Estudian cómo evoluciona una bacteria diseñada en el laboratorio con un genoma mínimo

Quizá recuerdes esta frase mítica: “Si algo nos ha enseñado la historia de la evolución es que la vida no puede contenerse. La vida se libera, se extiende a través de nuevos territorios y rompe las barreras dolorosamente, incluso peligrosamente, … la vida se abre camino”. La dijo Ian Malcolm, el personaje de Jeff Goldblum, en la película de ciencia ficción Jurassic Park de 1993.

En una célula, a lo largo del tiempo, se van acumulando cambios o mutaciones en el genoma, que, si suponen alguna ventaja, son seleccionadas y pasan a la descendencia. Con el tiempo, las células pueden adquirir nuevas funciones y/o adaptarse a nuevos ambientes. La variabilidad genética y la selección natural son la base de la evolución celular. Para que la evolución “funcione” es necesario que la célula posea partes del genoma “redundantes” o extra que puedan acumular esas mutaciones, sin afectar a su viabilidad. Los genes esenciales para la supervivencia de la célula se mantienen (una mutación en un gen esencial podría llegar a ser letal para la célula), mientras que otras partes del genoma que no sean esenciales pueden actuar como fuentes de variabilidad y evolución. Así es cómo pensábamos que funcionaba la evolución y la selección natural… hasta ahora.

La vida, ¿siempre se abre camino? ¿qué es antes la vida o la evolución?

Ahora los investigadores han estudiado cómo se enfrenta a las fuerzas de la evolución una célula mínima modificada con el genoma más pequeño que existe, en comparación con la célula original de la cual deriva. Veamos cómo lo han hecho.

Hace ya varios años, investigadores del J. Craig Venter Institute en California diseñaron y sintetizaron el primer genoma bacteriano mínimo. Para ello, emplearon la bacteria Mycoplasma mycoides, un patógeno del ganado y pequeños rumiantes que puede causarles una enfermedad respiratoria. El género Mycoplasma son bacterias muy pequeñas (0,2-0,3 micras) que carece de pared celular y con un genoma también muy pequeño. En este trabajo eliminaron el 47% de los 901 genes del genoma natural de Mycoplasma mycoides, reduciendo el genoma al conjunto de genes más pequeño necesarios para la vida autónoma de una célula. Con 473 genes, el genoma mínimo artificial de esta bacteria, que pasó a denominarse M. mycoides JCVI-syn3B, es el genoma más pequeño de un organismo autónomo de vida libre. Es decir, con un solo gen menos, esa bacteria ya no puede desarrollarse. M. mycoides JCVI-syn3B es, por tanto, una versión sintética minimizada de la bacteria M. mycoides. Curiosamente, 149 de esos 473 genes tenían una función biológica desconocida. (Para que te hagas una idea, otras bacterias como Bacillus subtilis o Escherichia coli tiene entre 4.000 y 5.000 genes).

Aunque M. mycoides JCVI-syn3B podía crecer y dividirse en condiciones de laboratorio, los investigadores querían saber cómo respondería a la evolución a lo largo del tiempo esta célula artificial con un genoma mínimo. Como hemos comentado, cada gen en su genoma es esencial, por lo que la mayoría de los cambios o mutaciones afectarían a funciones esenciales y, en principio, serian letales. Se podría pensar que en esta célula mínima no hay margen para mutaciones, lo que limitaría su capacidad de evolucionar. Este microorganismo mínimo debería tener en teoría una muy baja capacidad de adaptación. Pero ¿qué sucede si dejas que este organismo se reproduzca por sí mismo a lo largo de muchas generaciones? Con el tiempo, ¿se seleccionarían algunas mutaciones?, ¿mejoraría su capacidad de adaptación?

Dicho y hecho. Los investigadores han dejado evolucionar a M. mycoides JCVI-syn3B durante 2.000 generaciones para ver qué sucedía (algunos han hecho el cálculo y dos mil generaciones bacterianas equivalen aproximadamente 40.000 años de evolución humana). Y lo que sucede es «mucho». Algo que parece ser una constante evolutiva es que, a menor tamaño del genoma, mayor es la tasa de mutación, y M. mycoides JCVI-syn3B mostró la tasa más alta de mutación jamás medida. Esto en realidad tiene sentido, porque en el proceso que llevó a su síntesis se eliminaron los genes necesarios para corregir los errores en la replicación del ADN y reparar mutaciones.

Además, el 80% de las mutaciones en M. mycoides JCVI-syn3B fueron puntuales, cambios de un solo nucleótido. Sin embargo, a diferencia de su progenitor, las células mínimas de M. mycoides JCVI-syn3B mostraron una preferencia por los cambios de Guanina a Citosina y de Adenina a Timina (por el contario en el M. mycoides original las mutaciones son en la otra dirección, de Citosina a Guanina y de Timina a Adenina).

Al comparar las células al cabo de 2.000 generaciones con las del inicio, encontraron que las células mínimas M. mycoides JCVI-syn3B se adaptaron aproximadamente un 40% más rápido, pero terminaron al mismo nivel que las M. mycoides originales. Parece ser que simplificar el genoma no debilitó a la célula como para que no pudiera adaptarse. Lo que sí cambiaron fueron varios genes necesarios para la biosíntesis de los lípidos, lo que puede estar relacionado con cambios en la membrana celular.

Restringir el genoma puede tener consecuencias en el tamaño celular

Otro cambio significativo tiene que ver con el tamaño celular. Mientras que las células originales de M. mycoides aumentaron su diámetro en un 85% y su volumen en 10 veces a lo largo de las 2.000 generaciones, las células mínimas de M. mycoides JCVI-syn3B no cambiaron de tamaño durante todo el experimento. Quizá esto tiene que ver con el control celular de la relación superficie/volumen: al aumentar de tamaño tienes más espacio para almacenar proteínas, lípidos y nutrientes, pero empeora la relación superficie/volumen y se dificulta el transporte de nutrientes dentro y fuera de la célula. Las células mínimas quizá sean incapaces de transportar suficientes nutrientes para construir una célula más grande.

Se podría pensar que la reducción del genoma en una célula mínima podría llevar a la extinción a lo largo de las generaciones. Pero no es eso lo que ha ocurrido. El que las funciones celulares básicas se mantengan a lo largo del tiempo es importante cuando se utilizan este tipo de células mínimas en biotecnología. La selección natural durante el crecimiento prolongado en el laboratorio (2.000 generaciones) compensó cualquier efecto perjudicial de la reducción del genoma. Por tanto, se puede simplificar el genoma celular hasta lo esencial, pero eso no detiene a la evolución. La célula mínima sintética puede evolucionar tan rápido como una célula normal. Esto demuestra la tremenda capacidad que tiene los seres vivos para adaptarse, incluso cuando poseen un genoma artificial con el mínimo número de genes necesarios para sobrevivir.

Este artículo me ha recordado una conversación con un buen amigo que un día me preguntó ¿Qué es antes la vida o la evolución? Sin dudarlo contesté: La evolución, sin evolución no hay vida. Después de leer este artículo… tengo dudas.

Evolution of a minimal cell. R. Z. Moger-Reischer, y col. Nature. 2023. 620:122–127.

Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Clyde A. Hutchison III, y col. SCIENCE. 2016. 351(6280).

VER ACTUALIZACIÓN SOBRE ESTE DEL 28 DE MAYO DE 2021

Desde hace unas semanas viene circulando por las redes sociales, e incluso por algunos medios de comunicación, la noticia de que el coronavirus SARS-Cov-2 es producto de un ensayo de biotecnología, ha sido creado en un laboratorio con fines perversos, y se ha escapado de un laboratorio de bioseguridad de Wuhan, … Según esta hipótesis conspiranoica, el origen del virus es artificial. Deberíamos recordar que exactamente las mismas teorías circularon cuando el VIH, el Ébola o el Zika. No somos muy originales.

