El primer inventario completo de los cambios epigenéticos durante varias generaciones muestra que estos a menudo no se conservan en el tiempo, por lo que probablemente tiene efectos limitados sobre la evolución a largo plazo. Esto de acuerdo a un artículo publicado en la revista Nature por científicos de Alemania utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana.

Cuando Charles Darwin publicó su libro sobre la evolución, la teoría de Lamarck de la transformación fue desacreditada por muchos científicos. Sin embargo, en la última década hemos aprendido que el medio ambiente puede, después de todo dejar huellas en los genomas de los animales y las plantas, en forma de las llamadas modificaciones epigenéticas. Los científicos del Instituto Max Planck de Biología del Desarrollo en Alemania han producido el primer inventario completo de los cambios epigenéticos espontáneos que ocurren en un genoma.

Utilizando Arabidopsis thaliana, el modelo por excelencia de la genética moderna en plantas, los investigadores determinaron qué frecuencia y en qué parte del genoma ocurren estas modificaciones epigenéticas y además la frecuencia con que desaparecen estas. Interesantemente ellos encontraron que los cambios epigenéticos son de varios órdenes de magnitud más frecuentes que las mutaciones del ADN convencional, pero también a menudo de corta duración. Por lo tanto, probablemente mucho menos importante para la evolución a largo plazo de lo que se pensaba.

El equipo se centró en una de las marcas epigenéticas más importante, la metilación del ADN que se adjunta a la mayoría de las citosinas del ADN. La información genética en sí misma se mantiene intacta luego de estas modificaciones.

Para determinar la tasa y la distribución de los cambios de la metilación en el genoma, los biólogos alemanes utilizaron diez líneas de Arabidopsis. Estas líneas provenían de la misma población, pero se había propagado de forma independiente durante 30 generaciones de autofecundación. En el genoma de la última generación los científicos registraron luego las diferencias en el patrón de metilación en comparación con su antepasado común. Por lo tanto elaboraron para cada individuo un mapa completo de las citosinas metiladas en el genoma, el llamado metiloma.

Para cada línea de planta fueron capaces de mirar a unos 14 millones de citocinas metiladas. En promedio, cada planta tenía casi 3 millones de citosinas metiladas. La gran mayoría de estas eran las mismas en todas las líneas, pero un 6 por ciento había cambiado desde que las líneas se habían separado. En estas posiciones, por lo menos uno de los individuos era diferente, ya sea con la ganancia de la metilación o la perdida en relación con el antepasado. En cada una de las líneas había alrededor de 30.000 epimutaciones, es decir 1.000 veces más que las mutaciones del ADN.

Con 30.000 epimutations después de 30 generaciones, los genetistas se espera que 1.000 epimutaciones ocurrieran en cada generación. Cuando se compararon directamente los padres y sus descendientes inmediatos, se sorprendieron al encontrar que la tasa de epimutaciones fue de tres a cuatro veces mayor. Por lo que los científicos concluyeron que muchas epimutaciones no son aparentemente estables y vuelven a su estado original después de un par de generaciones.

Estos experimentos muestran que los cambios de metilación son a menudo reversibles. En otras palabras, las epimutaciones nuevas a menudo no se mantienen en el largo plazo. Sólo cuando la selección gana a lo largo de la reversión puede que estas epimutaciones afecten en la evolución. Por lo tanto una nueva epimutación para mantenerse en el tiempo debe tener una ventaja evolutiva tan fuerte que puede llegar a establecerse antes de perderse de nuevo. Debido a que las mutaciones inversas no ocurren necesariamente en la siguiente generación, sigue siendo posible que las diferencias epigenéticas contribuyen a la herencia de los caracteres entre padres e hijos o abuelos y sus nietos.

Otra diferencia con las mutaciones comunes es que epimutaciones no ocurren al azar, sino por le contrario ocurren a menudo en los mismos lugares en el genoma. Mientras que los genes podrían a menudo estar afectados de manera desproporcionada, la metilación de los elementos móviles del ADN era muy estable.

La importancia de la epigenética para la salud humana es el hecho de que algunos cambios epigenéticos pueden ser desencadenados por factores externos. Hay evidencia de que la nutrición o el vínculo entre los niños y sus padres pueden dejar huellas en el genoma que se pueden pasar a la siguiente generación. La poca estabilidad de la metilación del ADN implica, sin embargo, que tales diferencias no necesariamente duran para siempre, que probablemente no es una mala idea porque el hambre no puede durar para siempre. También significa que probablemente la alteración de la metilación del ADN con frecuencia no puede ser objeto de la selección natural.

Los resultados de los científicos del Instituto Max Planck demuestran que las diferencias epigenéticas también pueden surgir de forma espontánea, sin cambios drásticos en el medio ambiente. Después de todo, las condiciones de crecimiento en el invernadero, donde cada una de las 10 líneas se propagó, eran constantes.

¿Serán estos cambios solo un fenómeno asociado a las plantas? ¿Serán propios de las metilaciones y no de otros cambios epigenéticos?

