¿Sin sexo? Ningún problema. Estos pequeños animales asexuados roban genes para fabricar su propia medicina

This rotifer has just survived a life-threatening infection. When a fungal disease attacked, she switched on hundreds of genes that her ancestors copied from microbes, including antibiotic recipes stolen from bacteria.

Los rotíferos bdelloides son bolas extrañas, primitivas y asexuales. Los animales adolescentes y jóvenes de agua dulce aparentemente han persistido sin sexo, lo que ha aportado ventajas evolutivas durante aproximadamente 25 millones de años. Una nueva investigación arroja luz sobre cómo este linaje de organismos acuáticos resistentes ha sobrevivido durante tanto tiempo y se ha extendido por todo el mundo (desde algas húmedas hasta capas de hielo antárticas) sin intercambio genético sexual. Irónicamente, los hallazgos ayudan a los científicos a desarrollar mejores tratamientos con antibióticos para humanos.

Es probable que los rotíferos bdeloides acuáticos, microscópicos y multicelulares utilicen material genético robado de plantas, hongos y bacterias para fabricar sus propios medicamentos antimicrobianos, según un estudio publicado el 18 de julio en la revista Nature Medicine. Comunicaciones de la naturaleza. Al robar genes no animales, los rotíferos pueden producir compuestos a los que de otro modo no tendrían acceso. Los hallazgos sugieren que los genes prestados ayudan a algunos bidiloides a sobrevivir a la infección con un patógeno fúngico virulento que complementa el sistema inmunológico animal estándar.

«No pensábamos que los animales pudieran producir estos químicos», dice el autor principal del estudio Chris Wilson, biólogo de la Universidad de Oxford en Inglaterra. «Las bacterias y los hongos son realmente buenos en este (tipo de) química. Los animales no». Sin embargo, en las muchas secuencias genéticas de rotíferos que examinaron Wislon y sus colegas, encontraron instrucciones para construir fábricas de antibióticos en miniatura, esencialmente recetas extraídas de bacterias y hongos. libros de cocina.

Renunciar al sexo

El intercambio de genes a través de la reproducción sexual es una de las formas más importantes en que los organismos multicelulares desarrollan resistencia a las enfermedades. Al mezclar y compartir información genética de generación en generación, los animales tienen mayores posibilidades de encontrar combinaciones particularmente beneficiosas. Sin embargo, en siglos de observación, los científicos nunca han encontrado un rotífero Bdelloide macho, lo que sugiere que los animales microscópicos se reproducen exclusivamente mediante partenogénesis.

El fenómeno de la reproducción sin fertilización está bien documentado en animales, desde insectos hasta reptiles y aves. Pero en general esto es raro, casi siempre va acompañado de episodios de reproducción sexual, y las especies puramente partenogenéticas tienden a no resistir la prueba del tiempo evolutivo. Los rotíferos bdelloides se oponen a las tres tendencias, lo que hace que su éxito sea un misterio de larga data. Nuevos hallazgos ayudan a resolver el caso.

Estudios genéticos anteriores han demostrado que los rotíferos bdelloides transportan grandes cantidades de ADN de fuentes no animales. Alrededor del 11 por ciento de su genoma se elimina de otro lugar, un proceso conocido como «transferencia horizontal de genes», generalmente mediado por virus. Pero es el primero en vincular esos genes adquiridos horizontalmente con una infección residual.

La tasa de transferencia horizontal de genes en los bdelloides es incluso menor que la tasa de evolución en las especies sexuales. Sin embargo, la investigación sugiere que estos fragmentos de ADN adquiridos lentamente pueden ser fundamentales para la durabilidad evolutiva de los rotíferos.

«(En animales) incluso a través de la transferencia horizontal de genes es poco común y ocurre y parece tener un impacto», dice la microbióloga María Rosa Domingo-Saanes de la Universidad de Nottingham Trent. Inglaterra no se dedica a nuevos estudios. La investigación, afirma, llegará al enigma funcional de lo que hacen estos genes. «Siempre surgen preguntas como ‘¿se trata de deriva genética’, ‘son parásitos genéticos’, ‘o son cosas que en realidad podrían ser beneficiosas’; este trabajo es el primer paso hacia una respuesta».