La proteína S del virus interacciona con el receptor celular ACE2

Dejemos a un lado los mensajes de WhatsApp y vemos que nos dice la ciencia. De donde podemos obtener más información sobre el origen del virus es analizando su genoma. A día de hoy ya hay más de 2.600 genomas secuenciados de aislamientos obtenidos de 53 países (ver NextStrain). La cantidad de información es inmensa.

Estructura y genoma del SARS-Cov-2 (Fuente).

Una de las zonas del genoma más interesantes es la que codifica para la proteína S, porque es la más variables y porque su función es esencial para la entrada en la célula. La proteína S (de spike) forma esas espículas que se proyectan hacia al exterior y que le dan el nombre al corona-virus. El SARS-Cov-2 inicia la entrada en las células humanas después de que la proteína S se una al receptor de la membrana celular, que en este caso es el ACE2. La función biológica de este receptor ACE2 es la maduración de la angiotensina, una hormona que controla la vasoconstricción y la presión arterial. ACE2 es una proteína de membrana que se expresa en pulmones, el corazón, los riñones y el intestino.

La proteína S es la llave de entrada del virus a la célula y la cerradura en la célula es el receptor ACE2. Los modelos en 3D demuestran que en este proceso, la proteína S se divide en dos subunidades, S1 y S2, que se separan por la acción de una enzima de la célula con actividad proteasa, que se denomina furina. Así, S1 se une a su receptor ACE2 y el otro fragmento S2 es escindido a su vez por otra proteasa de la superficie de la célula humana, denominada TMPRSS2. Como resultado la envoltura de virus se fusiona con la membrana de la célula y el virus entra en su interior. Por tanto, la subunidad S1 se encarga de la unión al receptor, mientras que S2 es responsable de la fusión de las membranas.

Modelo en 3D de la proteína S de SARS-Cov-2 (Fuente).

Los análisis estructurales, genómicos y bioquímicos de esa proteína S nos permiten estudiar este proceso en detalle y demuestran que SARS-Cov-2 posee dos particularidades importantes.

El dominio RBD de la proteína S tiene una alta afinidad por el receptor ACE2

En primer lugar, la proteína S de SARS-Cov-2 posee una secuencia que se denomina RBD (dominio de unión al receptor), la parte más variable del genoma del virus, en la que hay seis aminoácidos que son esenciales para unirse al receptor ACE2. Si comparamos esa secuencia entre SARS-Cov-2 y el otro coronavirus humano SARS, solo un aminoácidos de esos seis es común. La proteína S de SARS-Cov-2 tiene, por tanto, un dominio RBD que se une con una muy alta afinidad al receptor ACE2 de humanos, pero también de otras especies animales con una alta homología en ese receptor, como hurones o gatos. Esta alta afinidad por el receptor ACE2 probablemente influye es la alta capacidad de infectar las células que tiene este virus. Sin embargo, los análisis computacionales indican que ese dominio no es el mejor posible para unirse al receptor, teóricamente puede haber otras combinaciones que sean aún más eficaces para unirse al receptor. Esto sugiere que esa secuencia ha surgido por un proceso de selección natural a lo largo de pases del virus entre personas o animales. Si fuera un producto manipulado por ingeniería genética, lo habríamos hecho mejor. Si alguien hubiera diseñado este nuevo virus para que fuera patógeno lo hubiera hecho mejor.

La proteína S posee una secuencia de corte por furina

La otra particularidad de la proteína S de SARS-Cov-2 tiene que ver con el sitio de unión entre esas dos subunidades, S1 y S2, de las que está formada. En SARS-Cov-2 esa proteína S tiene una secuencia entre esas subunidades que permite el corte por la enzima de la célula, la furina, y por otras proteasas. Eso determina la infectividad del virus y su rango de hospedador, a qué células o animales puede infectar. Aunque algunos coronavirus humanos, como el HKU1, también tienen esa característica, el sitio de corte por furina no es muy frecuente en todos los coronavirus, y menos en los del grupo beta, al que pertenece el SARS-Cov-2. No sabemos todavía qué consecuencias funcionales puede tener esta propiedad, pero sería importante saber si afecta a su transmisibilidad y patogénesis. Esta secuencia tan peculiar, ¿podría ser fruto de la manipulación genética del virus? Si lo comparamos con lo que ocurre en el virus de la gripe, muy probablemente se haya generado también por selección natural.

Características de la proteína S de SARS-Cov-2 y otros coronavirus relacionados. Se detalla de forma progresiva la secuencia de nucleótidos del genoma, la secuencia de aminoácidos de la proteína S con sus dos subunidades S1 y S2, el dominio de unión al receptor (RBD) y la zona de corte por furina (polybasic clevage site). (Fuente)

En algunos virus de la gripe aviar se ha visto que en situaciones de alta densidad de poblaciones de aves, se selecciona de forma natural este tipo de secuencias de corte en la hemaglutinina de la envoltura (similar a la proteína S del coronavirus). Esto hace que el virus se replique más rápidamente y sea más transmisible. Así es cómo algunos virus de gripe aviar de baja patogenicidad se convierten en virus de alta patogenicidad. También se ha observado la adquisición de estos sitios de corte en la hemaglutinina después de pases repetidos del virus en cultivo celular o en animales. Por lo tanto, esta nueva propiedad es fruto de la selección natural. Lo mismo ha podido ocurrir en el coronavirus.

Si el origen del genoma de SARS-Cov-2 fuera la ingeniería genética, muy probablemente se habrían empleado algunos sistemas genéticos ya presentes en otros beta-coronavirus y los datos no demuestran nada de esto. Por el contrario, lo más probable es que estas dos características del virus sean fruto de la selección natural y para ello hay dos posibles escenarios: que se haya seleccionado en un animal antes de transferirse al ser humano; o que la selección haya ocurrido en el ser humano después de su transferencia desde un animal.

Selección en una animal antes de transferirse a humanos

Desde el inicio, el origen de SARS-Cov-2 se ha relacionado con el mercado de animales vivos de Wuhan. Cuando se comparan los genomas de los coronavirus, el más parecido al SARS-Cov-2 es el aislado de un murciégalo en Yunnan (China) en 2013, el genoma RaTG13 de Rhinolophus affinis, con más de un 96% de identidad. Sin embargo, cuando se compara la zona RBD de la proteína S difieren significativamente. En otros estudios, se han analizado muestras de varios pangolines (Manis javanica) que llegaron a China por contrabando entre 2017 y 2018, y han detectado coronavirus con una similitud entre el 85 y el 92% con el SARS-Cov-2. Aunque el virus del murciélago sigue teniendo una homología a nivel del genoma mayor, la similitud entre el SARS-Cov-2 y los coronavirus del pangolín era especialmente alta en el dominio RBD de la glicoproteína S, incluidos los seis aminoácidos característicos de esa zona en SARS-Cov-2. Esto refuerza la idea de que la optimización de la proteína S para unirse al receptor ACE2 humano es fruto de la selección natural y no de ingeniería genética o de pases sucesivos del virus en un laboratorio.

Sin embargo, ni los coronavirus de murciélagos ni los de los pangolines tienen el sitio de corte de furina en la proteína S. Los coronavirus son muy frecuentes entre estos y otros animales y es muy probable que todavía no hayamos dado con el precursor animal del SARS-Cov-2. No podemos descartar que fenómenos de mutación, inserción y deleción hayan ocurrido de forma natural en el gen S en algún otro animal, probablemente con alta densidad de población y con un receptor ACE2 similar al humano.

Selección en humanos después de su transferencia desde un animal

Otra posibilidad es que el SARS-Cov-2 haya adquirido esas características mientras se transmitía de forma indetectable entre humanos. Todos los genomas de SARS-Cov-2 secuenciado hasta ahora demuestra que tienen un origen clonal a partir de un ancestro común en Wuhan, muy probablemente a principios de noviembre de 2019. La presencia en los pangolines del mismo dominio RBD en la proteína S sugiere que esa característica ya estaba en el virus antes de su salto a humanos. Quizá, entonces, el sitio de corte por furina fue el que se seleccionó durante la transmisión entre humanos. Esto presupone que el virus estaba presente antes de noviembre de 2019 y que se transmitía entre nosotros de forma indetectable durante un tiempo. Eso ahora no lo sabemos, pero sería muy interesante si somos capaces de hacer estudios retrospectivos y comprobar si realmente el virus circulaba entre nosotros antes de su estallido en Wuhan a finales de 2019.

