Este artículo apareció originalmente en La conversación.
Ömer Gokcumen es profesor asociado de Ciencias Biológicas, universidad de búfalo.
El limo está en todas partes. Da forma a la consistencia de sus fluidos corporales, desde la saliva en su boca hasta la sustancia viscosa que cubre sus órganos. Te protege contra patógenos, incluyendo el coronavirusmientras crea un hogar en tu boca para miles de millones de bacterias amigables. Ayuda Las babosas tienen sexo con Spiderman colgando de las paredes, los mixinos se vuelven agua en una sustancia pegajosa que se expande rápidamente, las lampreas filtran su comiday los vencejos construyen nidos.
Pero si bien el limo es esencial para todas las formas de vida compleja, sus orígenes evolutivos siguen siendo turbios.
yo soy un genetista evolutivo que estudia cómo evolucionan los humanos y sus genomas. Junto con mis colegas, incluido mi colaborador de mucho tiempo stefano ruhl y mi estudiante petar pajicabordamos este rompecabezas evolutivo en nuestro artículo publicado recientemente. Comenzamos investigando cómo se produce la baba salival en diferentes especies. Lo que encontramos fue que el limo abre una ventana al papel que juega el ADN repetitivo en los misterios de la evolución.
¿Qué son las mucinas?
El limo está hecho de proteínas llamadas mucinas, que son recipientes para las moléculas de azúcar. Estos azúcares son los capataces clave para hacer las cosas viscosas.
A diferencia de otras proteínas, que normalmente tienen formas 3D intrincadas, las mucinas a menudo toman la forma de varillas largas y rígidas. Las moléculas de azúcar se unen a lo largo de las varillas, creando estructuras complejas similares a cepillos.
Esta asociación entre los componentes básicos de las proteínas y los azúcares unidos a ellos, repetida una y otra vez, es esencial para las propiedades de las mucinas. Estas estructuras pueden adherirse a otras mucinas y microbios, cambiando las propiedades físicas de los fluidos que las rodean en una sustancia pegajosa y viscosa.
La evolución del limo
A pesar de las notables propiedades que tienen las mucinas y su papel esencial en la biología, la forma en que evolucionaron ha eludido a los científicos.
Para comenzar a descubrir los orígenes evolutivos de las mucinas, mis colegas y yo comenzamos buscando ancestros genéticos comunes para las mucinas en 49 especies de mamíferos. Después de todo, la evolución a menudo juega pero rara vez inventa. La forma más fácil de que evolucione un nuevo gen es copiando y pegando uno existente y haciendo pequeños cambios a la nueva copia para adaptarse a las circunstancias ambientales. Las posibilidades de que una especie invente de forma independiente una mucina compleja desde cero son astronómicamente pequeñas. Nuestro equipo de investigación estaba seguro de que copiar y pegar genes de mucina existentes que luego se adaptan a las necesidades de una especie en particular era el principal impulsor de la evolución de la mucina.
Pero nuestras suposiciones iniciales resultaron incompletas. Copiar y pegar genes de mucina en un genoma debería conducir a genes hijos que tengan similitudes entre sí. Aunque algunas mucinas se ajustaban a nuestros criterios, un estudio anterior revisó todos los genes conocidos que codifican mucinas en las personas y encontró una serie de mucinas “huérfanas” que no pertenecen a ninguna familia de genes. Existen solos en el vasto paisaje del genoma humano.
Luego nos enfocamos en la búsqueda de tales genes huérfanos en los genomas de docenas de especies en bases de datos genéticas. Encontramos 15 instancias de nuevos genes de mucina que evolucionaron en diferentes mamíferos, sin ninguna conexión con genes de mucina conocidos.
Sin embargo, investigaciones posteriores revelaron que, después de todo, estos genes de mucina tienen parientes. Comparten ascendencia con otras proteínas similares a varillas. rico en el aminoácido prolinaque son comúnmente encontrado en la saliva. Sin embargo, estas proteínas ricas en prolina no tienen las estructuras proteicas repetitivas clave que ayudan a las mucinas a unirse a las moléculas de azúcar.
Presumimos que estas proteínas ricas en prolina podrían sufrir una “mucinización” al agregar repetidamente proteínas que se unen a las moléculas de azúcar, llamadas glicoproteínas. Para probar esto, comparamos las secuencias de genes que codifican mucinas y genes que codifican proteínas ricas en prolina en diferentes mamíferos, incluidas las personas. Descubrimos que las secuencias eran muy similares. La única diferencia era la presencia de segmentos repetidos de glicoproteínas en mucinas. Lo que esto significó es que ciertas proteínas podrían transformarse en mucinas simplemente agregando copias de estos segmentos repetidos.
ADN repetitivo y evolución
Nuestros hallazgos revelan la diversidad de mucinas en todo tipo de criaturas, lo que abre una vista al viscoso campo de juego de la adaptación de la evolución.
Los investigadores a menudo ignoran secuencias genéticas repetitivas porque rara vez ocurren dentro de los genes que codifican las proteínas que realizan muchas funciones biológicas en las células. Pero en el caso de las mucinas, la creación de secuencias repetidas desde cero resulta ser un motor importante para su evolución. Nuestro trabajo anterior en primates
Es posible que la adición de secuencias genéticas repetitivas también pueda moldear discretamente otras funciones en todo el genoma. De hecho, tal repeticiones en tándem son un tipo común de mutación en el genoma humano, y estudios recientes insinúan su papel no descubierto en la variación biológica entre las personas.
Las mucinas y la salud humana
Comprender cómo funcionan las mucinas también ayudará a los investigadores a comprender mejor una serie de enfermedades.
Cuando las mucinas no funcionan correctamente, pueden provocar enfermedades. Personas con mal funcionamiento gen CFTR desarrollar fibrosis quística, donde sus cuerpos no pueden eliminar la mucosidad de sus pulmones y dificultan la respiración. La regulación defectuosa de la mucina también es relacionado con el desarrollo del cáncer.
Aunque puede no ser obvio, es probable que tenga una conexión personal con las mucinas. Hace dos años, visité a mi madre después de su diagnóstico de cáncer. La lluvia acababa de terminar y las calles de Estambul se convirtieron en un bullicioso pueblo de caracoles inquietantemente grandes. Durante un breve paseo con mi madre, recogí uno de esos caracoles con fascinación, para su horror.
No tuve el corazón para decirle que el mecanismo biológico que permite que estas impresionantes criaturas se muevan es el mismo que ayuda a que crezca el tumor en sus pulmones. Me recordó las palabras del científico Michael Faraday: “No importa lo que mires, si lo miras lo suficientemente de cerca, estás involucrado en todo el universo”.