Detección de contrabando genético

Para descubrir el propósito de los genes secuestrados por Bdelloid, los científicos primero tuvieron que enfermar a algunos rotíferos. Expusieron dos especies diferentes de Bdelloid a una infección con un hongo particularmente desagradable. «Es un poco como los hongos zombies. El último de nosotros«dice Wilson Ciencia popular. «Cuando infecta con éxito a los rotíferos, finalmente explotan en una nube de hongos. No es un final muy agradable».

Las especies bdelloides son las más susceptibles al hongo y experimentan más del 70 por ciento de mortalidad después de tres días. El otro fue más resistente: sólo el 18 por ciento murió al mismo tiempo.

Los biólogos rastrearon la expresión genética de cada especie a lo largo de su enfermedad. Descubrieron que en ambos linajes, la exposición a patógenos activaba un número desproporcionado de secuencias genéticas robadas (entre el 23 y el 32 por ciento del total de genes expresados). Estas secuencias de encendido se superponen considerablemente. Pero en las especies resistentes, un conjunto de genes que catalizan la formación de sustancias químicas antimicrobianas en las bacterias es hiperactivo y se activa 10 veces más fuerte que en las especies susceptibles.

«Realmente nos quedó grabado. Cuando observamos lo que hacían los genes, vimos un patrón claro», dice Wilson. «Juntamos dos y dos y sugerimos que estos genes son una de las defensas clave que tienen los rotíferos contra este patógeno. «.

Los investigadores modelaron cuáles eran los productos específicos de estas fábricas de químicos celulares y predijeron que los compuestos finales se parecerían a agentes antibióticos y antifúngicos potentes y de amplio espectro conocidos. Los rotíferos hicieron algunos ajustes a los genes (las secuencias no coincidían exactamente con el material de origen no animal), pero la utilidad fue similar.

Remedios para la enfermedad

La resistencia a los antibióticos es un problema creciente a medida que más y más microbios evolucionan para evadir los medicamentos de los que dependemos. Sin embargo, encontrar fármacos antimicrobianos nuevos y fiables es difícil, señala Wilson. Muchos compuestos que matan patógenos también dañan las células humanas.

El descubrimiento de fármacos elaborados a partir de rotíferos puede ayudar. Dado que los rotíferos son animales, los compuestos que producen son al menos tolerables para los animales. «En realidad no son muy tóxicos o no pueden producirlos en sus células», dice Wilson. «Esperamos que puedan proporcionar pistas o atajos útiles en nuestra propia búsqueda de productos químicos antimicrobianos compatibles con los humanos».

«Es una idea interesante y un buen argumento», coincide Domingo-Sananes. Cuando se trata de resistencia a los antimicrobianos, «tenemos que intentar todo lo que podamos», afirma. «Si hay diversidad en estos rotíferos que está subexplotada, ¿por qué no explorarla?»

Sin embargo, el hecho de que un rotífero tolere un compuesto no significa que funcionará para los humanos. Los ratones y los humanos están más estrechamente relacionados que los rotíferos y los humanos, pero los tratamientos médicos que resultan seguros y eficaces en roedores no cruzan el mismo umbral en los ensayos en humanos.

Tanto Wilson como Domingo-Sananes advierten que es necesario trabajar más antes de que todo esto pueda transferirse a las personas. El siguiente gran paso es aislar las sustancias químicas realmente producidas por rotíferos resistentes a enfermedades y confirmar que los compuestos son antimicrobianos. A Domingo-Sananes le gustaría ver un trabajo de seguimiento que evalúe otros linajes de rotíferos y patógenos, para determinar si diferentes tipos de infección provocan diferentes respuestas genéticas.

Por ahora, Wilson sigue sorprendido y optimista. Y al menos ven sus hallazgos como una razón para profundizar en la biología exótica. «Cuando comenzamos esta investigación no teníamos idea de que habría un vínculo con los antimicrobianos», dice. «Es una de esas cosas en las que a veces te topas con antibióticos, como si te toparas accidentalmente con ellos en primer lugar».

«Cuando miras profundamente algo que parece completamente oscuro (un animal diminuto que vive en el suelo) del que nadie ha oído hablar… es posible que encuentres algo inesperadamente útil».

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