El hecho de que SARS-Cov-2 entró en los seres humanos a partir de un origen animal implica que la probabilidad de futuros brotes es muy alta, ya que virus similares siguen circulando en la población animal y podrían volver a saltar a los seres humanos.

Conclusión: como vemos las peculiares características de SARS-Cov-2 ya estaban en la naturaleza y no hay que imaginar experimentos de laboratorio para explicar su origen. Conocemos menos del 1% de los virus que hay ahí fuera y más del 70% de los nuevos virus emergentes tienen su origen en los animales. Los virus son millones de millones de “individuos”, que se multiplican a una velocidad enorme y con una frecuencia de mutación y recombinación extraordinaria. Los virus no es que muten, es que viven mutando. En ellos, la evolución va a cámara rápida. La naturaleza tiene suficientes recursos como para generar este y otros muchísimos virus. 

Referencias:

– The proximal origin of SARS-CoV-2. Andersen, K.G., et al. Nat Med (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-020-0820-9

– Structural basis for the recognition of SARS-CoV-2 by full-length human ACE2.

Renhong Y., et al. Science  27 Mar 2020. Vol. 367, Issue 6485, pp. 1444-1448.

Se han descrito más de 300 tipos distintos de papilomavirus de los cuales más de 200 se han aislado de humanos. Los papilomavirus humanos (VPH, virus del papiloma humano) infectan las células epiteliales en división y las mucosas. La inmensa mayoría de los humanos sufrimos infecciones a lo largo de nuestra vida, la mayoría de las veces sin notar ningún síntoma. Este balance entre la replicación del virus y nuestra tolerancia inmunológica sugiere que ha habido una larga coexistencia entre el virus y los humanos.

En algunos casos, los VPH pueden causar una infección productiva y formar lesiones benignas como los papilomas o verrugas cutáneas. Existen unos doce tipos de VPH de “alto riesgo” que están asociados algún tipo de cáncer: cuello de útero, vulva, vagina, ano, pene, boca y faringe.  En concreto, los VPH tipo 16 y 18 son los responsables de cerca del 70% de los cánceres de cuello de útero.

Dentro del linaje de VPH del tipo 16 existen a su vez siete variantes: A1-4, B, C y D.  Estas variantes tienen distinto potencial oncogénico y diferente distribución geográfica en la población humana. El
diferente potencial oncológico de las distintas variantes parece depender de la genética de las poblaciones hospedadoras a las que se ha ido adaptando con el tiempo. Esto sugiere que la evolución de estos linajes de VPH16 ha podido estar influida también por una diferente respuesta inmune del hospedador. Ahora, un grupo de investigadores (1), entre los que se encuentra nuestro paisano Ignacio González Bravo del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), han analizado por primera vez datos genómicos humanos y del virus para deducir el origen, la dispersión y la historia evolutiva del VPH16.

Para ello, han utilizado la mayor colección de secuencias del genoma del VPH16 (118 genomas completos y 1601 secuencias parciales de otros tantos aislamientos). Además, han empleado datos genómicos de 938 individuos de 51 poblaciones humanas de todo el mundo, extraídos de las bases de datos del llamado Proyecto de la Diversidad del Genoma Humano. También han empleado secuencias de los genomas de humanos arcaicos (Neandertales y Denisovanos) disponibles en las bases de datos.

El análisis de las secuencias del VPH16 les ha permitido conocer la distribución geográfica mundial de las distintas variantes del virus. Los linajes VPH16 A son los más agresivos, los más distantes filogenéticamente de los linajes B, C y D, y más frecuentes fuera de África. En concreto, los linajes VPH16 A1-3 están presente en todos los continentes, pero con una baja prevalencia en el África subsahariana. El VPH16 A4 es el linaje más frecuente en el este de Asia, está presente también en América del Norte y ausente en el resto. La variante D también está presente en todos los continentes, con muy baja presencia en África subsahariana y alta frecuencia en América central y sur. Por el contario, las variantes B y C del VPH16 están prácticamente restringidas a África, sobre todo al África
subsahariana, aunque también se observa en América del norte. La diversidad genética del VPH16 es mucho mayor, por tanto, fuera del África subsahariana.

Distribución geográfica de las distintas variantes del VPH16 (1)

Para explicar esta diversidad geográfica de los distintos linajes y poder deducir su evolución, los autores presuponen dos posibles escenarios: que la divergencia de los distintos linajes de VPH16 ocurriera junto con los humanos modernos después la última salida de África de los humanos hace entre 60-120 mil años; o que la divergencia fuera anterior y hubiera una transmisión de virus entre poblaciones humanas arcaicas y modernas.

Diseminación de los humanos modernos

Los análisis filogenéticos y las comparaciones sugieren que hubo una coevolución entre el virus
VPH16 y los humanos, de forma que hubo una divergencia del VPH16 con las poblaciones humanas arcaicas y seguida de eventos de intercambio del virus por transmisión sexual entre poblaciones ancestrales de humanos modernos y arcaicos, que ocurrieron a lo largo de la evolución humana. Recientemente se ha confirmado que hubo intercambio de genes y por tanto contacto sexual entre los Neandertales/Denisovanos y nuestros ancestros modernos, después de la salida de África y la migración por Europa y Asia (se calcula que entre un 2-4% de nuestro genoma es de origen humano ancestral). Por eso, estos autores proponen que además de genes, debió de existir una trasmisión sexual del VPH16, en concreto del linaje A.

La variante A del VPH16 no se originó en los humanos modernos, sino que
es mucho más antigua, y se adquirió por contacto sexual con homínidos
arcaicos (Neandertales y Denisovanos) (1)

El VPH16 existía ya hace unos 460 mil años, antes de la última salida de los humanos de África. El
ancestro del VPH16 ya infectaba a los homínidos arcaicos Neandertales/Denisovanos. La evolución de los genomas de VPH16 en las poblaciones de homínidos que permanecieron en África dieron lugar a los actuales linajes B y C. Conforme los humanos modernos se fueron expandiendo, el
linaje D se extendió por Europa y Asia. Durante esta expansión, los humanos modernos adquirieron el linaje A por contacto sexual con poblaciones de Neandertales y Denisovanos. Este linaje se extendió rápidamente entre la población y acabó siendo dominante en Eurasia y América. Por eso, el linaje A apenas existe en el África subsahariana, ya que se originó una vez fuera del continente africano y los Neandertales/Denisovanos nunca volvieron a él.

No obstante, los autores reconocen ciertas limitaciones y que esta codivergencia entre el virus del papiloma y los humanos no explica al 100% la distribución geográfica de los distintos linajes del VPH16.

