco iris (Osmerus mordax) a sobrevivir en las heladas aguas costeras originalmente provenía del arenque y de alguna manera fue robado hace unos 20 millones de años.
Los investigadores proponen, en su nuevo estudio en Trends in Genetics, que esto podría haber sucedido a través de un proceso bastante similar a la forma en que los científicos a veces transfieren genes de una especie a otra actualmente en el laboratorio.
Robar genes de otras especies
Es algo que ocurre con frecuencia entre microbios como las bacterias, con tanta frecuencia que el científico canadiense W. Ford Doolittle sugirió que podría explicar una gran parte de la historia de la vida en la Tierra.
Ha habido alguna evidencia reciente de que está sucediendo en algunos organismos más complejos. Por ejemplo, los pulgones parecen haber robado un gen de un hongo para producir un pigmento vegetal y las algas marinas parecen haber colonizado la tierra hace 500 millones de años con la ayuda de un gen robado de las bacterias del suelo. Más recientemente, los científicos informaron la semana pasada del primer caso conocido de transferencia de un gen de una planta a un animal.
En organismos más complejos, como peces y personas, también se sabe que ciertas secuencias de ADN similares a virus llamadas «elementos transponibles» o «transposones» saltan de una especie a otra.
Pero no se había visto lo mismo para genes útiles que codifican cosas como proteínas. Esto se debe a que los genes de los organismos multicelulares solo pueden transmitirse de generación en generación si ingresan específicamente a las células reproductoras, como los óvulos o los espermatozoides.
Davies es profesor y catedrático de investigación de Canadá en ingeniería de proteínas en la Queen’s University. Graham es investigadora asociada en su laboratorio.
Cuando los dos se dieron cuenta por primera vez hace más de una década de que el arenque y el eperlano debían haber compartido su proteína anticongelante a través de la transferencia horizontal de genes, fue la primera vez que alguien sugirió que un vertebrado (un animal complejo con columna vertebral) había transferido un gen a otro vertebrado. Eso generó bastante controversia.
«Nos costó mucho encontrar una revista para llevar nuestro primer artículo», recuerda Graham. «Los revisores no fueron exactamente amables y hubo muchas dudas».
No ayudó que un informe de alto perfil sobre la transferencia horizontal de genes en organismos complejos en ese momento, de bacterias a humanos, hubiera sido cuestionado por otros científicos, quienes propusieron otras explicaciones para los genes compartidos entre los dos tipos de organismos.
Graham había estado examinando originalmente diferentes tipos de proteínas anticongelantes, no solo en peces, sino también en insectos, bacterias, plantas y pequeñas criaturas del suelo llamadas colémbolos.
La mayoría parecían surgir de un antepasado común, con una estructura similar en animales estrechamente relacionados.
Pero ese no fue el caso del arenque y el eperlano, que están relacionados tan lejanamente que la última vez que compartieron un antepasado fue hace 250 millones de años, aproximadamente cuando surgieron los primeros dinosaurios.
«Todos los demás genes que hemos analizado en estas dos especies tienden a ser bastante diferentes», dijo Graham.
Mientras tanto, agregó, los primos más cercanos no tienen la proteína anticongelante, como es el caso del arenque del Atlántico y el arenque del Pacífico relacionados al eperlano arco iris.
«Tenemos otros peces que están más estrechamente relacionados con estas especies que producen tipos completamente diferentes de proteína anticongelante. Así que esto realmente no tiene sentido desde el punto de vista evolutivo si todo el mundo hereda su proteína anticongelante de sus antepasados».
Los escépticos no estaban convencidos, por lo que los investigadores buscaron más evidencia. Los peces estrechamente relacionados, como los diferentes tipos de eperlanos, tienden a tener los mismos genes en el mismo orden. Y el investigador descubrió que ese era el caso, a excepción del gen anticongelante, que se encontró entre dos genes que normalmente están uno al lado del otro en otro eperlano.
«Eso es lo que cabría esperar cuando se tiene un gen que acaba de ser pegado en un genoma a través de la transferencia horizontal de genes».
Después, recientemente, los investigadores escucharon que el genoma del arenque del Atlántico se publicó en una base de datos pública, así que decidieron echar un vistazo más de cerca.
¿Recuerdas esos elementos transponibles que a menudo saltan entre organismos? También se pueden utilizar como huella dactilar de un organismo en particular. El arenque tiene ciertos elementos transponibles pegados cientos de veces en todo su genoma, incluso dentro y alrededor de sus ocho genes anticongelantes.
