MADRID, 21 Sep. (EUROPA PRESS) -
Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha demostrado que existe una tendencia en el signo de la epistasia (interacción entre diferentes genes), y que ésta es diferente en función del tamaño del genoma. Así, en genomas complejos, el efecto combinado de varias mutaciones ofrece un refuerzo de cada una de ellas.
El hallazgo, cuyas conclusiones se publican esta semana en la edición digital de la revista 'Proceedings' de la Academia Nacional de Ciencias estadounidense (PNAS), supone un avance en el campo de la biología evolutiva, así como en la biología de sistemas, que estudia la organización de los genomas en redes de genes.
La epistasia puede ser bien antagonista, es decir, que el efecto conjunto de dos o más mutaciones es menor de lo esperado; o bien, por el contrario, sinérgica, si los efectos de la mutación se potencian. El hallazgo del investigador del CSIC responsable del estudio, Rafael Sanjuán, ha consistido en llegar a una generalización sobre el signo de la epistasia en función del tamaño del genoma. Sanjuán ha encabezado el trabajo en colaboración con Santiago Francisco Elena, ambos del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (centro mixto del CSIC y de la Universidad Politécnica de Valencia).
Sanjuán explicó que "los genomas más pequeños y simples, como es el caso de los virus, son especialmente proclives a la epistasia antagonista; por el contrario, en genomas más complejos, como los de animales, plantas y hongos, existe una desviación hacia la epistasia sinérgica". Esta generalización sobre el signo de la epistasia supone un paso más en la comprensión del funcionamiento de los genomas, y puede ofrecer aplicaciones en medicina, agricultura o biotecnología.
De acuerdo con este investigador del CSIC, "a menudo, se utiliza el ejemplo del microscopio y el martillo para ilustrar en las aulas que los sistemas más complejos tienden a ser más delicados. Sin embargo, esta visión debería ser replanteada a la luz de la teoría de la evolución, ya que es posible que el incremento en la complejidad genómica durante la evolución haya estado fuertemente ligado al incremento de la robustez frente a las mutaciones".
"La tendencia a la epistasia sinérgica en los genomas complejos hay que entenderla como una consecuencia de la robustez de estos genomas frente a las mutaciones, en contra de lo que hasta ahora se pensaba", añadió.
ANÁLISIS DE CAMBIOS MÚLTIPLES
El estudio se ha basado en la recopilación de 21 trabajos previos, de los cuales se han obtenido los datos necesarios para el análisis cuantitativo de cinco especies con distinta complejidad genómica: el virus de la estomatitis vesicular (virus de RNA, de importancia en ganadería), la bacteria 'Escherichia coli', la levadura del pan 'Saccharomyces cerevisiae', el hongo filamentoso 'Apergillus níger', y la mosca de la fruta 'Drosophila melanogaster'.
El planteamiento del estudio fue averiguar si una vez conocido el efecto de mutaciones individuales, sería posible predecir el efecto de éstas combinadas entre sí. Sanjuán lo ilustra con un ejemplo: "Se conoce el efecto de una mutación en un gen, llamado A, y se da la misma circunstancia en otro, llamado B. ¿Qué pasa si se combinan las mutaciones en A y B?".
"Si los genes A y B tienen funciones independientes, la eficacia biológica del doble mutante será el producto de las eficacias de los mutantes individuales. Sin embargo, es bien sabido que los genes no actúan de manera independiente, sino que forman redes finamente reguladas para llevar a cabo una determinada función biológica, en cuyo caso la eficacia resultante se desvía de la predicción inicial", responde el experto.
El análisis cuantitativo realizado con las distintas especies confirmó esta tendencia. Así, con el virus de RNA, caracterizado por la simplicidad de su genoma, el efecto de la suma de las mutaciones resultó ser menor de lo esperado. En cambio, con la mosca de la fruta, 'Drosophila melanogaster', cuyo genoma es el más complejo entre las especies estudiadas, los efectos aumentaron más allá del valor esperado.
Aunque en el trabajo se proponen posibles mecanismos para explicar esta tendencia, Sanjuán reconoce que "aún es necesario elaborar modelos rigurosos que permitan entender por qué la epistasia depende de la complejidad genómica".
Rafael Sanjuán (Valencia, 1977) es investigador del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (centro mixto del CSIC y de la Universidad Politécnica de Valencia), en el departamento de Biología del Estrés. Doctor en Ciencias Biológicas por la Universidad de Valencia (2005), sus principales líneas de estudio se centran en la genética de poblaciones y la evolución experimental. En su reciente trayectoria investigadora ha publicado varios artículos sobre la evolución de los virus de RNA junto a los doctores Santiago Francisco Elena y Andrés Moya, además de colaborar en el extranjero sobre éste y otros temas con los doctores J.J. Bull (Universidad de Tejas) y E. C. Holmes (Universidad de Pensilvania).