Algunas conclusiones que podemos sacar de este estudio:

– la relación entre los virus y el cáncer es algo muy antiguo,

– nuestra historia es también la historia de los virus que nos infectan,

– el sexo con los Neandertales no solo nos dejó algunos genes en nuestro genoma sino también papilomavirus

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(1) Transmission Between Archaic and Modern Human Ancestors During the Evolution of the Oncogenic Human Papillomavirus 16. Pimenoff, V. N., et al. Mol Biol
Evol (2016). doi: 10.1093/molbev/msw214

aparecen en la nueva versión del árbol de la vida

El árbol de la vida (The tree of life) es uno de los 
sistemas de organización de los seres vivos más importantes en biología.
Los primeros intentos de clasificar los organismos en un “árbol de la vida” se
basaba en sus características físicas y metabólicas. Con los métodos
moleculares basados en la comparación de secuencias de genes aumentaron la
diversidad de las ramas del árbol porque ya no era necesario la observación
directa de los organismos. Hasta ahora estas comparaciones se limitaban a un
gen, el de la subunidad pequeña del RNA
ribosomal (SSU rRNA, small subunit
ribosomal RNA). Para ello, a partir de una muestra de DNA del organismo, se
amplificaba el gen SSU rRNA con oligonucleótidos (primers) específicos y universales (en principio para todos los organismos),
se secuenciaba y se comparaba con las secuencias del mismo gen del resto de
organismos. La comparación de las secuencias del gen SSU rRNA demuestra que la
vida se organiza en tres líneas evolutivas, denominadas dominios: Bacteria
y Archaea (que representan células procariotas, es
decir sin núcleo), y Eukarya (células eucariotas, con
núcleo). Este árbol filogenético
universal reveló dos hechos evolutivos importantes: no todos los
procariotas están estrechamente relacionados desde el punto de vista evolutivo,
y el dominio Archaea presenta una relación más próxima al
dominio Eukarya que al dominio Bacteria.

El árbol filogenético universal, basado en la comparación de las secuencias del gen SSU rRNA.

Sin
embargo, este método también tienen sus limitaciones. Por una parte, existen
muchos organismos en la naturaleza (sobre todo microbios) que todavía no somos capaces de cultivar en
el laboratorio y no los podemos aislar y de los que hasta ahora no teníamos
información sobre ellos (la “materia oscura” del mundo microbiano). Por otra, los
primers no son tan universales como
se creía al principio: existen organismos
cuyas secuencias divergen de esos primers
universales y no podemos tener información sobre su gen SSU rRNA.

Existen más de 30.500 genomas
secuenciados de los tres dominios de la vida, Bacteria, Arquea y Eukarya (datos
de septiembre de 2015).

La metagenómica se basa en la secuenciación
masiva de todo el DNA de una muestra ambiental. El resultado son cientos de
miles de secuencias de fragmentos del genoma. Luego, nuevos métodos bioinformáticos
permiten enlazar esos fragmentos (como un puzle) y completar (o casi completar)
la secuencia de todo el genoma de un organismo concreto. Con esta técnica no es
necesario aislar el organismo, no tenemos necesidad de cultivarlo en el
laboratorio. Ni siquiera es necesario tener un genoma de referencia previo para
compararlo. Además, esta aproximación genómica nos proporciona información
sobre el potencial metabolismo del
organismo, información que puede ser empleada para relacionarlo con el
resto de organismos y clasificarlo.

Ahora,
un grupo de californianos (junto con algún japonés) han empleado la tecnología
metagenómica para proponer una nueva versión del árbol de la vida en alta definición,
como si viéramos el árbol con una mayor
resolución. Y el resultado es muy interesante.

Han
construido su árbol de la vida usando unos 2.000 genomas completos obtenidos de
bases de datos públicas más otros 1.011
nuevos genomas reconstruidos a partir de muestras de DNA obtenidas de
diferentes ambientes. Estos eran por tanto genomas de organismos no cultivados en el laboratorio. Las muestras de DNA
las han obtenido de varios ecosistemas: un sistema acuífero superficial, simas
profundas marinas del Japón, cortezas salinas del desierto de Atacama, suelo de
verdes praderas californianas, un geiser rico en CO₂ y hasta de la
boca de un par de delfines (como ves los autores se han divertido de lo lindo en
la fase de recogida de muestras).

Una
vez obtenidas las secuencias de DNA y montados los genomas, compararon las de 16 proteínas ribosomales de cada organismo.
De esta forma, obtuvieron un árbol en HD (alta definición), con mucha mayor resolución
que los árboles clásicos obtenido al comparar una sola secuencia del gen 16S rRNA.
Usaron secuencias de proteínas ribosomales para evitar artefactos que se
podrían originar si se emplean genes con funciones distintas y sujetos a
diferentes procesos evolutivos. Además, los genes ribosomales siempre están
localizados juntos en una pequeña región del genoma en Bacteria y Archaea. Para
la construcción del árbol se incluyeron un representante por género de todos
los géneros para los que existe un genoma completo secuenciado (o al menos un
borrador de alta calidad).

En esta nueva versión del árbol
de la vida se han incluido 3.083 organismos.

El
nuevo árbol de la vida en alta definición. Incluye 92 phyla de Bacteria, 26 de Archaea, y los cincos supergrupos de Eukarya. Se señala con un punto rojo los
linajes que no tienen un representante aislado y cultivado.

Se trata del primer árbol de la
vida publicado desde el desarrollo de las técnicas metagenómica. Ha requerido
un total de 3.840 horas de trabajo computacional del superordenador CIPRES.

En nuevo
árbol demuestra que el dominio Bacteria
es el que más linajes tiene, el más diverso. La mayor biodiversidad genética se encuentra entre las bacterias. Archaea es menos abundante y menos diverso
que Bacteria. La baja diversidad
genética de Eukarya es esperable, debido a su comparativamente reciente
evolución.

El
resultado es compatible además con la idea de que los eucariotas evolucionaron
como quimeras vía fusiones endosimbiónticas en las que participaron tanto bacterias
como arqueas. El dominio Eukarya
incluye protistas, hongos, plantas y animales, y se ramifica a partir de Archaea, en concreto del grupo TACK. Estos análisis
filogenéticos apoyan la hipótesis de que la arquea Lokiarchaeota y Eukarya
poseen un mismo ancestro común.

Otro
dato interesante, es que a diferencia de los que se pensaba, la clase Proteobacteria del dominio Bacteria, no es un grupo monofilético,
sino que tiene orígenes evolutivos más diversos.

Pero
lo más innovador de este árbol en alta
definición es la aparición en escena de un gran número de linajes sin representante
aislado, no cultivados (los puntos rojos en la figura de arriba). La
mayoría de estos se agrupan además dentro de una misma región del árbol,
denominada CPR (Candidate Phyla Radiation).
Según esto el domino Bacteria se divide claramente en dos
linajes. Los géneros incluidos en este nuevo grupo CPR tiene algunas
características comunes (además de ser no cultivables): todos tiene el genoma
pequeño, la mayoría poseen capacidades metabólicas restringidas, carecen del
ciclo del ácido cítrico, cadena respiratoria y tienen una limitación de
síntesis de nucleótidos y aminoácidos, por lo que muchos son simbiontes. No
está claro si esto es debido a pérdida progresiva de capacidades o que por el
contrario son características heredadas de una forma ancestral de vida con un
metabolismo primitivo muy simple.

En resumen,
la inclusión de nuevos genomas de linajes microbianos previamente desconocidos ha
expandido enormemente el árbol de la vida. Esto demuestra la importancia de
incluir datos genómicos independientes del cultivo para tener una imagen más
real del árbol de la vida.

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A new view of the tree of life. 2016. Hug, L. A. y col. Nature Microbiol. Article number: 16048 (2016). doi:10.1038/nmicrobiol.2016.48

Uno de los debates más intensos entre los
evolucionistas del siglo XX se centró en conocer si la fuerza que gobierna la
evolución de los diferentes genomas es la selección
o el azar. La controversia entre
seleccionistas y neutralistas surgió a finales de los 1960s cuando el japonés
Motoo Kimura propuso la teoría
neutralista de la evolución molecular para explicar la observación de que
los cambios en la secuencia de algunas proteínas entre diversas especies
parecían producirse de manera constante y proporcional a su tiempo de
divergencia y a una tasa muy superior a la que podría justificarse si sólo se
produjeran por selección.

La teoría neutralista de la evolución molecular
explica por qué hay tantos cambios en la secuencia de un mismo gen entre los
diferentes organismos y su aparición de manera constante en el tiempo. Esto
permite establecer un reloj molecular y cuantificar el tiempo de divergencia
entre ellos.

