Estos peces robaron un gen anticongelante de otro pez y se convirtieron en transgénicos naturales

Millones de años antes de que los científicos crearan el salmón del Atlántico modificado genéticamente utilizando genes de otros dos peces, la naturaleza creó un odorante modificado genéticamente con un gen del arenque, según muestra la evidencia acumulada.

Y ahora, los científicos canadienses que propusieron por primera vez esta controvertida idea dicen que tienen una intuición sobre cómo podría funcionar la naturaleza.

Un nuevo estudio realizado por los investigadores de la Universidad de Queen, Lori Graham y Peter Davies, encontró evidencia “concluyente” de la controvertida noción de que el gen anticongelante que ayuda a mantener vivo el aroma del arco iris en las heladas aguas costeras originalmente provenía del arenque y de alguna manera fue robado con su aroma alrededor de 20 Hace millones de años. Año.

Proponen en Su nuevo artículo está en Trends in Genetics Que esto podría suceder a través de un proceso bastante similar a la forma en que los científicos en el laboratorio a veces pasan genes de una especie a otra.

Robo de genes de otras especies

Los genes generalmente se transmiten de padres a hijos. Pero en las últimas décadas, los científicos han descubierto que también pueden “saltar” o “robar” de una especie a otra fuera de la reproducción natural, un proceso llamado transferencia horizontal de genes o transferencia lateral de genes.

Es algo que ocurre con frecuencia entre microbios como las bacterias; el científico canadiense W. Ford Doolittle ha sugerido a menudo que podría explicar esto. Gran parte de la historia de la vida en la Tierra..

Ha habido alguna evidencia reciente de que esto ocurre en algunos de los organismos más complejos. Por ejemplo, los pulgones parecen tenerlos. Robó el gen del hongo para hacer un tinte vegetal Las algas marinas parecen haber colonizado la Tierra hace 500 millones de años Con la ayuda de un gen robado de bacterias del suelo.. Recientemente, los científicos mencionaron la semana pasada que El primer caso conocido de transferencia genética de una planta a un animal..

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Cuando ella y Peter Davies sugirieron por primera vez que la transferencia genética horizontal ocurrió en los peces hace más de una década, tuvieron dificultades para publicar el artículo, dijo Laurie Graham, investigadora asistente de la Queen’s University. (Laurie Graham)

En organismos más complejos, como los peces y los seres humanos, también se sabe que algunas secuencias de ADN similares a virus llamadas “elementos transportables” o “transposones” saltan de una especie a otra.

Pero no se observó lo mismo para los genes beneficiosos que codifican cosas como proteínas. Esto se debe a que los genes presentes en los organismos multicelulares no pueden transmitirse de generación en generación a menos que entren específicamente en las células reproductoras, como los óvulos o los espermatozoides.

Davis es profesor y presidente de la investigación canadiense en ingeniería de proteínas en la Queen’s University. Graham es investigador asociado en su laboratorio.

Cuando los dos se dieron cuenta por primera vez hace más de una década de que el arenque y el Sihr deben compartir la proteína anticongelante a través de la transferencia horizontal de genes, fue la primera vez que un vertebrado, un animal complejo con una columna vertebral, propuso transferir ese gen a otro vertebrado. . Eso lo hizo completamente controvertido.

“Nos costó mucho encontrar una revista para llevar nuestro primer periódico”, recuerda Graham. “Los críticos no fueron exactamente amables y hubo muchas dudas”.

No ayudó Informe de alto nivel sobre la transferencia horizontal de genes en organismos complejos de la época, desde bacterias hasta humanos, Fue interrogado por otros eruditos, Lo que sugirió otras explicaciones para los genes compartidos entre los dos tipos de organismos..

Evidencia que apunta a un gen robado

Graham originalmente estaba examinando diferentes tipos de proteínas anticongelantes, no solo en peces sino también en insectos, bacterias, plantas y pequeñas criaturas del suelo llamadas cola de resorte.

La mayoría de ellos parecen haberse originado a partir de un ancestro común, con una estructura similar en animales estrechamente relacionados.

El arenque se descarga de un barco de pesca en Rockland, Maine, en 2015. El arenque del Pacífico y del Atlántico tiene un gen anticongelante que lo ayuda a sobrevivir en las heladas aguas costeras. (Robert F. Buccati / Associated Press)

Pero este no fue el caso del arenque y el aroma, que están tan estrechamente relacionados entre sí que la última vez que compartieron un antepasado fue hace 250 millones de años, cuando surgieron los primeros dinosaurios.

“Todos los demás genes que analizamos en estas dos especies tienden a ser muy diferentes”, dijo Graham.

Mientras tanto, agregó, los primos más cercanos no tienen la proteína anticongelante que comparten el arenque del Atlántico, el arenque del Pacífico y los aromas de arco iris.

“Tenemos otros peces estrechamente relacionados con estas especies que producen tipos completamente diferentes de proteína anticongelante. Así que eso no tiene sentido evolutivamente si todos hubieran heredado su proteína anticongelante de sus antepasados”.

Los escépticos no estaban convencidos, por lo que los investigadores buscaron más evidencia. Los peces estrechamente relacionados, como las diferentes especies de Sihr, 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 naturalmente adyacentes en el otro aroma.

“Esto es lo que cabría esperar cuando se tiene un gen que se pega en un genoma mediante la transferencia horizontal de genes”.

Luego, recientemente, los investigadores escucharon que el genoma del arenque del Atlántico se había publicado en una base de datos pública.

