Controlando el destino de las abejas
Las abejas obreras pueden alternar entre dos carreras, gracias a una pequeña cantidad de cambios epigenéticos reversibles. Investigadores de la Escuela de Medicina Johns Hopkins y la Universidad Estatal de Arizona demostraron que el cambio de abejas nodrizas jóvenes, que se quedan en la colmena para cuidar de las larvas, a recolectores itinerantes más viejos implica un conjunto de marcas epigenéticas que afectan la forma en que una pequeña cantidad de genes son usó. Y si los recolectores vuelven a convertirse en nodrizas, las marcas también se revierten.
Los resultados, publicados hoy (16 de septiembre) en Nature Neuroscience, son los primeros en mostrar que dos patrones de comportamiento se asocian con cambios epigenéticos reversibles.
Los biólogos del comportamiento hablan fácilmente sobre los comportamientos plásticos adaptativos que permiten que un organismo responda a su entorno inmediato, dijo Seirian Sumner, ecólogo del comportamiento en el Instituto de Zoología de Londres. que no participó en el estudio. Este artículo es el primer paso…
Este es uno de esos artículos que me dan envidia, dijo David Sweatt, neurobiólogo de la Universidad de Alabama en Birmingham, que no participó en el estudio. Creo que será un artículo fundamental en el incipiente campo de la epigenética conductual.
Brian Herb, estudiante del laboratorio de Andrew Feinberg en la Facultad de Medicina de Johns Hopkins, comenzó comparando un tipo de cambio epigenético: la metilación del ADN en el cerebros de cinco reinas y cinco obreras. Aunque otro grupo de investigación había publicado 550 genes con diferencias de metilación entre estas dos castas, Herb no encontró ninguno.
Pensamos que estábamos haciendo la pregunta equivocada ya que una reina nunca se convierte en obrera, dijo Feinberg. Eso no es flexible. Dentro de la casta obrera, sin embargo, hay abejas nodrizas y recolectores. Las abejas comienzan como nodrizas y luego se convierten en recolectoras, dijo Gro Amdam de la Universidad Estatal de Arizona, coautora del estudio. Es tan diferente como ser un científico o un periodista. Es realmente sorprendente que puedan esculpir estos dos roles que requieren habilidades muy especializadas.
Cuando Herb comparó los patrones de metilación de las nodrizas y las recolectoras, encontró diferencias en 155 genes. Estos estaban en gran parte involucrados en el control de la actividad de otros genes, empaquetando el ADN en la cromatina o cortando las transcripciones de ARN. Parecen genes que regulan la plasticidad, dijo Feinberg.
Luego, Florian Wolschin, un posdoctorado en el laboratorio de Amdams, eliminó a todas las enfermeras de las colmenas de los equipos mientras los recolectores estaban fuera. Los recolectores regresan y se van, Oh no, ¿qué pasó? La mitad de ellos vuelven a ser enfermeras, dijo Feinberg. Sus cuerpos cambian un poco y sus comportamientos son completamente diferentes. Tales reversiones son raras en la naturaleza, pero pueden ocurrir cuando las colmenas se dividen y las viejas reinas se van con las obreras jóvenes para fundar nuevas colonias. Las nuevas reinas heredan los nidos existentes que carecen de nodrizas jóvenes, y algunos viejos recolectores revierten sus roles para llenar el vacío laboral.
El equipo encontró que los patrones de metilación en 107 genes cambiaron durante la reversión de recolectores a nodrizas , 57 de los cuales se superpusieron con el conjunto de nodriza a recolectora. Aunque Sumner señala que el tamaño de la muestra está raspando el barril estadístico, el equipo repitió su experimento con un conjunto nuevo de abejas y encontró que la metilación en 45 de los mismos 57 genes cambió con ambos cambios de rol.
Alrededor de la mitad de los cambios de metilación parecen silenciar los genes que marcan, y otros cambian la forma en que se empalman las transcripciones de ARN de otros genes. Está surgiendo un buen diagrama de flujo mecánico, dijo Sumner. Los desencadenantes ambientales conducen a cambios en la metilación que influyen en cómo se expresan o procesan los genes, lo que lleva a cambios en el comportamiento. ¡Esto describe bastante bien el sueño de los genómicos del comportamiento! agregó.
Sumner señala que el cambio de la lactancia a la búsqueda de alimento puede ocurrir en cuestión de horas, un cambio aparentemente fácil a pesar de las marcadas diferencias en el comportamiento. Ahora quiere saber si los animales que muestran cambios más fuertes en el comportamiento a lo largo de sus vidas también tendrían cambios epigenéticos más dramáticos. ¿En qué momento la reversibilidad del comportamiento se convierte en un cambio unidireccional irreversible? se preguntó.
B. R. Herb et al., Cambio reversible entre estados epigenéticos en subcastas de comportamiento de abejas, Nature Neuroscience, doi:10.1038/nn.3218, 2012.
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