Las poblaciones de laboratorio que acumulan silenciosamente variantes genéticas 'crípticas' son capaces de dar saltos evolutivos sorprendentes, según un artículo publicado en la edición del 26 de julio de ciencia . Una mejor comprensión de la variación críptica puede mejorar las técnicas de evolución dirigida para desarrollar nuevas biomoléculas para aplicaciones médicas y de otro tipo.
La variación genética, es decir, las mutaciones acumuladas en el ADN, es el combustible para todo cambio evolutivo: a mayor variación genética, más rápida funciona la evolución y más posibilidades de nuevas soluciones adaptativas.
Pero un tipo de variación genética, oculta o "críptica", no altera la apariencia o el comportamiento de un organismo en su entorno habitual.
"Es un tipo de variación genética poco apreciada", dice el autor correspondiente Andreas Wagner, biólogo evolutivo de la Universidad de Zurich y profesor externo en el Instituto Santa Fe, "y juega un papel importante en la evolución".
El trabajo anterior ha demostrado que la variación críptica en las poblaciones naturales promueve la adaptación evolutiva rápida. Pero los mecanismos moleculares subyacentes no estaban claros.
Para explorar esos mecanismos, el equipo de Wagner trabajó con poblaciones de la bacteria intestinal E. coli que portaba un plásmido con un gen para una proteína fluorescente amarilla YFP. El equipo diseñó un experimento de dos etapas. En la etapa 1, utilizaron PCR mutagénica para aumentar la variación en el gen YFP. Simultáneamente, seleccionaron para un estrechorango de fluorescencia amarilla. Cualquier bacteria que no sea suficientemente amarilla fue excluida, un proceso llamado 'selección estabilizadora'. De esta manera, acumularon depósitos profundos de variación genética críptica sin alterar el color amarillo de la proteína YFP.
Durante la etapa 2, el equipo cambió las reglas de selección y comenzó a seleccionar para E. coli que fluorescía en la parte verde del espectro 'selección direccional'. También introdujeron poblaciones de control de E. coli que carecía de una variación críptica mejorada en YFP. El E. coli las líneas celulares con reservas de variación críptica desarrollaron proteínas fluorescentes verdes de genes YFP que eran más verdes y genéticamente más diversas que las producidas por el control E. coli linajes
En el experimento, dice el coautor Joshua Payne ETH Zurich, la variación críptica hizo más que impulsar la adaptación evolutiva más rápido. Las líneas celulares con reservas profundas de variación críptica desarrollaron proteínas YFP más verdes, formas de la proteína que eran inaccesibles para las bacterias normales, y evolucionaron por múltiples rutas únicas que no están disponibles para regular E. coli .
La evolución actual dirigida por el laboratorio a menudo conduce a los mismos resultados evolutivos cada vez. El nuevo trabajo muestra cómo la sorprendente variación críptica puede abrir puertas a regiones de espacio de secuencia de proteínas que de otro modo serían inaccesibles, dice el primer autor Jia Zheng, investigador postdoctoral en la Universidad de Zurich.
En la naturaleza, la variación críptica ayuda a los peces a adaptarse a la vida en cuevas. En el laboratorio, la variación críptica podría ayudar a una biomolécula a unirse a un nuevo receptor ". Nuestro trabajo puede ayudar a desarrollar nuevas estrategias de evolución dirigida para encontrar biomoléculas innovadoras para aplicaciones biotecnológicas y médicas", dice Zheng.
Al igual que una cuenta de ahorro de grasa, la variación críptica es una reserva de variación que está disponible en una emergencia para impulsar un cambio evolutivo rápido, crítico para la supervivencia de un linaje y útil para los biólogos moleculares.
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Materiales proporcionado por Instituto Santa Fe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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