¿La transferencia horizontal de genes es un sello distintivo de los genomas animales?

NHGRIMuchos genomas animales incluyen genes bacterianos y fúngicos adquiridos mediante la transferencia horizontal de genes (HGT) durante la evolución, según un estudio publicado hoy (12 de marzo) en Genome Biology . Escaneando los genomas de moscas de la fruta, nematodos, primates y humanos, entre otros animales, los investigadores encontraron evidencia que sugiere que algunos de estos genes adquiridos horizontalmente pueden incluso ser funcionales.

Cuando se publicó por primera vez el genoma humano, la sugerencia de que contenía genes bacterianos fue controvertida. Estudios posteriores cuestionaron la posibilidad de HGT y ofrecieron explicaciones alternativas para la presencia de genes que se parecían a las secuencias bacterianas, como la pérdida de genes o la evolución convergente o divergente.

“Había problemas metodológicos en ambos lados del asunto. argumento, y el principal problema era que simplemente no teníamos los datos que tenemos ahora”. dijo Alastair Crisp de la Universidad de Cambridge, autor del nuevo estudio.

Más recientemente, varios investigadores han…

Pero este último estudio es el primero en abarcar un amplitud de especies y tipos de genes. El estudio presenta un caso convincente que presenta más evidencia de transferencia lateral de genes de bacterias a eucariotas, dijo la microbióloga Julie Hotopp de la Universidad de Maryland, quien no participó en el trabajo. Ha sido necesario rehacer este tipo de análisis durante bastante tiempo. La gente sigue citando los artículos de 2000 y 2001 como ejemplos de que no hay transferencia lateral de genes, especialmente en humanos.

Para volver a evaluar el alcance de la transferencia de genes bacterianos a los animales, Crisp y sus colegas analizaron 40 genomas animales, incluidos 10 primates, 12 especies de Drosophila y cuatro genomas de Caenorhabditis. Los investigadores calcularon una puntuación para cuantificar qué tan cerca se alineaba un gen con una secuencia no metazoaria en comparación con una secuencia metazoaria o animal. Con base en esta puntuación, consideraron que los genes que se parecían mucho a las secuencias no animales se transfirieron horizontalmente. Según los puntajes, entre el 55 y el 88 por ciento de las secuencias analizadas se parecían mucho a las secuencias procarióticas, lo que sugiere que se habían introducido en los genomas animales mediante transferencia lateral.

Teníamos la idea de que la HGT era mucho más amplia que la de las personas. había sospechado previamente, dijo Crisp. Lo que nos sorprendió particularmente fue que parecía haber una cantidad muy similar tanto en vertebrados como en invertebrados.

Los resultados respaldaron los análisis de estudios previos que sugerían genes humanos como FTO, la grasa el gen asociado a la masa y la obesidad puede haberse adquirido horizontalmente. Las comparaciones filogenéticas también encontraron que algunos genes, como la hialuronano sintasa (HAS) en el genoma humano, que originalmente se pensó que se transfirieron horizontalmente de las bacterias pero luego se rechazaron, en realidad pueden ser de origen fúngico.

A una gran proporción de los genes foráneos analizados se encontraron en los mismos andamios genómicos que los genes animales nativos. El fuerte vínculo sugirió a Crisp y sus colegas que era poco probable que la contaminación de las muestras secuenciadas fuera la fuente de estos genes no nativos.

Sin embargo, la validez de estos resultados depende de la calidad de los genomas ensamblados que fueron analizados. Algunos genomas, como C. elegans, D. melanogaster y el genoma humano están muy bien combinados. Pero en otros, los ensamblajes pueden no ser tan buenos, y los ensamblajes deficientes darán como resultado algo parecido a la transferencia de genes, dijo Hotopp. Simplemente significa que en algunos organismos pueden haberlo sobreestimado.

El equipo de Crisps descubrió que varios de los genes extraños en los genomas de los metazoos codificaban enzimas y probablemente tenían funciones bioquímicas activas. En tres nematodos y en todos los genomas de primates analizados, los investigadores encontraron que el 95 por ciento de los genes extraños contenían intrones, lo que sugiere que estos genes se han domesticado con el tiempo.

Dado que los eventos HGT no son increíblemente comunes, parece probable que los mecanismos [que operan] son muy similares a los que insertarían intrones en cualquier gen, dijo Crisp. Observar los eventos HGT recientes puede decirnos cómo se insertaron los intrones en otros genes eucariotas, o cómo evoluciona la regulación transcripcional de nuevos genes.

El proceso de transferencia lateral de genes parece ser antiguo y activo en la actualidad. En los genomas humanos y de otros primates, los genes extraños parecen haber entrado en el genoma solo en sus últimos ancestros comunes. Pero en algunas especies y nematodos de Drosophila, el proceso parece haber ocurrido mucho más recientemente.

Los resultados sugieren que si usamos el mismo criterio para medir una variedad de organismos modelo, es posible decir que los genomas de los mamíferos también han estado sujetos a niveles bajos de HGT, aunque esto sucedió solo en muy raras ocasiones en las primeras etapas de la evolución, dijo la genetista molecular Irina Arkhipova del Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts, quien no estaba involucrados con el estudio. Algunas especies son más susceptibles que otras. Pero definitivamente puede suceder y ha sucedido durante la evolución, y ha desempeñado un papel en la configuración de la diversidad funcional del repertorio de genes en los metazoos.

Microbiólogo Jonathan Eisen de la Universidad de California, Davis, que tampoco participó en el trabajo, señaló que los resultados de los estudios no excluyen de manera concluyente la pérdida de genes como una explicación alternativa de sus datos.

Esto es bastante típico de las afirmaciones de HGT, dijo Eisen El científico en un correo electrónico. Muchos investigadores muestran evidencia que es consistente con la ocurrencia de HGT (lo que hicieron aquí), pero pocos prueban explícitamente hipótesis alternativas como pérdida de genes, malas alineaciones, convergencia, divergencia, contaminación, ruido aleatorio y más. </p

Sospecho que [estos resultados] no serán universalmente aceptados, dijo Crisp. Pero creo que se necesita una buena oportunidad para resolver la controversia.

A. Crisp et al., La expresión de múltiples genes adquiridos horizontalmente es un sello distintivo de los genomas de vertebrados e invertebrados, doi:10.1186/s13059-015-0607-3, Genome Biology, 2015.

Aclaración (12 de marzo): este artículo se actualizó de una versión anterior para señalar que las hialuronano sintasas que se encuentran en el genoma humano pueden tener un origen fúngico.

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