Decidieron echar un vistazo más de cerca.

“ Una de las lecciones que se pueden aprender en casa aquí es que esta modificación genética realmente ocurre en la naturaleza ”, dijo Peter Davies, profesor y presidente de Investigación de Canadá en Ingeniería de Proteínas en la Universidad de Queen. (Peter Davies)

¿Recuerdas esos elementos transportables que a menudo saltan entre los seres vivos? También se puede utilizar como huella dactilar de un organismo específico. El arenque contiene algunos elementos transportables que se han fijado cientos de veces en todo su genoma, incluidos los ocho genes anticongelantes y alrededor de ellos.

Graham dijo que cuando los investigadores observaron el único gen anticongelante en el Sihr, tres de esos elementos transmisibles estaban adheridos al arenque. Así que era como un pequeño letrero que decía: ‘Oye, soy arenque’. Estos artículos transferibles no se encuentran en ningún otro lugar de la fragancia.

Los investigadores dicen que es una evidencia concluyente de que el gen anticongelante pasó entre los dos peces a través de la transferencia horizontal de genes y que pasó del arenque a la fundición y no al revés.

¿Cómo saltó el gen de las especies?

Cuando los artículos anteriores de los investigadores fueron sometidos a revisión por pares, una de las preguntas que hicieron los revisores fue cómo se podría transmitir un gen entre especies, por lo que buscaron llegar a una hipótesis.

Pensaron que una posibilidad era que pudiera ser similar a las tecnologías utilizadas en el laboratorio para crear animales modificados genéticamente. Uno llamado “transferencia de genes mediada por espermatozoides” implica mezclar el esperma con el ADN que desea insertar y luego usarlo para fertilizar el óvulo.

Y pensamos: ‘Bueno, ¿no podría suceder esto también en la naturaleza? Graham recuerda.

Los peces y muchos otros animales marinos tienen fertilización externa, en la que los óvulos y los espermatozoides, conocidos como muda, se liberan al agua simultáneamente en cantidades masivas durante el apareamiento, y algunos de ellos se combinan para producir descendencia.

Graham señaló que cuando el arenque desova en las costas del Atlántico canadiense y el Océano Pacífico, “en realidad se puede ver el océano teñido de blanco por todo el deshielo liberado por el arenque macho”.

Los espermatozoides se desprenden después de unas horas y liberan el ADN en el agua. Los investigadores sugirieron que durante uno de estos eventos, el ADN del arenque podría haber encontrado su camino hacia los óvulos o espermatozoides con olor a arco iris.

Graham admite que no hay forma de probar esto, “no a menos que tengamos una máquina del tiempo”.

Pero si esta fue la forma en que se transfirieron los genes, probablemente también ocurrió con otros genes de peces, sugirió Davis, y los científicos deberían comenzar a buscar otros ejemplos.

El otro significado es que los transgénicos, que los activistas han descrito como “el alimento de Franken”, pueden no ser anormales.

“Una de las lecciones aprendidas aquí es que esta modificación genética ocurre en la naturaleza”, dijo Davies. “No a menudo, tal vez sea muy raro, pero probablemente no deberíamos preocuparnos demasiado por esto. En realidad, es una ocurrencia más natural de lo que pensábamos anteriormente”.

Lo que piensan otros eruditos

Garth Fletcher, profesor emérito y presidente del Departamento de Oceanografía de la Memorial University, es Co-inventor del salmón transgénico Aquabounty (Pero no a través de la transferencia de genes mediada por espermatozoides) y previamente había colaborado con Davies para comparar las proteínas anticongelantes en el pescado. No participó en el nuevo estudio.

Fletcher no cree que la investigación tranquilice a quienes se oponen a los transgénicos.

Él dice que es importante que los investigadores hayan llegado al punto en que sientan que la evidencia de la transferencia horizontal de genes en este controvertido caso es muy sólida. Él le dio crédito a las nuevas técnicas de genética molecular por hacer esto posible.

“Hace veinte años, no podías hacer estas cosas”.

Luis Bhutto fue el científico jefe del departamento de biología evolutiva del Museo Nacional de Ciencias Naturales de Madrid. Seguimiento de la evidencia de la transferencia horizontal de genes en organismos complejosY dijo que las nuevas herramientas genéticas permitirán a los científicos explorar qué tan común es esto.

“Este trabajo abre la puerta a un área importante de investigación en la que secuenciar los genomas de nuevos peces nos brindará resultados interesantes”, agregó en un correo electrónico, “y nos permitirá comprender más sobre la importancia potencial de la horizontalidad”. transferencia de genes en la evolución animal “.

La evidencia de la transferencia horizontal de genes en vertebrados aún es escasa, dijo, pero el nuevo artículo proporciona un “apoyo importante” para saber si esto ocurre entre el arenque y la fundición.

Jin Ka Shu Wong, profesor de biología en la Universidad de Alberta, también está convencido del estudio y cree que el método propuesto para la transferencia de genes del arenque al olor es aceptable.

Wong publicó un estudio hace dos años apareciendo Las plantas, que estaban confinadas a los océanos, robaron un gen de las bacterias del suelo para ganar la capacidad de colonizar la tierra..

Dijo que si bien los eventos de transferencia horizontal de genes parecen ser raros en organismos complejos, si ayudan al organismo a sobrevivir, podrían marcar una gran diferencia.

“Creo que muchos de los eventos evolutivos importantes podrían haber sido impulsados ​​por algún tipo de transferencia genética horizontal”.

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