Una sofisticada carrera armamentista entre genes preserva la evolución de la vida

El genoma humano está plagado de elementos genéticos egoístas, que no parecen beneficiar a sus anfitriones: son genes que solo buscan propagarse.

Estos «parásitos del genoma» pueden causar estragos a nivel celular, al distorsionar la proporción de sexos en las nuevas generaciones, o causar mutaciones dañinas. Incluso pueden conducir a la extinción de una especie.

Pero las especies desarrollan mecanismos para defenderse, ha comprobado una investigación desarrollada en la Universidad de Rochester, cuyos resultados se publican en la revista Nature Ecology and Evolution.

En este artículo, los autores Daven Presgraves y Christina Muirhead, demuestran la existencia de una carrera de armamentos evolutiva dentro de los organismos, así como los mecanismos en juego en esta carrera de armamentos, para combatir los elementos genéticos egoístas.

«Hemos descubierto que una carrera armamentista evolutiva ha llevado a una proliferación de genes impulsores meióticos en el cromosoma X y a genes supresores en otras partes del genoma», dice Muirhead en un comunicado.

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Genomas de tres especies

Los investigadores estudiaron los genomas de tres especies estrechamente relacionadas de Drosophila (moscas de la fruta).

Las moscas de la fruta comparten alrededor del 70 por ciento de los mismos genes que causan enfermedades humanas, y son similares a los humanos a nivel molecular.

Debido a que las moscas de la fruta tienen ciclos reproductivos muy cortos (menos de dos semanas), los científicos pueden crear generaciones de moscas en poco tiempo. Estas características clave hacen que los insectos sean modelos ideales para aprender más sobre la genética humana.

Los investigadores descubrieron que cada una de las especies de moscas de la fruta que estudiaron tiene de 5 a 12 genes impulsores meióticos en los cromosomas X.

Los genes del impulso meiótico, un tipo de elemento genético egoísta, se cuelan en más del 50 por ciento típico de la descendencia de la próxima generación. Esto permite que estos genes se propaguen rápidamente a través de una población.

Genes devastadores

Los genes de impulso meiótico que estudiaron los investigadores están relacionados con un gen de impulso meiótico llamado Dox, «distorsionador en la X», que se encuentra en el cromosoma X y que mata a los espermatozoides portadores del cromosoma Y.

Los investigadores llamaron a sus genes recién descubiertos «similares a Dox» o «Dxl» para abreviar. Los genes Dxl producen una proteína llamada histona, que interrumpe el empaquetamiento normal del ADN en las espermátidas portadoras de Y, que son células sexuales masculinas inmaduras, lo que lleva a la muerte de los espermatozoides.

Matar los espermatozoides que portan Y significa que las generaciones siguientes tendrán principalmente hijas, y pocos hijos.

Sin embargo, los genes Dxl solo funcionan para propagarse y no «se dan cuenta» de que esto puede llevarlos por un camino que eventualmente podría llevar a su especie huésped, y a ellos mismos, a la extinción.

“Los genes impulsores meióticos obtienen una ventaja evolutiva al matar los espermatozoides portadores de Y”, dice Presgraves. «Pero los individuos que portan esos genes impulsores sufren una reducción de la fertilidad, por lo que la población se vuelve cada vez más inclinada hacia las hembras, con el riesgo de extinción eventual», añade.

Genes camuflados

Los genes Dxl sesgan las proporciones de sexos para aumentar la velocidad a la que se transmiten, pero los investigadores descubrieron otra dinámica sorprendente.

Las especies de Drosophila que estudiaron han desarrollado una defensa contra los elementos genéticos egoístas. Esta defensa se presenta en forma de genes que son duplicados de los genes Dxl, pero con una modificación importante.

Al igual que el mítico Caballo de Troya, los genes duplicados se hacen pasar por genes Dxl, pero contienen un arma sigilosa: en lugar de expresar proteínas Dxl (que mata a los espermatozoides), estos genes camuflados expresan pequeños ARN que silencian a los auténticos genes Dxl mediante la interferencia del ARN.

Carreras de armas

Esta investigación es una prueba más de que las carreras de armas evolutivas microscópicas están teniendo lugar dentro de los organismos: los elementos genéticos egoístas evolucionan para beneficiarse a sí mismos, y el resto del genoma desarrolla supresores para sofocarlos.

Los elementos genéticos egoístas luego evolucionan para vencer al supresor, por lo que el supresor tiene que evolucionar de nuevo para mantener el ritmo, y así sucesivamente.

«Copias genéticas repetitivas similares como los genes Dxl que sesgan egoístamente las proporciones sexuales, son comunes a los cromosomas X e Y de los grandes simios y humanos”, señala Presgraves.

«Estas son solo una línea de evidencia de que las carreras de armamentos evolutivos tienen consecuencias importantes para la evolución del genoma», concluye.