Cuando los investigadores observaron el gen anticongelante único del eperlano, tenía tres de esos elementos transponibles del arenque adheridos, dijo Graham. «Así que fue como una pequeña etiqueta para decir, «Oye, soy del arenque'». Esos elementos transponibles no se encontraron en ningún otro lugar del eperlano.
Los investigadores dicen que es una evidencia concluyente de que el gen anticongelante se movió entre los dos peces a través de la transferencia horizontal de genes y que pasó del arenque al eperlano y no al revés.
¿Cómo saltó el gen de las especies?
Pensaron que una posibilidad era que pudiera ser similar a las técnicas utilizadas en el laboratorio para crear animales modificados genéticamente (transgénicos). Uno llamado «transferencia de genes mediada por espermatozoides» implica mezclar el esperma con el ADN que desea introducir y luego usarlo para fertilizar un óvulo.
«Y pensamos: ‘Bueno, ¿no podría suceder esto también en la naturaleza?» recordó Graham.
Los peces y muchos otros animales marinos tienen fertilización externa, donde los óvulos y los espermatozoides, conocidos como lecha, se liberan al agua al mismo tiempo en cantidades masivas durante el desove, y algunos de ellos se combinan para producir descendencia.
Graham señaló que cuando el arenque desova en las costas del Atlántico y el Pacífico de Canadá, «en realidad se puede ver que el océano está manchado de blanco por toda la lecha que libera el arenque macho».
El esperma se deshace después de unas horas y libera ADN en el agua. Y los investigadores propusieron que durante uno de estos eventos, el ADN del arenque pudo haber encontrado su camino hacia los óvulos o espermatozoides del eperlano arco iris.
Graham reconoce que no hay forma de probar eso, «no a menos que tengamos una máquina del tiempo».
Pero si esa es la forma en que se transfirieron los genes, probablemente también haya sucedido con otros genes de peces, sugirió Davies, y los científicos deberían comenzar a buscar otros ejemplos.
La otra implicación es que los organismos genéticamente modificados (transgénicos), que los activistas han caracterizado como «Frankenfoods», podrían no ser tan antinaturales.
«Una de las lecciones para llevar a casa aquí es que esta modificación genética realmente está ocurriendo en la naturaleza», dijo Davies. «No muy a menudo, probablemente es bastante raro, pero tal vez no deberíamos estar tan alarmados por esto. En realidad, es un evento más natural de lo que pensábamos anteriormente«.
Lo que piensan otros científicos
Garth Fletcher, profesor emérito y jefe del departamento de ciencias oceánicas de la Memorial University, es el co-inventor del salmón genéticamente modificado de Aquabounty (pero no a través de la transferencia genética mediada por espermatozoides) y ha colaborado previamente con Davies comparando proteínas anticongelantes en peces. No participó en el nuevo estudio.
Fletcher no cree que la investigación tranquilice a quienes se oponen a los transgénicos.
Dice que es significativo que los investigadores hayan llegado al punto en que sienten que la evidencia de la transferencia horizontal de genes en este controvertido caso es tan fuerte. Él reconoció que las nuevas técnicas de genética molecular lo hicieron posible.
«Hace veinte años, no podrías haber hecho estas cosas».
«Este trabajo abre la puerta a un importante campo de investigación en el que la secuenciación de nuevos genomas de peces nos brindará hallazgos interesantes«, agregó en un correo electrónico, «y nos permitirá comprender más sobre la posible importancia de la transferencia horizontal de genes en la evolución de los animales«.
Dijo que la evidencia de la transferencia horizontal de genes en vertebrados sigue siendo escasa, pero el nuevo estudio ofrece un «apoyo importante» para el caso de que ocurra entre el arenque y el eperlano.
Gane Ka-Shu Wong, profesor de biología de la Universidad de Alberta, también está convencido del estudio y cree que la forma propuesta en que el gen pasó del arenque al eperlano es plausible.
Wong publicó un estudio hace un par de años que mostraba que las plantas, que solían estar confinadas a los océanos, robaron un gen de las bacterias del suelo para ganar la capacidad de colonizar la tierra.
Si bien tales eventos de transferencia genética horizontal parecen raros en organismos complejos, si ayudan al organismo a sobrevivir, podrían marcar una gran diferencia, afirmó.
«Mi conjetura es que muchos eventos evolutivos importantes pueden haber sido impulsados por algún tipo de transferencia horizontal de genes«, finaliza.
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