Los individuos que conforman la siguiente generación
son descendientes de los individuos que tuvieron hijos y el pensamiento
darwinista tiende a pensar que los individuos mejores o más adaptados son los
que dejan un mayor número de descendientes. Esto haría que la evolución o
cambio de una especie esté guiada por la selección
natural. Sin embargo, esto no tiene porqué ser siempre así. Algunas veces
el azar juega un papel importante.
Los individuos que tienen descendientes no tienen por qué ser los mejor adaptados
sino que ha podido ocurrir así por cuestiones que pueden no tener que ver con
sus características biológicas (por lo que desde el punto de vista biológico
estaría actuando el azar). Esto es especialmente importante en poblaciones
pequeñas en un fenómeno que se conoce como deriva
genética.

La mutación
es un fenómeno que se produce a una tasa más o menos constante en condiciones
normales. Esta mutación podrá ser beneficiosa, perjudicial o neutral (ni
beneficiosa ni perjudicial) con respecto a la aptitud biológica del individuo
que la porta. Si es perjudicial desaparecerá en una o varias generaciones ya
que los individuos que la tienen serán menos aptos. Por el contrario, si es
beneficiosa su frecuencia irá aumentando en la población ya que los individuos
que la portan tendrán más descendientes y éstos serán más viables. Ambos tipos
de cambios conducen a una evolución
adaptativa al ambiente en el que vive el organismo.

Pero, ¿qué ocurre con las mutaciones neutrales? Su frecuencia aumentará o disminuirá dependiendo
del azar; algunas se perderán, pero otras aumentarán en frecuencia llevando a
una evolución NO adaptativa. Hay
cambio, pero los individuos no están ni más ni menos adaptados. La teoría
neutralista de Kimura se basa en que este tipo de mutaciones son las más
frecuentes en una población; no implica que la selección no actúe sino que ésta
lo hace frente a una proporción muy pequeña de cambios moleculares, los
beneficiosos o los perjudiciales. La mayor parte de los cambios a nivel
molecular son neutrales, no hacen mejor o peor al individuo que los porta. Por
ello se acumulan de manera constante en el tiempo permitiendo establecer un reloj molecular en la evolución de los
distintos linajes.

Hay dos tipos de evolución: la adaptativa y la NO
adaptativa

Existen múltiples ejemplos experimentales que muestran
la existencia de mutaciones beneficiosas que son muy frecuentes en algunas
poblaciones frente a otras de la misma especie, como la permanencia de la
actividad lactasa en algunos grupos humanos. Sin embargo, a nivel general, se
desconoce cuántas de las nuevas mutaciones que se van produciendo son
beneficiosas. Conocer esta tasa puede ser útil para mejorar nuestro
conocimiento de la evolución molecular y los métodos que ayuden a datar y
reconstruir la historia evolutiva.

La secuenciación
rápida de genomas completos está facilitando la realización de ensayos
experimentales que nos ayuden a profundizar en ello. Sin embargo, a pesar de
que las mejoras técnicas facilitan estos estudios, hay algo imprescindible en
los análisis evolutivos: la paciencia,
ya que debemos analizar cientos o miles de generaciones para tener datos
fiables.

Keep calm and
be patient

Las bacterias son, de nuevo, nuestras mejores aliadas
para poder monitorizar tantas generaciones en un tiempo razonable. Hasta la fecha
algunos análisis se habían realizado siguiendo a varias decenas de bacterias
durante algunos cientos de generaciones o a un clon durante casi 40.000
generaciones. A pesar de ello era complicado conocer qué mutaciones son
realmente beneficiosas (o conductoras de la selección) y cuáles simplemente
acompañan a las beneficiosas (son pasajeras). Recientemente un estudio
publicado en Nature muestra los resultados del análisis del genoma completo de dos clones de 12
poblaciones de E. coli tras 500,
1.000, 1.500, 2.000, 5.000, 10.000, 15.000, 20.000, 30.000, 40.000 y 50.000
generaciones (¡desde hace 28 años!). Esto hace un total de 264 genomas
completos cuyo análisis ha mostrado algunos resultados curiosos y otros que apoyan
algunas ideas conocidas.

(Mapa del genoma de una bacteria)

¿Cómo cambia el
genoma de una bacteria después de 28 años (50.000 generaciones) multiplicándose?

De manera sorprendente la longitud media de los
genomas tras 50.000 generaciones había disminuido en casi un 1,5% desde la
bacteria ancestral y las mutaciones no se habían distribuido de manera uniforme
a lo largo de las 12 poblaciones analizadas. Seis de ellas habían evolucionado
hacia un fenotipo hipermutador, lo
que les hacía acumular algo más del 96% de todas las mutaciones detectadas. Sin
embargo esta “hipermutabilidad” disminuía con el tiempo, ya que parecía
favorecer la mayor presencia de mutaciones deletéreas o perjudiciales.

Si mutas mucho,
empiezas a cargarte cosas importantes

Además, este efecto se asocia a la presencia de un
mayor número de secuencias transponibles. Los transposones son secuencias presentes en la mayor parte de
organismos, entre los que se encuentra el nuestro, y que son capaces de saltar
de una posición a otra del genoma. Efectivamente desde hace años se conoce que
son responsables de una mayor inestabilidad genómica. Lógicamente la presencia
en un mayor o menor grado de este tipo de secuencias y el fenotipo hipermutador
puede cambiar el tiempo y modo de evolución del organismo que las porta. Aunque
estas bacterias teóricamente acumulaban una mayor tasa de mutaciones
beneficiosas también lo hacían de mutaciones deletéreas, compensándose ambos
hechos. Además en estas poblaciones se hacía más difícil diferenciar las
mutaciones realmente beneficiosas de las que no lo son en un “mar” de mutaciones.

Sin embargo, en las bacterias sin fenotipo
hipermutador se podía observar que las
mutaciones potencialmente beneficiosas se acumulaban a una tasa muy superior a
las neutrales. Sin embargo esta acumulación disminuía con el tiempo ya que
en las primeras 500 generaciones se acumulaban 17 veces más mutaciones
beneficiosas pero al acercarse a las 50.000 generaciones esta acumulación era
de sólo 2 veces más. Por otra parte, la mitad de estas mutaciones se
encontraban en sólo 57 genes (en sólo el 2% del genoma) que estarían favoreciendo
esta adaptación.

La adaptación,
al principio es muy rápida y luego disminuye. Pero la frecuencia de mutación neutral
se mantienen constante, de ahí que existe un reloj molecular.

Así, el color de la evolución no es ni blanco ni negro
sino gris (como casi todo). La mayor parte de las mutaciones fijadas parecen
ser beneficiosas, pero su proporción disminuye cuanto mayor es la adaptación.
Sin embargo las mutaciones neutrales se acumulan a una tasa bastante constante
en el tiempo lo que hace que el reloj molecular efectivamente exista.

Reloj
molecular: a más tiempo, más cambios

Por lo tanto a nivel molecular actúa tanto la
selección como el azar. En el fondo la evolución de los genomas se basan en continuos cambios en el equilibrio de
ambas fuerzas. En un primer momento en poblaciones grandes la selección
ganaría al azar, pero una vez conseguida una adaptación razonable el azar se
mantiene como una fuerza importante de los cambios que sufre un genoma.

El autor de esta entrada es José Luis Vizmanos, Catedrático
de Genética y profesor de Genética de poblaciones de la Universidad de Navarra.

(1) Tempo and mode of genome evolution in a 50,000-generation experiment. Tenaillon, O., et al. Nature 536, 165–170 (11
August 2016) doi:10.1038/nature18959

cómo era la primera forma de vida?

Todavía no sabemos a ciencia cierta cómo se originó la vida
en el planeta, hace unos 3.800 millones de años. Suponemos que todas las
células provienen de un mismo origen, de un último ancestro común universal a todas las formas de vida, que los
científicos denominamos LUCA (del
inglés, Last Universal Common Ancestor)
o progenote. Los últimos datos filogenéticos sugieren que los eucariotas
surgieron de los procariotas, por lo que LUCA sería el ancestro común de
bacterias y arqueas. Pero carecemos de evidencias directas sobre cómo era LUCA y
sobre dónde apareció por primera vez.

