Transferencia horizontal de genes, descubriendo los transgénicos naturales.

Normalmente los genes se transmiten de padres a hijos durante generaciones, pero ¿qué pasaría si esto no fuera cierto en todos los casos? ¿y si un determinado individuo pudiera obtener genes de otra especie a través de otro proceso? ¿tendríamos transgénicos naturales sin saberlo?

En la aparición de mitocondrias y cloroplastos se dio transferencia horizontal de genes hacia el núcleo de la célula anfitriona.

En la aparición de mitocondrias y cloroplastos se dio transferencia horizontal de genes hacia el núcleo de la célula anfitriona.

El material genético es intercambiado de forma natural entre microorganismos, sobre todo en bacterias, pero también hay casos documentados en eucariotas. Este fenómeno se llama transferencia horizontal de genes (la vertical es pasar los genes a los descendientes) y es más común de lo que se pensaba. Los recientes proyectos de secuenciación de genomas lo están poniendo de manifiesto y es el mismo proceso por el cual mitocondrias o cloroplastos pasaron parte de sus genes al núcleo celular cuando aparecieron las células eucariotas.

Hay tres formas en las que los genes son transferidos principalmente: transformación, transducción y conjugación.

La transformación es el proceso por el que una célula incorpora ADN o ARN que hay en el medio externo al morir y lisarse otras células (se le rompe la membrana celular y su contenido es vertido al medio). Lo toma del medio porque ese ADN puede serle de utilidad para duplicar el suyo propio, pero a veces hay secuencias homólogas entre el suyo propio y el exógeno y se produce una recombinación e incorporación de ese ADN a su genoma. Esta técnica es utilizada también en los laboratorios para introducir ADN exógeno en una célula (eucariota o procariota). Se hace de diversos modos como con choques osmóticos, eléctricos o térmico que aumentan la permeabilidad de la membrana al ADN exógeno, bombardeando la célula con partículas bañadas en oro o tungsteno con el ADN a introducir o en el caso de la plantas, usando una bacteria, Agrobacterium, que inyecta de manera natural, un trozo de ADN en la planta.

La transducción es el proceso por el que el ADN pasa a otra célula a través de un virus, bacteriófago (o simplemente fago) en el caso de que se produzca en bacterias. El empaquetamiento del genoma del fago suele ser poco fiel y a veces se empaquetan de forma accidental pequeños fragmentos de ADN bacteriano junto al genoma del fago. Y también genes del fago pueden quedar en el cromosoma bacteriano. En células animales también se introduce el ADN mediante virus y el proceso a veces es llamado transfección. Es uno de los métodos que se utilizaría en terapia génica, ya que se podría introducir una copia del gen “sano” en un virus, inocuo y que no cause ninguna enfermedad, para que infecte las células del individuo “enfermo” y se sustituya la copia mutada por la sana y curar la enfermedad.

El tercer proceso es la conjugación, por el que una célula bacteriana viva transfiere material genético a través del contacto con otra célula mediante una estructura proteica que se conoce como pilus a través de la formación de un puente que conecta el citoplasma de ambos organismos. Al final de la conjugación, ambas células poseen la copia del ADN que se pretendía transferir. Es la única que implica contacto entre dos células vivas.

Micrografía electrónida de barrido de un grupo de Staphylococcus aureus.

Micrografía electrónida de barrido de un grupo de Staphylococcus aureus.

Muchos de los genes transferidos son genes que codifican para toxinas, factores de virulencia o de resistencia a antibióticos, y hacen que la célula que los reciba, se vuelva también patógena o sea más difícil eliminarla. Estos genes suelen encontrarse agrupados en las llamadas islas de patogenicidad y son las que se transfieren. Recientemente se ha descubierto el mecanismo por el que se produce en la bacteria Staphylococcus aureus. Cuando un virus va a infectar a una de estas bacterias, las dUTPasas, un tipo especial de enzimas, hacen que las islas se empiecen a replicar y se transfieran a otras bacterias que no las poseían, convirtiéndolas en patógenas (Tormo‐Más et al., 2013). Otro estudio reciente realizado con la bacteria Bacillus subtilis, ha puesto de manifiesto que es capaz de liberar al medio numerosas copias de su genoma de una forma específica y no relacionada con la ruptura de la célula, es decir, la bacteria libera voluntariamente su material genético para que otras bacterias lo tomen e integren como propio (Zafra et al., 2012).

Pero este no es un mecanismo exclusivo de bacterias y procariotas. También se produce en eucariotas y se han visto muchos ejemplos de ello.

Ejemplar de Acyrthosiphon pisum, su color rojizo se debe a los carotenoides que producen.

Ejemplar de Acyrthosiphon pisum, su color rojizo se debe a los carotenoides que producen.

Y uno de los ejemplos más destacados y que más me gusta es el de los genes para la síntesis de carotenoides de algunos pulgones. Los carotenoides son pigmentos producidos por algunas bacterias, algas, plantas y hongos y son esenciales para muchos animales, que no los pueden sintetizar y los incorporan con la dieta, donde pueden actuar como antioxidantes, hormonas, mediadores de la respuesta inmune o como pigmentos decorativos y relacionados con el cortejo. Pues bien, hay algunos pulgones (Acyrthosiphon pisum) que presentan dos colores (rojo y verde) debido a los carotenos que acumulan, y que su patrón de colores se hereda siguiendo leyes mendelianas, con lo cual quiere decir que poseen genes para sintetizar los carotenos que le dan color. Al secuenciar su genoma se ha visto que sí, que los poseen y que estos genes son similares a los de algunas especies de hongos productores de carotenos (Morvan y Jarvik, 2010). La hipótesis actual es que los pulgones adquirieron esos genes a partir de un hongo que los parasitaba y posteriormente empezaron a expresar esos genes y obtener una ventaja respecto a los que no lo tenían, ya que no necesitaban obtener estos pigmentos de la dieta. Se ha visto que esto sólo no ha ocurrido en pulgones, sino que también en los ácaros Tetranychus urticae que también sintetizan carotenos con genes de origen fúngico (Altincicek et al., 2011).

Y ejemplos como estos se van acumulando cada día, viendo que es un proceso tan extendido en bacterias como en seres pluricelulares, y prácticamente presente en todos los organismos analizados. Incluso en humanos también ocurre, ya que el genoma del Homo sapiens contiene un alto porcentaje de genes y pseugogenes de origen vírico que se integraron y permanecieron allí.

Cuando oigas hablar de transgénicos, piensa en la Transferencia Horizontal de Genes, que no es más que otro mecanismo que ayuda a la evolución ya que produce variación genética y aumenta la adaptación al medio. Y cuando pienses en el árbol de la vida, tenemos que cambiar nuestra mentalidad de árbol con ramas lineales que parten de un ancestro común a otro donde esas ramas se entremezclan unas con otras y hay intercambios entre ramas que evolutivamente están a mucha distancia unas de otras.

 

Bibliografía

Moran N, Jarvik T (2010) Lateral Transfer of Genes from Fungi Underlies Carotenoid Production in Aphids. Science, 328: 624-627.

Zafra O, Lamprecht-Grandío M, González de Figueras C, González-Pastor JE (2012) Extracellular DNA Release by Undomesticated Bacillus subtilis Is Regulated by Early Competence. PLoS ONE, 7(11): e48716.

 

Sobre Víctor García Tagua

Doctor en Genética y Biología Molecular por Universidad de Sevilla y actualmente investigador post doctoral en el Centro de Investigaciones Biológicas (CSIC) investigando transporte de membrana en Aspergillus nidulans.

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