La creación de un rasgo

Virus fago λBRIAN D. WADE Y ALICIA PASTOR, CENTRO DE MICROSCOPIA AVANZADA, MSU

¿Cuántos genes se necesitan para llegar al centro de un nuevo ¿rasgo? Un par de artículos publicados hoy (26 de enero) en Science analizan precisamente eso, investigando la base molecular de cómo los organismos desarrollan nuevas características físicas. En el primer estudio, un virus encuentra una nueva forma de infectar E. coli bajo la presión de la coevolución. En el segundo estudio, E. coli se adapta a un ambiente cálido utilizando dos estrategias de supervivencia diferentes.

Juntos, los artículos demuestran que la evolución de nuevos rasgos beneficiosos, también llamados innovaciones clave, es repetible, rápida y, a menudo, estimulada por la coevolución y la interacción de los genes.

“Siempre ha sido uno de los grandes problemas de la evolución: cómo ir más allá del ajuste fino de lo que ya se está haciendo y llegar a algo ¿radicalmente nuevo, un rasgo fundamentalmente nuevo? dijo John Thompson…

¿Bacteriófago?, un diminuto virus ADN, infecta a E. coli a través de un solo receptor, LamB, en la membrana externa de la bacteria. El biólogo evolutivo Richard Lenski, junto con el estudiante de doctorado Justin Meyer y sus colegas de la Universidad Estatal de Michigan, diseñaron un experimento para ver si el virus podría evolucionar para infectar al huésped a través de una vía diferente. El equipo cultivó 96 poblaciones de E. coli y ? juntos bajo condiciones que detienen la E. coli de expresar LamB. El equipo esperó para ver si el virus se adaptaría para infectar a la bacteria a través de un receptor alternativo en ausencia de su único receptor.

Justin Meyer y el coautor Devin Dobias examinan el crecimiento de e coli GL KOHUTH

Y así fue . Alrededor del 25 por ciento de las poblaciones desarrollaron la capacidad de entrar en la E. coli a través de un segundo receptor, OmpF, en aproximadamente 12 días. Los virus adaptados seguían siendo capaces de unirse a LamB, pero habían adquirido esta nueva función. Mediante la secuenciación del ADN viral, el equipo identificó cuatro mutaciones en la proteína J, una proteína especializada en la cola del virus que normalmente se une a LamB, que eran necesarias para que la proteína se uniera al receptor OmpF.

Pero no todas la ? evolucionaron las poblaciones. El equipo observó la E. colis para determinar por qué, y descubrió que las bacterias estaban coevolucionando para impedir el virus. En esos casos, la E. coli tenía un canal transmembrana mutado en su membrana interna, por lo que el ADN del virus ya no podía penetrar en la célula, independientemente del receptor al que se uniera. En este caso, no hubo ningún beneficio para los virus que podrían usar OmpF. Entonces, si bien estas poblaciones obtuvieron algunas de las mutaciones de la proteína J, que parecían mejorar la unión a LamB, nunca adquirieron la cuarta y última mutación necesaria para la unión de OmpF porque se perdió la presión de selección para hacerlo.

esta danza coevolutiva realmente delicada, dijo Meyer. La bacteria da un paso, lo que crea el entorno, entonces el fago da varios pasos, y si llega al cuarto, puede entrar a través de un nuevo receptor. Pero si la bacteria da un segundo paso antes de que el fago llegue allí, luego cierran el proceso y no tenemos ese resultado interesante.

La coevolución puede predisponer a que suceda este cambio en el fago, pero también puede restringirlo, dijo Thompson, quien escribió una perspectiva adjunta en Ciencia. [La coevolución] es uno de los grandes motores de la biodiversidad. Es un generador de adaptación.

E. Coli BRIAN D. WADE Y ALICIA PASTOR, CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY, MSU

En el segundo artículo, Brandon Gaut de la Universidad de California, Irvine, y Olivier Tenaillon de la French El Instituto Nacional de Salud e Investigación Médica de París describe un experimento de un año en el que cultivaron 115 poblaciones de E. coli a altas temperaturas (42.2C). La temperatura es un desafío complejo al que debe responder un organismo porque puede afectar muchas partes del proceso celular, dijo Gaut.

De las poblaciones que sobrevivieron, el equipo identificó 1.331 mutaciones que afectaron a más de 600 sitios en el ADN bacteriano . Pocas de las mutaciones se compartieron de una población a otra, lo que sugiere poca superposición entre sus caminos evolutivos. Pero cuando los científicos dieron un paso atrás y analizaron las mutaciones a nivel de grupos de genes funcionales, se sorprendieron al encontrar un patrón fuerte: E. coli se adaptaron al calor mediante la mutación de una de dos vías: el complejo de ARN polimerasa o el factor de terminación rho, pero rara vez ambos. Además, cada una de estas vías tenía un conjunto de genes asociados que también estaban mutados en paralelo, lo que sugiere que la epistasis, o la interacción de genes asociados, juega un papel en la evolución adaptativa.

tener ARN polimerasa y sus genes asociados como un conjunto de soluciones a este problema de adaptación, o se obtienen mutaciones en rho y otro conjunto de genes asociados, dijo Gaut. Desafortunadamente, agregó, el equipo aún no sabe cómo la solución ayudó físicamente a las células a sobrevivir a la alta temperatura, o qué papel juegan los genes asociados. Planean comenzar a descubrir esas respuestas comparando los fenotipos de E. coli cepas con algunas de las mutaciones registradas.

O. Tenailon, et al., La diversidad molecular de la convergencia adaptativa, Science, 335:457-61, 2012.

JR Meyer, et al. , Repetibilidad y contingencia en la evolución de una innovación clave en el fago lambda, Science, 335:428-32, 2012.

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