La
vida apareció hace unos 3,8 mil millones de años cuando la Tierra solo tenía unos 750
millones daños de antigüedad.

Para poder entender cómo era este antepasado común, una
posible aproximación es seleccionar aquellos genes esenciales y comunes tanto a
bacterias como arqueas, y asumir que deberían estar en el ancestro común. Pero
hoy sabemos que hay muchos genes que se trasmiten de forma horizontal entre los
microorganismos, que no provienen de herencia “vertical”, de padres a hijos.
Por eso, ahora los investigadores han seguido una aproximación filogenética
(comparación de genomas) en vez del criterio de presencia universal. Se trata por
tanto de buscar aquellos genes que probablemente estaban presentes en LUCA y
han sido heredados por los dos dominios Bacteria
y Archaea desde el origen. De esta
forma incluso, pueden llegar a identificar genes involucrados en la fisiología
de LUCA, para saber cómo LUCA tenía acceso a la fuente de carbono, energía y
nutrientes del ambiente para poder crecer.

En la versión de “dos ramas” del árbol de la vida, los eucariotas proceden de los procariotas. Por ello, LUCA es el ancestro común de
bacterias y arqueas.

Investigadores del Instituto de Evolución Molecular de la
universidad alemana de Düsseldorf han analizado más de 6,1 millones de genes de
1.847 genomas bacterianos y 134 de arqueas, información que se ha ido
acumulando en las bases de datos a lo largo de estos últimos veinte años. Han
agrupado esos millones de genes en 286.514 familias de proteínas. Esto les ha
permitido a su vez identificar 355
familias de proteínas (el 0,1%) que probablemente estarían presentes en LUCA y
que pueden darnos una idea de cómo podría ser el genoma de aquel ancestro común.
Este posible genoma de LUCA puede a su vez ayudarnos a reconstruir su ecología
microbiana.

Estas proteínas no están
distribuidas en todos los seres vivos de forma universal, pero sus funciones,
propiedades y estructuras pueden ilustrarnos sobre cómo era la fisiología de
LUCA.

Los resultados sugieren que LUCA carecía de las enzimas
típicas de un microorganismo quimioorganotrófo, pero tenía presentes enzimas
típicas de un quimiolitotrófo. LUCA
era anaerobio (el oxígeno le era tóxico, no lo podía emplear en su
metabolismo), capaz de emplear directamente el CO₂ y el nitrógeno (N₂)
del ambiente, dependiente del hidrógeno (contenía enzimas hidrogenasas) y capaz
de emplear el azufre (S). La presencia de la enzima DNA girasa reversa, específica de microorganismos hipertermófilos,
indica que a LUCA le gustaban las altas temperaturas, era termófilo y vivía en
un ambiente con altas temperaturas. Además, poseía muchas enzimas repletas de
grupos FeS y FeNiS por lo que debía habitar en ambientes ricos en esos metales.
Las formas de vida actuales más parecidas a LUCA, desde el punto de vista metabólico,
pueden ser las bacterias del grupo de los Clostridium
y las arqueas productoras de metano (metanógenos).
Con todos estos datos, es muy probable que LUCA habitó en un ambiente
hidrotermal de las profundidades marinas geoquímicamente muy activo, rico en
hidrógeno, CO₂ y hierro.

Reconstrucción de LUCA a partir de los datos del genoma:
probablemente LUCA era termófilo, anaerobio, capaz de fijar el CO₂,
el N₂, dependiente del H₂ y capaz de usar el S.

Las fumarolas en las
profundidades marinas, zonas en las que se libera el magma en las erupciones de
volcanes en el fondo oceánico, pudo ser el lugar en el que se originó la vida.

Sin embargo, no podemos descartar otras posibilidades. Por
ejemplo, que la vida se originara en cualquier otro lugar y que posteriormente
se quedara confiada a ambientes marinos profundos debido al algunas catástrofes
como el bombardeo intenso tardío que
ocurrió sobre la Tierra entre los 4,1 y los 3,8 mil millones de años. También hay
autores que opinan que la luz ultravioleta solar fue una fuente de energía
esencial para que se llevarán a cabo las reacciones necesarias para la
aparición de la vida y que, por tanto, eso debió ocurrir en algún ambiente
acuático superficial, terrestre, en vez de en los fondos oceánicos. Por
otra parte, no podemos olvidar que otros autores creen que LUCA no era una
especie celular única, sino que en realidad estaba formado por una comunidad de
microorganismos primitivos que intercambiaban libremente sus genes.

Probablemente nunca podamos conocer en detalle qué ocurrió
en aquellos primeros pasos del origen de las células, pero lo que es
apasionante es comprobar que ya somos capaces de analizando millones de genes poder responder a algunas preguntas. Todavía hoy seguimos haciéndonos una de
las grandes preguntas, uno de los retos de la ciencia: el origen, cómo surgió
la vida en nuestro planeta.

También te puede
interesar:

– mi respuesta a la pregunta Naukas 2016: Si pudieses hacer
una pregunta, solo una pregunta, a un extraterrestre de una civilización muy
avanzada… ¿Cuál sería?

The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Weiss M. C., y col. Nature Microbiology. Article number: 16116
(2016)

En realidad, poco sabemos de los patógenos que pudieron infectar a los Neandertales en el Pleistoceno. Algunos autores sostienen que las enfermedades infecciosas sólo tuvieron un impacto importante entre los humanos después del desarrollo de la agricultura durante el Holoceno, y que el intercambio de patógenos entre Neandertales y otros homínidos era muy difícil. Se pensaba que la mayoría de los patógenos humanos se adquirieron de los animales domesticados y se originaron por tanto tras el desarrollo de la agricultura y ganadería. Según este modelo, las enfermedades infecciosas empezaron a tener impacto sobre la población humana cuando cambiaron su estilo de vida relacionado con las prácticas agrícolas, el aumento del sedentarismo y de la densidad de población. Esto ocurría ya miles de años después de la extinción de los Neandertales, a los que, según esta teoría, no les afectaron las enfermedades infecciosas. Sin embargo, cada vez hay más evidencia de que muchos patógenos ya estaban presenten en el Pleistoceno y pudieron afectar a los Neandertales, incluso siendo un factor importante en su colapso demográfico relacionado con su extinción.

Nuevos datos de los genomas de los homínidos y de los propios patógenos
están cambiando nuestra idea sobre el papel de las enfermedades infecciosas
sobre los Neandertales.

Hoy en día tenemos nuevas herramientas para estudiar las enfermedades infecciosas en el Pleistoceno. Hasta hace unos pocos años los investigadores solo podían obtener algunos datos sobre las enfermedades infecciosas antiguas estudiando las lesiones que éstas dejaban en los huesos fósiles. Pero ahora, la publicación de los genomas de Neandertales y Denisovanos abre una nueva oportunidad de
estudiar las infecciones que ocurrieron en la antigüedad. Comparando esos genomas con los de humanos modernos se han encontrado secuencias con funciones relacionadas con el sistema inmune y la respuesta a la infección que han persistido a lo largo de la evolución probablemente por proporcionar una ventaja adaptativa en los humanos conforme se dispersaban a nuevos ambientes y se enfrentaban a nuevos patógenos. Se han encontrado secuencias en el genoma de Neandertales que evidencian que hubo interacción entre el huésped y el patógeno. Por ejemplo, el gen RNAsaL para degradar el RNA viral, genes asociados a la respuesta inmune como la interleucina 8 que protege frente a las infecciones, o genes de receptores  Toll-like que juegan un papel importante en la respuesta inmune adaptativa.

Estos datos demuestran que los Neandertales ya tenían inmunidad genética
para ciertas enfermedades infecciosas.

