Muchos animales dependen de su microbioma para digerir sus alimentos. Los microorganismos simbióticos producen enzimas que sus anfitriones no pueden, y estos trabajan solos o junto con las propias enzimas de los animales para descomponer sus alimentos. Muchos insectos que se alimentan de plantas necesitan enzimas microbianas, comopectinasas, que degradan las paredes celulares de las plantas; sin embargo, algunos insectos han superado esta dependencia de manera sorprendente. Investigadores del Instituto Max Planck de Ecología Química en Jena, Alemania, descubrieron que los insectos palo producen enzimas microbianas por sí mismos. De un microbio intestinal ancestral, ellos genes para las enzimas esenciales simplemente "saltaron" como lo están para su insecto huésped. Los investigadores informan esta recién descubierta "transferencia horizontal de genes" en un artículo publicado recientemente en Informes científicos .
"No se supone que los insectos produzcan sus propias pectinasas", explica el Dr. Matan Shelomi, becario postdoctoral en el Departamento de Entomología y autor principal del estudio. ¡Sin embargo, los insectos palo hacen mucho, y su genoma contiene múltiples genes de pectinasa!"Según la similitud del ADN, la fuente era un gamma-proteobactera, el tipo de bacteria más común en el microbioma insecto palo, pero comúnmente se encuentra en las hojas que comen también". No estamos seguros de cómo sucedió, pero uno o dos genes de pectinasade una bacteria intestinal o incluso algo en la comida claramente saltó al genoma del insecto palo, y luego evolucionó junto con los insectos ", explica Shelomi. Las pruebas muestran que algunas de las nuevas pectinasas retuvieron su trabajo original degradando la pectina, mientras que otras aún no se conocenfunciones, pero ¿cuándo ocurrió la transferencia?
Una colaboración internacional resuelve el rompecabezas
Para averiguarlo, el equipo probó primero siete especies diferentes de insecto palo, incluida una especie primitiva y corta que solo se encuentra en California llamada Timema cristinae , en el grupo hermano a todos los demás insectos palo. Timema no tienen pectinasas, mientras que las otras, el "Euphasmatodea", sí. Sin embargo, no estaba claro si Timema nunca tuvo los genes o simplemente los perdió. Luego, el equipo colaboró con el Proyecto de Evolución del Transcriptoma de Insectos 1K 1KITE. Utilizando las bases de datos genéticas de 1KITE de 1000 especies de insectos, incluidas casi 50 Phasmatodea, los investigadores pudieron buscar rápidamente en múltiples grupos estas enzimasLos resultados mostraron que el salto genético ocurrió algún tiempo después Timema y Euphasmatodea se separó, pero antes de que este último se separara en las aproximadamente 3000 especies que tiene hoy: hace entre 110 y 60 millones de años.
los genes de microbios intestinales pueden cambiar sus anfitriones
Otros investigadores del Departamento de Entomología descubrieron previamente transferencias horizontales de pectinasa en escarabajos de las hojas. Puede que no sea una coincidencia que estos y los insectos palo sean todos especialistas en las hojas. Tampoco es necesariamente una coincidencia que cada grupo experimente una radiación masiva de especies después dese produjo su transferencia horizontal ". Algo sucedió, para hacer el pequeño Timema conviértete en un grupo de casi 3000 especies en todo el planeta que puede tener casi medio metro de largo ", dice Shelomi, refiriéndose al insecto más largo del mundo, llamado Euphasmatodea Phoebetica chani . Su nueva teoría, la Hipótesis de Expansión de la Enzima, es que la aparición repentina de nuevas habilidades enzimáticas, ya sea a través de la mutación o la transferencia horizontal de genes, puede impulsar la evolución de una especie y cambiar sus dietas para especializarse en una sola fuente de alimento.
Más allá de las enzimas, la transferencia horizontal de genes puede proporcionar cualquier cantidad de nuevas habilidades, y nuestro microbioma proporciona una inmensa fuente de proteínas potenciales que alteran las especies ". La idea de que los genes de los microbios que viven en nuestro intestino pueden convertirse repentinamente en parte de nuestros genomas y cambiarel curso de nuestra historia evolutiva, es un hallazgo increíble ", concluye Shelomi.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Ecología Química . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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