jueves, 11 de octubre de 2012

Evolución en tiempo real

La evolución es un proceso que toma miles de generaciones y es muy difícil de observar en animales o plantas. Por otro lado, las bacterias se reproducen tan rápido que es posible observar miles de generaciones en un tiempo razonable. Aunque los biólogos ya habían sido capaces de observar la evolución de bacterias en el laboratorio, era muy difícil identificar los cambios en el ADN que dan lugar a la evolución de nuevas características, pero con las nuevas tecnologías de secuenciación de ADN, Blount et al, lograron identificar las mutaciones responsables de la evolución de una nueva actividad metabólica en una población de bacterias. 

La bacteria E. coli, obtiene normalmente su energía un azúcar llamado glucosa, también es capaz de utilizar otras moléculas, pero una de ellas, el citrato, sólo puede ser utilizada en condiciones anaeróbicas (en ausencia de oxígeno). El Experimento de Evolución a Largo Plazo (LTEE por sus siglas en inglés), también conocido como el “experimento de Lenski”, es un experimento diseñado por el biólogo Richard Lenski, en el que una población de E. coli, fue puesta en condiciones donde hay muy poca glucosa, apenas lo suficiente para que no todas las células mueran, y altas concentraciones de citrato, que no puede ser utilizado por el abundante oxígeno en el medio de cultivo. A esta población se le permitió reproducirse por miles de generaciones, hasta que alrededor de la generación 31,000 (unos 20 años) la población original fue remplazada por una población que evolucionó la capacidad de usar citrato en presencia de oxígeno, y por lo tanto se puede reproducir mucho más rápido.

El experimento de Lenski demostró definitivamente que características novedosas pueden evolucionar en poblaciones de seres vivos existentes, pero los cambios en el ADN (mutaciones) que dieron lugar a la nueva capacidad no pudieron ser identificados. Una ventaja importante de las bacterias como sistemas experimentales, es que puedes congelar a una población y “revivirla” tiempo más adelante. Eso es justamente lo que el equipo de Lenski ha hecho ahora: revivir poblaciones de diferentes etapas de la evolución, y usar nuevas tecnologías para estudiarlas, en particular ahora es bastante sencillo elucidar el genoma de una bacteria, así que los investigadores secuenciaron 29 genomas de diferentes etapas de la evolución.

Los 29 genomas secuenciados corresponden a individuos que vivieron durante distintas etapas de la evolución de la capcidad de usar citrato.

El análisis de los genomas, permitió a los científicos determinar que la capacidad de usar citrato evolucionó gracias a una serie de duplicaciones en un área del genoma que es importante para la internalización del citrato. Este proceso también es conocido como amplificación, y junto con el cambio en la regulación de este gen permitieron que E. coli pudiera internalizar las grandes cantidades de citrato del medio y utilizarlo como fuente de energía. Los investigadores también encontraron que otras mutaciones fueron importantes para que la población pudiera evolucionar, aunque la identidad de la mayoría de estas mutaciones todavía no ha podido ser determinada.

Con base en estos resultados, los científicos plantearon un modelo en el que la evolución de la capacidad de uso de citrato ocurrió en tres fases: potenciación, actualización y refinamiento. La fase de potenciación se refiere a la acumulación de mutaciones que aumentan la probabilidad de que una nueva mutación permita el uso de citrato. La fase de actualización es la aparición de una subpoblación estable capaz de utilizar citrato. Por último la fase de refinamiento, es la continua mejora en la capacidad de utilizar citrato hasta que la mayoría de las células poseen esta característica. Los dos puntos importantes de este proceso son que puede dar lugar a características que estaban ausentes en la población original, y que puede hacerlo mediante un proceso gradual, lo cual es esencial en la teoría evolutiva.

Referencias:
  • Blount, Z. D., Barrick, J. E., Davidson, C. J., & Lenski, R. E. (2012). Genomic analysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population. Nature, 489(7417), 513–8.

2 comentarios:

Anónimo dijo...

http://www.darwinodi.com/richard-lenski-evolucion-en-el-laboratorio/

Luis dijo...

Siguen siendo E. Coli, que usan citrato en presencia de oxígeno cuando antes lo hacían en condiciones anaerobias. Existen cientos de miles de especies tanto pluri como uni celulares, en que tiempo evolucionaron si a 50,000 generaciones de E. Coli solo sé alunebtabn dé citrato, algo que ya hacían.

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