Pero además, hoy tenemos también datos genómicos y filogenéticos de muchos patógenos que nos
permiten adivinar desde cuándo están presentes entre nosotros. Muchos de estos microorganismos patógenos han co-evolucionado con los humanos y nuestros ancestros desde hace miles o millones de años. Antes se pensaba que muchos de estos patógenos eran zoonosis adquiridas de los animales (una zoonosis es una enfermedad infecciosa propia de los animales que accidentalmente pasa al hombre). Pero cada vez hay más datos de que en realidad su origen es el contrario: patógenos de humanos que pasaron a los animales, serían por tanto antroponosis, patógenos humanos que han pasado a los animales durante el desarrollo de las prácticas agrícolas. Por ejemplo, hace años se pensaba que los humanos habíamos adquirido el bacilo de la tuberculosis durante el Neolítico partir del ganado durante la domesticación de los animales, y que, por tanto, Mycobacterium tuberculosis provenía de Mycobacterium bovis. En realidad el origen es el contrario. Los análisis genómicos demuestran que Mycobacterium bovis ha perdido varios genes todavía presentes en Mycobacterium tuberculosis, y que por tanto las especies adaptadas al hombre son anteriores y más antiguas que Mycobacterium bovis y otras micobacterias animales, que surgieron posteriormente. Hoy también sabemos que Brucella divergió hace decenas  de miles de años antes de la aparición del pastoreo y que ha sido endémica de animales silvestres desde hace 80.000-300.000 años. Existen además evidencias de lesiones esqueléticas compatibles con la brucelosis en fósiles de Australopitecus africanus.  La lista de patógenos que ya estaban presentes en el Pleistoceno antes de la introducción de las prácticas de agricultura y pastoreo y de la domesticación de los animales es cada vez mayor: Borrelia, Brucella, Helicobacter pylori, Mycobacterium tuberculosis, Salmonella,
Tularemia, Adenovirus, Coronavirus, Hepatitis A, Herpesvirus, Papilomavirus, Rabdovirus, … Es muy probable que los Neandertales padecieran ya caries dental, infecciones de heridas, enfermedades infecciosas infantiles como la varicela, infecciones gastrointestinales y respiratorias, etc.

Según algunos, este es el aspecto que tendría un Neandertal, vestido con traje. Referencia: Museo Neandertal.

No tenemos una evidencia total de la transmisión de enfermedades infecciosas entre Neandertales y homínidos modernos, pero teniendo en cuenta que coincidieron geográfica y temporalmente, esta hipótesis cada vez es más factible. Hay evidencia de que los humanos adquirimos el virus herpes simple 2 de los chimpancés hace unos 1,6 millones de años, a través de un homínido intermedio. Otro ejemplo es Helicobacter pylori que se estima que las primeras infecciones humanas ocurrieron en África hace
88-116.000 años y que llegaron a Europa hace 52.000 años. Los chimpancés no tienen Helicobacter pylori y algunas tribus africanas, como los pigmeos Baka, no adquirieron este patógeno hasta hace unos pocos cientos de años tras el contacto con otros grupos. Lo mismo podemos pensar que ocurrió entre Neandertales y los homínidos modernos. Hoy sabemos que algunos importantes patógenos humanos, como el HIV y la malaria tienen su origen en primates no humanos. Esto demuestra la habilidad de algunas enfermedades infecciosas de extenderse entre especies distintas de homínidos. Para la población de Neandertales la exposición a estos nuevos patógenos humanos pudo tener un efecto catastrófico. 

La exposición a patógenos africanos a los que los humanos modernos estaban mejor adaptados, pudo influir, al menos en parte, a la  extinción neandertal.

En conclusión: combinando los análisis esqueléticos, arqueológicos y genéticos de humanos modernos y
homínidos extinguidos y datos del genoma de patógenos se sugiere que muchas infecciones fueron anteriores al Neolítico. Muchas enfermedades parasitarias, respiratorias y diarreicas eran ya importantes en el Pleistoceno y bien pudieran afectar a los Neandertales. La transferencia de patógenos entre la población de homínidos, incluyendo la expansión de patógenos desde África, ha podido jugar un papel relevante en la extinción de los Neandertales y ofrece un mecanismo importante para entender la interacción entre homínidos, más allá de los límites de la extracción del DNA de los fósiles. El aumento de la densidad de la población, el sedentarismo y el aumento de las prácticas agrícolas y de pastoreo, pudo cambiar la dinámica epidemiológica de estas enfermedades, que pasaron de los humanos a los animales. Esto facilitaría a su vez la transmisión y aumentaría las tasas de mortalidad.

El Pleistoceno es la primera y más larga época del período del Cuaternario, el último de los períodos geológicos. El Cuaternario se desarrolla desde hace 2,59 millones de años hasta el presente. Es el período cuando apareció el Homo sapiens sobre la Tierra y se extinguieron grandes especies animales y vegetales. Se divide a su vez en dos épocas: el Pleistoceno que se caracteriza por ciclos de glaciaciones y el Holoceno, segunda época del Cuaternario que comenzó hace unos 12.000 años y continúa en la actualidad. Los últimos Australopitecus vivieron durante la primera mitad del Pleistoceno, y el género Homo apareció al comienzo del Pleistoceno hace unos 2,4 millones de años.

También te puede interesar:

– Los Australopithecus también tenían brucelosis

– Evolución conjunta de Mycobacterium tuberculosis y Homo sapiens

– El origen de la tuberculosis en América

Referencia:

Neanderthal genomics suggests a Pleistocene timeframe for the first epidemiologic transition. 2016. Houldcroft, C. J., y col. American Journal of Physical Antrophology. 160 (3):379-388.

El virus Zika es un nuevo invento de las compañías
farmacéuticas que en colaboración con la Organización Mundial de Salud crean
alarma en la población, para engañar a los gobiernos y que inviertan nuestro
dinero en vacunas y fármacos que luego no sirven para nada. No es la primera
vez que la Organización Mundial de la Salud nos engaña, recuerden ustedes lo
que pasó con la gripe aviar: ¡todos íbamos a morir! El Zika se trata de una
nueva conspiración de determinados lobby, un virus mutante creado en el
laboratorio con fines eugenésicos para controlar la natalidad de los países en
vías de desarrollo. Para eso se han inventado hasta lo de la microcefalia. El
Zika es un error de empresas biotecnológicas de mosquitos transgénicos. Todo lo
que está pasando ahora con el Zika es lo mismo que ocurrió con el Ébola, gripe,
VIH y otras plagas: un oscuro contubernio de investigaciones malintencionadas.

Cosas como estas leemos en algunos foros, internet y, lo que
es peor, en algunos respetables medios de comunicación. Con los virus se mezcla
el temor, la polémica y un gran número de personas afectadas: los ingredientes
perfectos para el notición. Pero ¿qué hay de cierto en todo ello?, ¿lo del Zika
es realmente una conspiración mundial? Veamos lo que dice la ciencia.

Algunas enfermedades infecciosas se diseminan o resurgen en
una nueva zona del planeta, aparecen por primera vez causadas por un virus que
era desconocido hasta ese momento. Son virus nuevos o reemergentes. Pero, ¿por
qué surgen estas nuevas infecciones virales? Principalmente por tres razones.

En primer lugar, la propia naturaleza y biología de los
virus influye en la aparición de nuevas enfermedades. La mayoría de los casos
de nuevos virus, como el Zika, tiene el genoma del tipo ARN y esta molécula ARN
tienen una tasa de mutación, de error, muy alta. Sus enzimas cometen muchos
errores al copiar el genoma y además no los corrigen. Muchos otros virus tienen
sus genomas distribuidos en varios fragmentos. Cuando dos virus infectan una
misma célula, pueden ocurrir fenómenos de recombinación o mezcla y de
intercambio de genomas, con lo que pueden aparecer de forma natural nuevos
virus con genomas híbridos o mezclados. Estos fenómenos de mutación y de
recombinación, unido al hecho de que los virus se multiplican a velocidades extraordinariamente
altas (en un solo tubo de ensayo podemos tener en pocas horas cientos de miles
de millones de partículas virales), hacen que la capacidad de evolución y
adaptación de los virus sea enorme. En los virus es como si el proceso
evolutivo (el cambio y la selección natural de la que hablaba Darwin) fuera a
muy alta velocidad y por eso es tan fácil que aparezcan nuevos virus en tiempos
muy cortos.

