MADRID, 26 Ago. (EUROPA PRESS) -
Los cambios cromosómicos evolutivos pueden tardar un millón de años en la naturaleza, pero los investigadores informan ahora de una novedosa técnica que permite la fusión programable de cromosomas y que ha logrado producir en el laboratorio ratones con cambios genéticos que se producen en una escala evolutiva de un millón de años.
El resultado, que publican en la revista 'Science', puede proporcionar una visión crítica de cómo los reordenamientos de los cromosomas -los paquetes ordenados de genes organizados, proporcionados en igual número por cada progenitor, que se alinean e intercambian o mezclan rasgos para producir descendencia- influyen en la evolución.
Los investigadores revelan que se puede lograr la ingeniería a nivel cromosómico en los mamíferos, y que han logrado derivar al ratón doméstico de laboratorio con un cariotipo novedoso y sostenible, proporcionando una visión crítica de cómo los reordenamientos cromosómicos pueden influir en la evolución.
"El ratón doméstico de laboratorio ha mantenido un cariotipo estándar de 40 cromosomas -o la imagen completa de los cromosomas de un organismo- después de más de 100 años de cría artificial --explica el coautor LI Zhikun, investigador del Instituto de Zoología de la Academia China de Ciencias (CAS) y del Laboratorio Estatal Clave de Células Madre y Biología Reproductiva--. Sin embargo, en escalas de tiempo más largas, los cambios en el cariotipo causados por reordenamientos cromosómicos son comunes. Los roedores tienen entre 3,2 y 3,5 reordenamientos por millón de años, mientras que los primates tienen 1,6".
Estos pequeños cambios pueden tener grandes repercusiones, según LI. En los primates, los 1,6 cambios son la diferencia entre los humanos y los gorilas. Los gorilas tienen dos cromosomas separados, mientras que en los humanos están fusionados, y una translocación entre los cromosomas ancestrales humanos produjo dos cromosomas diferentes en los gorilas. A nivel individual, las fusiones o translocaciones pueden dar lugar a cromosomas faltantes o sobrantes o incluso a enfermedades como la leucemia infantil.
Aunque la fiabilidad de los cromosomas es buena para entender cómo funcionan las cosas a corto plazo, la capacidad de diseñar cambios podría informar sobre la comprensión genética a lo largo de milenios, incluyendo cómo corregir cromosomas desalineados o malformados, apunta LI. Otros investigadores han logrado diseñar cromosomas en la levadura, pero los intentos de trasladar las técnicas a los mamíferos no se han cumplido.
Según el coautor WANG Libin, investigador del CAS y del Instituto de Células Madre y Medicina Regenerativa de Pekín, la dificultad estriba en que el proceso requiere derivar células madre de embriones de ratón no fecundados, lo que significa que las células sólo contienen un juego de cromosomas. En las células diploides, hay dos juegos de cromosomas que se alinean y negocian la genética del organismo resultante. Este proceso, denominado impronta genómica, consiste en marcar un gen dominante como activo y un gen recesivo como inactivo. El proceso puede ser manipulado científicamente, pero la información no ha cuajado en intentos anteriores en células de mamíferos.
"La impronta genómica se pierde con frecuencia, es decir, la información sobre qué genes deben estar activos, en las células madre embrionarias haploides, lo que limita su pluripotencia y la ingeniería genética --explica WANG--. Recientemente descubrimos que eliminando tres regiones impresas, podíamos establecer un patrón de impresión estable similar al de los espermatozoides en las células".
Sin las tres regiones de impronta natural, el patrón de impronta diseñado por los investigadores podría afianzarse, permitiéndoles fusionar cromosomas específicos. Lo probaron fusionando dos cromosomas de tamaño medio -el 4 y el 5- cabeza con cola y los dos cromosomas más grandes -el 1 y el 2- en dos orientaciones, lo que dio lugar a cariotipos con tres disposiciones diferentes.
"Las formaciones iniciales y la diferenciación de las células madre se vieron mínimamente afectadas; sin embargo, los cariotipos con los cromosomas 1 y 2 fusionados dieron lugar a una detención del desarrollo --continúa WANG--. El cromosoma fusionado más pequeño, compuesto por los cromosomas 4 y 5, se transmitió con éxito a la descendencia".
Los cariotipos con el cromosoma 2 fusionado a la parte superior del cromosoma 1 no dieron lugar a ninguna cría de ratón a término, mientras que la disposición opuesta produjo crías que se convirtieron en adultos más grandes, más ansiosos y físicamente más lentos, en comparación con los ratones con los cromosomas 4 y 5 fusionados. Sólo los ratones con los cromosomas 4 y 5 fusionados fueron capaces de producir crías con ratones de tipo salvaje, pero a una tasa mucho menor que la de los ratones de laboratorio estándar.
Los investigadores descubrieron que el debilitamiento de la fertilidad se debía a una anomalía en la forma en que los cromosomas se separaban tras la alineación, dijo Wang. Explicó que este hallazgo demostraba la importancia del reordenamiento cromosómico para establecer el aislamiento reproductivo, que es un signo evolutivo clave de la aparición de una nueva especie.
"Algunos ratones de ingeniería mostraban un comportamiento anormal y un sobrecrecimiento postnatal, mientras que otros presentaban una fecundidad reducida, lo que sugiere que, aunque el cambio de información genética era limitado, la fusión de los cromosomas de los animales podía tener efectos profundos --subraya LI--. Utilizando una plataforma de células madre embrionarias haploides fijadas por impronta y la edición de genes en un modelo de ratón de laboratorio, demostramos experimentalmente que el evento de reordenamiento cromosómico es la fuerza impulsora de la evolución de las especies e importante para el aislamiento reproductivo, proporcionando una ruta potencial para la ingeniería del ADN a gran escala en los mamíferos".
