El ojo es tan complejo que incluso Charles Darwin no pudo explicar cómo pudo haber surgido. Ahora, resulta que la evolución del ojo de los vertebrados recibió un impulso inesperado: de bacteria, que contribuyó con un gen clave involucrados en la respuesta de la retina a la luz. El trabajo, divulgado hoy en el procedimientos de la Academia Nacional de Cienciasdestaca la importancia evolutiva de los genes tomados de otras especies.
«Sus hallazgos demuestran cómo pueden evolucionar estructuras complejas como el ojo de los vertebrados, no solo modificando el material genético existente sino también adquiriendo e integrando genes extraños», dice Ling Zhu, biólogo de retina del Instituto Save Sight de la Universidad de Sydney que no participó. con el trabajo. «Es increíble.»
Se sabe que las bacterias intercambian fácilmente genes, empaquetados en virus o piezas móviles de ADN llamadas transposones, o incluso como ADN flotante. Pero los vertebrados también pueden incorporar genes microbianos. Cuando se secuenció el genoma humano por primera vez en 2001, los científicos pensaron que contenía alrededor de 200 genes derivados de bacterias, aunque los orígenes microbianos de muchos no se sostuvieron.
Con la esperanza de mejorar esos esfuerzos anteriores, Matthew Daugherty, bioquímico de la Universidad de California en San Diego, y sus colegas utilizaron un software informático sofisticado para rastrear la evolución de cientos de genes humanos mediante la búsqueda de secuencias similares en cientos de otras especies. Los genes que parecían haber aparecido primero en los vertebrados y no tenían predecesores en los animales anteriores eran buenos candidatos para haber saltado a través de las bacterias, especialmente si tenían contrapartes en los microbios modernos. Entre las docenas de genes potencialmente alienígenas, uno “me dejó boquiabierto”, recuerda Daugherty.
El gen, llamado IRBP (para la proteína de unión a retinoides interfotorreceptores), ya se sabía que era importante para ver. La proteína que codifica reside en el espacio entre la retina y el epitelio pigmentario de la retina, una fina capa de células que recubre la retina. En el ojo de los vertebrados, cuando la luz incide en un fotorreceptor sensible a la luz en la retina, los complejos de vitamina A se retuercen y desencadenan un pulso eléctrico que activa el nervio óptico. IRBP luego desplaza estas moléculas al epitelio para que se deshagan. Finalmente, transporta las moléculas restauradas de regreso al fotorreceptor. “IRBP”, explica Zhu, “es esencial para la visión de todos los vertebrados”.
Vertebrado IRBP se asemeja más a una clase de genes bacterianos llamados pepsidasas, cuyas proteínas reciclan otras proteínas. Desde IRBP se encuentra en todos los vertebrados, pero generalmente no en sus parientes invertebrados más cercanos, Daugherty y sus colegas proponen que hace más de 500 millones de años, los microbios transfirieron un gen de pepsidasa a un ancestro de todos los vertebrados vivos. Una vez que el gen estuvo en su lugar, la función de reciclaje de la proteína se perdió y el gen se duplicó dos veces, lo que explica por qué IRBP tiene cuatro copias del ADN pepsidasa original. Incluso en sus antepasados microbianos, esta proteína puede haber tenido cierta capacidad para unirse a moléculas sensibles a la luz, sugiere Daugherty. Luego, otras mutaciones completaron su transformación en una molécula que podía escapar de las células y servir como lanzadera.
No todos están de acuerdo en que la evolución de IRBP fue crucial para la visión de los vertebrados. “No creo que tuviera que suceder” para que los vertebrados vieran bien, dice Sönke Johnsen, biólogo de la Universidad de Duke. Los ojos de los invertebrados se las arreglan sin IRBP, señala. En lugar de ir y venir, el complejo de vitamina A permanece en la retina, donde una longitud de onda de luz dobla la molécula sensible a la luz, mientras que otra la desdobla. Algunos investigadores han especulado que ese mecanismo dificulta la visión nocturna de los invertebrados. Sin embargo, «hay muchos ojos de invertebrados extremadamente buenos», dice Johnsen.
Daugherty está de acuerdo en que la dependencia de los vertebrados de IRBP podría ser simplemente un accidente histórico. “Estamos un poco atascados con eso”, dice Daugherty.
De cualquier manera, el trabajo respalda la idea de que la transferencia horizontal de genes puede ayudar a dotar a los organismos de nuevas funciones, dice Julie Dunning Hotopp, bióloga genómica del Instituto de Ciencias del Genoma de la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland. Una vez que estos genes se arraigan en una nueva especie, la evolución puede jugar con ellos para producir habilidades totalmente nuevas o mejorar las existentes. “Es el equivalente biológico del upcycling que ocurre en mi Buy Nothing Group”.