 La Naturaleza, los fenómenos evolutivos, nuestro propio estilo de vida o el clima son responsables de la aparición de nuevos virus.

A eso hay que añadir que en la aparición y extensión de
nuevos virus también influimos nosotros mismos, nuestro estilo de vida. Cerca
del 50% de la población mundial vive en grandes urbes, ciudades con más de 10
millones de habitantes. El hacinamiento, la polución y falta de higiene
favorecen especialmente la transmisión de infecciones respiratorias y
gastrointestinales. Además, vivimos en un mundo globalizado en el que los virus
no conocen fronteras. Nosotros mismos podemos desayunar en Madrid y el mismo
día cenar en Nueva York. Hay muchos ejemplos de virus que se han extendido por
el planeta en cuestión de unas pocas semanas: el coronavirus SARS, el Ébola o
ahora el Zika. ¡Los virus o sus vectores también viajan en avión o en barco!

Por último, otro factor que también afecta a la aparición de
infecciones emergentes es el cambio climático y la alteración de los
ecosistemas. La eliminación de árboles en una región, el aumento de lluvias,
las sequias o el calentamiento global pueden afectar a la densidad y
distribuciones de animales, roedores o insectos que actúan como vectores o
vehículos de transmisión de los virus. Por ejemplo, existen más de 400 virus
distintos que, como el Zika, son transmitidos por mosquitos y garrapatas. Cada
especie de mosquito requiere unas condiciones concretas de temperatura y
humedad para desarrollar su ciclo vital. Su distribución geográfica depende por
tanto de estas condiciones ambientales. Pequeños cambios en la temperatura y
humedad pueden modificar la distribución global de estos insectos y por tanto
alterar la extensión de estos virus. No podemos descartar por tanto que en el
futuro las enfermedades tropicales dejen de ser tan tropicales. Además, no
debemos olvidar que la mayoría de los enfermedades infecciosas virales en
humanos tienen su origen en virus de animales: la gripe es un virus de aves, el
origen del VIH está en los monos, el Ébola en murciélagos y otros animales
salvajes, …

No hay que imaginar oscuros intereses o contubernios
internacionales para explicar la aparición y rápida extensión del virus Zika.
Ni este virus, ni ningún otro, se ha escapado de laboratorios secretos donde
manipulan los patógenos. La propia Naturaleza, los fenómenos evolutivos,
nuestro propio estilo de vida o el clima son responsables de la aparición de
nuevos virus.

En el caso del Zika es probable que hayan coincidido varios
factores: una población sin inmunidad previa al virus y más susceptible; un
aumento de la población del mosquito vector, quizá influido por el clima; unas
condiciones sanitarias y de control que dificultan el diagnóstico y el control
de la población de mosquitos. El virus Zika se transmite principalmente por
mosquitos, causa un enfermedad casi sin importancia, leve, con una tasa de
mortalidad bajísima (de la gripe estacional normal se calcula que pueden morir
cada año más de 200.000 personas en todo el mundo). Pero si se confirma, como
parece, que en mujeres embarazadas puede ser la causa de la microcefalia, el
Zika puede ser un problema muy serio. Para combatir el Zika hay que luchar
contra los mosquitos, porque es mucho más fácil matar mosquitos que virus.

Publicado en El Mundo el 2/3/2016

«Nada tiene sentido en evolución si no es a la luz de la genética» (Yo)

From the first organisms to humans

By Professor
Javier Novo, Department of Biochemistry and Genetics, University of Navarra
(Spain)

The arrival of
life forms with increasingly complex morphology and function during evolution
required genomes capable of encoding such complexity. The aim of this course is
to provide an overview of the process of genome evolution and to explain the
mechanisms that have shaped genomes from the first proto-cells to present-day
living beings, including us humans.

We will look at the origin of the first genomes and we will try to track the
changes that genomes have experienced during the major evolutionary
transitions. This will require a review of the molecular mechanisms that have
been invoked to explain genome evolution, but we will also look at recent
advances in genomics that are shedding new light on these processes. Finally,
we will explore some of the genetic innovations that seem exclusive of the
human genome, in particular those that can explain the amazing complexity of
the human brain.

«Genome evolution» is a short course on the evolution of genomes, in a series of 17 videos

1. Molecular fossils (5:53)
2. An RNA world (4:33)
3. A forest of life(5:46)
4. From one cell to many cells (9:51)
5. The first animals (9:08)
6. Introns early or introns late? (5:10)
7. Setting the stage for duplications (5:23)
8. Mobile elements (3:31)
9. Duplication of genes(4:27)
10. Duplicationof genomes(8:26)
11. Retrotransposon activity (6:39)
12. Non-codingand regulatory DNA (9:41)
13. Duons (4:02)
14. Huma-specificgenes? (9:45)
15. Aburst of segmental duplications(5:26)
16. Epigenetic changes in the human lineage (4:45)
17. The genomes of modern and archaic humans (7:34) 

The link to the complete playlist

Desde aquí podrás ver #Naukas15 en directo, gracias a la eitb.eus

Contar historias y hablar de ciencia, una pasión común en
los profesores, investigadores o profesionales que colaboramos con una de las
mejores (quizá la mejor!) plataformas de divulgación científica en lengua
castellana: Naukas. Ciencia,
escepticismo y humor es lo que figura en su tarjeta de presentación. La ciencia
que se publica en Naukas va más allá de la mera y necesaria divulgación. Si
algo importante ocurre en ciencia, lo sabrás en Naukas. Si alguna noticia científica
salta a las páginas de la prensa tradicional pueden ocurrir dos cosas: que sea
cierta y en ese caso ya ha sido publicada en Naukas; o que sea falsa, en cuyo
caso, alguno de los divulgadores de la plataforma lo explicará con rigor.

Otro año más se celebra el mayor evento de divulgación
científica en España: Naukas Bilbao 2015.
Organizado por la plataforma de divulgación científica Naukas y la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU, tendrá lugar los días 11 y 12 de septiembre, en la sala Mitxelena del Bizkaia Aretoa de la UPV/EHU(Av. Abandoibarra, 3 –
Bilbao).

Comienza el mismo viernes 11 a las 10:00 de la mañana y
hasta el sábado a las 20:30 podrás disfrutar de más de 60 apasionantes charlas
de 10 minutos de ciencia y humor, además de monólogos, entrevistas y alguna que
otra sorpresa.

Aquí puedes consultar el programa completo.

Este año además no podían faltar las sesiones especiales en
paralelo para los más curiosos de la casa: Naukas
Kids, humor, ciencia y diversión para los más pequeños (y no tan pequeños).
Programa de charlas Naukas Kids.

Como novedad, además en esta edición se ofrece la
posibilidad de asistir gratuitamente a un taller sobre ilustración e infografía científica que será impartido por Vega
Asencio (NorArte).

Si el sábado día 12 a las 13:00 estás por Bilbao, pásate por #Naukas15
y verás la apasionante y divertida charla de microBIO sobre “Somos virus”.

El año pasado también participamos: ¿qué relación tiene la
Gran Extinción que ocurrió en el planeta hace 250 millones de años, los
canguros y la explosión el 27 de enero de 2014 de una granja de 90 vacas en la
pequeña ciudad de alemana Rasdorf?

¿Por qué explotan las granjas de vacas?

(La charla de microBIO en #Naukas14)

Fecha: viernes 11 y sábado 12 de septiembre de 2015

Hora: todo el día desde las 10:00 h

Lugar: Paraninfo del UPV/EUH(Avenida Abandoibarra, 3 –
48009 Bilbao)

La entrada es LIBRE y GRATUITA hasta completar el aforo, 500 plazas aprox. (SE LLENA)