"Estoy fascinado con la vida, y por eso quiero romperla".
Así es como Betül Kaçar, profesora asistente de la Universidad de Arizona con nombramientos en el Departamento de Biología Molecular y Celular, Departamento de Astronomía y el Laboratorio Lunar y Planetario, describe su investigación. Lo que puede parecer insensible es un enfoque científico legítimoen astrobiología. Conocida como secuenciación ancestral, la idea es "resucitar" secuencias genéticas desde los albores de la vida, ponerlas a trabajar en las vías celulares de los microbios modernos; piense en Jurassic Park pero con genes extintos en lugar de dinosaurios, y estudiecómo se las arregla el organismo.
En un artículo reciente publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , el equipo de investigación de Kaçar informa un descubrimiento inesperado: la evolución, al parecer, no es muy buena en la multitarea.
Kaçar usa la secuenciación ancestral para descubrir qué es lo que hace que la vida funcione y cómo los organismos son moldeados por la presión de selección evolutiva. Los conocimientos adquiridos pueden, a su vez, ofrecer pistas sobre lo que se necesita para que las moléculas precursoras orgánicas den lugar a la vida.en la Tierra o en mundos lejanos. En su laboratorio, Kaçar se especializa en diseñar moléculas que actúan como diminutas llaves invisibles, causando estragos en la delicada maquinaria celular que permite a los organismos comer, moverse y multiplicarse, en resumen, vivir.
Kaçar ha centrado su atención en la maquinaria de traducción, un mecanismo de reloj molecular laberíntico que traduce la información codificada en el ADN de las bacterias en proteínas. Todos los organismos, desde microbios hasta algas, árboles y humanos, poseen esta pieza de maquinaria en sus células..
"Aproximamos todo sobre el pasado basándonos en lo que tenemos hoy", dijo Kaçar. "Toda vida necesita un sistema de codificación, algo que tome información y la convierta en moléculas que puedan realizar tareas, y la maquinaria de traducción soloeso. Crea el alfabeto de la vida. Por eso pensamos en él como un fósil que se ha mantenido prácticamente sin cambios, al menos en su núcleo. Si alguna vez encontramos vida en otro lugar, puede apostar que lo primero que veremos es su procesamiento de informaciónsistemas, y la maquinaria de traducción es solo eso ".
La maquinaria de traslación de la vida en la Tierra es tan crítica que incluso en el transcurso de más de 3.500 millones de años de evolución, sus partes han sufrido pocos cambios sustanciales. Los científicos se han referido a ella como "un accidente evolutivo congelado en el tiempo".
"Supongo que tiendo a meterme con cosas que se supone que no debo", dijo Kaçar. "¿Bloqueado a tiempo? Desbloqueemos. ¿Romperlo conduciría a la destrucción de la celda? Vamos a romperlo".
Los investigadores tomaron seis cepas diferentes de la bacteria Escherichia coli y manipularon genéticamente las células con componentes mutados de su maquinaria de traducción. Se enfocaron en el paso que alimenta a la unidad con información genética intercambiando la proteína lanzadera con primos evolutivos tomados de otros microbios, incluyendoun ancestro reconstruido de hace unos 700 millones de años.
"Nos adentramos en el corazón de lo que pensamos que es una de las primeras maquinarias de la vida", dijo Kaçar. "Lo rompemos un poco y mucho a propósito para ver cómo las células tratan este problema.Al hacer esto, creemos que creamos un problema urgente para la celda y lo solucionará ".
A continuación, el equipo imitó la evolución haciendo que las cepas bacterianas manipuladas compitieran entre sí, como una versión microbiana de "Los juegos del hambre". Mil generaciones más tarde, algunas cepas obtuvieron mejores resultados que otras, como se esperaba. Pero cuando KaçarEl equipo analizó exactamente cómo respondían las bacterias a las perturbaciones en sus componentes traslacionales, y descubrieron algo inesperado: inicialmente, la selección natural mejoró la maquinaria traslacional comprometida, pero su enfoque se desplazó hacia otros módulos celulares antes de que el funcionamiento de la maquinaria se restableciera por completo.
Para averiguar por qué, Kaçar reclutó a Sandeep Venkataram, un experto en genética de poblaciones de la Universidad de California en San Diego.
Venkataram compara el proceso con un juego de whack-a-mole, en el que cada lunar representa un módulo celular. Siempre que un módulo experimenta una mutación, aparece. El martillo que lo derriba es la acción de la selección natural. Las mutaciones sondistribuidos aleatoriamente en todos los módulos, de modo que todos los lunares aparezcan al azar.
"Esperábamos que el martillo de la selección natural también cayera al azar, pero eso no es lo que encontramos", dijo. "Más bien, no actúa al azar pero tiene un fuerte sesgo, favoreciendo aquellas mutaciones que proporcionan la mayor aptitudventaja mientras aplasta otras mutaciones menos beneficiosas, aunque también proporcionan un beneficio para el organismo ".
En otras palabras, la evolución no es una multitarea cuando se trata de solucionar problemas.
"Parece que la evolución es miope", dijo Venkataram. "Se enfoca en el problema más inmediato, se pone una curita y luego pasa al siguiente problema, sin terminar completamente el problema en el que estaba trabajando antes."
"Resulta que las celdas solucionan sus problemas, pero no de la forma en que nosotros podríamos solucionarlos", agregó Kaçar. "En cierto modo, es un poco como organizar un camión de reparto mientras conduce por un camino lleno de baches. Puedes apilary organice un número limitado de cajas a la vez antes de que inevitablemente se mezclen. En realidad, nunca tiene la oportunidad de hacer un arreglo grande y ordenado ".
Queda por estudiar por qué la selección natural actúa de esta manera, pero lo que la investigación mostró es que, en general, el proceso da como resultado lo que los autores llaman "estancamiento evolutivo", mientras que la evolución está ocupada solucionando un problema,a expensas de todos los demás problemas que deben solucionarse. Concluyen que al menos en poblaciones en rápida evolución, como las bacterias, la adaptación en algunos módulos se estancaría a pesar de la disponibilidad de mutaciones beneficiosas. Esto da como resultado una situación en la que los organismos nunca pueden alcanzar un nivel totalmente optimizadoestado.
"El sistema tiene que ser capaz de ser menos que óptimo para que la evolución tenga algo sobre lo que actuar frente a la perturbación; en otras palabras, debe haber margen de mejora", dijo Kaçar.
Kaçar cree que esta característica de la evolución puede ser una firma de cualquier sistema autoorganizado, y sospecha que este principio tiene contrapartes en todos los niveles de la jerarquía biológica, que se remonta a los comienzos de la vida, posiblemente incluso a tiempos prebióticos cuando la vida aún no se había desarrollado.materializado.
Con el financiamiento continuo de la Fundación John Templeton y la NASA, el grupo de investigación ahora está trabajando en el uso de la secuenciación ancestral para retroceder aún más en el tiempo, dijo Kaçar.
"Queremos reducir las cosas aún más y crear sistemas que comiencen como lo que consideraríamos antes de la vida y luego hagan la transición a lo que consideramos vida".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Original escrito por Daniel Stolte. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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