Reconexión evolutiva
Pseudomonas fluorescensWIKIMEDIA, RIRAQ25Las bacterias que carecen de una proteína vital para el crecimiento de flagelos (estructuras similares a colas que permiten que los microbios naden) pueden alcanzar los flagelos en tan solo cuatro días. suficiente presión para evolucionar, según un artículo publicado hoy en Science (26 de febrero). Además, esta solución rápida evoluciona casi de la misma manera en cada cepa independiente: a través de la reutilización de una proteína lejanamente relacionada.
“Este es un conjunto fascinante de experimentos de evolución” escribió el biólogo evolutivo Richard Lenski de la Universidad Estatal de Michigan en un correo electrónico a The Scientist. “Sus experimentos muestran cómo una función biológica, en este caso, la motilidad flagelar en Pseudomonas fluorescens : puede volver a evolucionar después de la eliminación de un gen aparentemente crítico. La bacteria recuperó la motilidad no recuperando el gen perdido. . . sino por mutaciones en otros genes que dan nuevos usos a sus productos.”
Todavía quedan algunas grandes preguntas sin respuesta sobre la evolución, como…
Johnson y sus colegas han descubierto ahora, sin embargo, que no solo pueden ocurrir saltos evolutivos gigantes, sino que pueden hacerlo de una manera reproducible. Curiosamente, el equipo no se propuso estudiar preguntas tan profundas y de larga data. Más bien, dijo, las investigaciones surgieron porque el estudiante de doctorado y coautor Abdullah Alsohim cometió un pequeño error.
El proyecto original de Alsohim había sido investigar cómo la falta de flagelos afecta la capacidad de las bacterias del suelo P. fluorescens para colonizar las raíces de las plantas y ayudarlas a crecer. Los insectos habían sido diseñados para carecer de fleQ, que codifica un regulador transcripcional clave de los genes flagelos. Pero dejó que las placas se incubaran mucho más tiempo del previsto y [la bacteria] comenzó a nadar de nuevo, dijo Johnson. Nos sobresaltamos.
Hubo otra sorpresa por venir: cada cepa bacteriana que recuperó su capacidad de nadar primero lento, luego rápido lo hizo esencialmente a través del mismo proceso evolutivo. El equipo secuenció los genomas de diferentes cepas de natación lenta y rápida y descubrió que todos los nadadores lentos tenían mutaciones en genes que aumentarían directa o indirectamente la expresión de una proteína reguladora de nitrógeno llamada NtrC. Además, todos los nadadores rápidos tenían mutaciones en el gen de NtrC.
NtrC comparte un 30 por ciento de identidad de aminoácidos con FleQ, lo que sugiere que las proteínas pueden tener una reacción cruzada mínima con los genes objetivo de los demás. Efectivamente, los investigadores determinaron que las mutaciones iniciales, que aumentaron los niveles de NtrC, permitieron una regulación ascendente menor de los genes objetivo de FleQs. Las segundas mutaciones en el propio NtrC mejoraron la interacción de las proteínas con los objetivos de FleQ, aumentando su expresión y la capacidad de las bacterias para nadar.
Los resultados destacan la importancia de la duplicación de genes en la evolución, dijo Hughes, y el capacidad de las proteínas divergentes resultantes para desempeñar funciones distintas de su función principal. De hecho, dijo Jeff Barrick, de la Universidad de Texas en Austin, que no participó en el trabajo, este tipo de diálogo le da a los organismos una mayor robustez, lo que les permite restaurar una función aunque les falte una parte genética.
Pero si bien los flagelos re-evolucionados permitieron a las bacterias acceder a los suministros de alimentos en los confines más lejanos de la placa de Petri, la capacidad tuvo un precio. Las bacterias que mejoraron mucho en la natación fueron mucho peores en la regulación del nitrógeno, dijo Johnson. Sin embargo, agregó, a veces la ventaja puede ser tan grande que vale la pena pagar ese costo porque de lo contrario mueres.
TB Taylor et al., Resurrección evolutiva de flagelar motility via recableing of the nitrogen regulation system, Science, 347:1014-17, 2015.
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