Referencia

Claude Becker, Jörg Hagmann, Jonas Müller, Daniel Koenig, Oliver Stegle, Karsten Borgwardt, Detlef Weigel. Spontaneous epigenetic variation in the Arabidopsis thaliana methylome. Nature, 2011; DOI:10.1038/nature10555

El hallazgo, publicado el 19 de mayo 2011, en ​​la revista Science, indica que desconoce los procesos celulares están actuando en el ARN para generar una secuencia que no es una réplica exacta del ADN de la que se copia. Los autores que dirigieron el estudio, dicen que el ADN-ARN tienen diferencias, y que se encontraron en los 27 individuos que se le analizaron las secuencias genéticas en este estudio. Esto constituye una fuente previamente desconocida de diversidad genética que se deben tener en cuenta en futuros estudios.

Según el dogma de la biología los genes han sido considerados los mapas genéticos de todas las proteínas en una célula. Para producir una proteína, la secuencia de un gen de ADN se copia o transcribe en el ARN. Esa copia de ARN especifica que los aminoácidos se encadenan juntos para construir la proteína correspondiente. La idea de que el ARN y las secuencias de proteínas son casi idénticas a las secuencias de ADN correspondientes, eso casi nunca ha sido cuestionado en el pasado.

Con los avances recientes en las tecnología de secuenciación, sin embargo, se ha hecho posible llevar a cabo este tipo de análisis necesarios para poner a prueba esta suposición. En este estudio los autores compararon las secuencias de ADN y ARN en los glóbulos blancos de 27 individuos. A las secuencias del ADN genómico de estos individuos, previamente analizadas, fueron analizadas las secuencias del ARN de las células B de los mismos individuos.

Dentro de los segmentos de las secuencias que codifican para las proteínas, se encuentraron 10.210 sitios en donde las secuencias de ARN no coincidía con la del ADN correspondiente. Ellos llamaron a estos lugares DDR (diferencias de ARN-ADN). Encontraron al menos un sitio RDD en un 40 por ciento de los genes, y muchas de estas DDR causan que la célula produzca diferentes secuencias de proteínas que lo que esperábamos basado en la secuencia de ADN.

Esto apunta a que al menos en humanos, y en los glóbulos, las secuencias de miles de proteínas puede ser diferente de su ADN correspondiente. Será muy importante saber a futuro si estos cambios son propios de estos 27 individuos, o si es un proceso que ocurre en otras células de cualquier individuo o incluso de diferentes especies.

Para probar si el fenómeno era específico a las células B, el equipo también buscó estos DDR en las secuencias de ADN y ARN de la piel humana y las células del cerebro. Encontraron que la mayoría de los sitios RDD se produjo en al menos algunas muestras de los tres tipos de células y estuvieron presentes en las células tanto de niños como de adultos, lo que indica que estas diferencias de ARN-ADN no se deben al envejecimiento o son específicas a determinados estadios del desarrollo.

Las discrepancias en particular de ARN-ADN que se encuentran parecen sistemáticas. Hay cuatro bases, o letras, que forman el código del ADN: A, T, G y C y sus equivalentes  en el ARN son A, U, G y C. En los individuos que habían diferencias de ARN-ADN en un lugar específico en el genoma, las bases que no coinciden siempre son las mismas. En otras palabras, si el equipo encontró una C en la secuencia de ARN, donde se espera una A, todas las personas que tenían el cambio en ese punto también tenían la misma letra C en su secuencia de ARN, nunca una G o una U. Esta uniformidad hace pensar que hay un “código” o “guía” que interviene en los DDR y que no son eventos aleatorios.

Aunque todos los individuos analizados en el estudio tenían un gran número de DDR, hubo una gran variabilidad en los DDR específicos que se encuentran en el material genético de cada persona. Esta variabilidad probablemente contribuye a las diferencias en la susceptibilidad a la enfermedades.

Los científicos en general han buscado diferencias en las secuencias de ADN para explicar por qué algunas personas son más propensas a ciertas enfermedades, mientras que los estudios del ARN y las proteínas han considerado los niveles de expresión, pero no las secuencias. Sin embargo, los principales contribuyentes genéticos de muchas enfermedades siguen siendo desconocidas, y según este hallazgo será útil comenzar a incluir las secuencias de ARN como nuevos marcadores moleculares en los estudios de asociación genética de las enfermedades.

Este trabajo apunta a la importancia de poder hacer estos estudios proyectos de genómica a gran escala, que hasta ahora se han centrado en el ADN. Gracias a estas técnicas modernas se secuenciación ahora nos permitirán incluir al ARN como nuevos marcadores moleculares.

Esto quizás nos deja la enseñanza de que no solo miremos el ADN, pues en el ARN y las proteínas también se pueden generar estos cambios y alteraciones a los que se refería Darwin en su teoría de la evolución. Han sido los neo-darwinistas quienes han querido acotar estos cambios y alteraciones solo al DNA genómico y sus mutaciones al azar.

Referencia

Mingyao Li, Isabel X. Wang, Yun Li, Alan Bruzel, Allison L. Richards, Jonathan M. Toung, and Vivian G. Cheung.Widespread RNA and DNA Sequence Differences in the Human Transcriptome. Science, May 19, 2011 DOI:10.1126/science.1207018

El trabajo representa un nuevo enfoque al estudio de la evolución que eventualmente puede conducir a una mejor comprensión de la diversidad de las bacterias que causan las enfermedades humanas.

La sabiduría convencional dice que para cualquier lugar determinado la especie mejor y más fuerte en el tiempo dominará hasta excluir a todos los demás. Este es el principio de la supervivencia del más apto. Los ecologistas lo llaman a menudo la idea del «principio de exclusión competitiva” y predice que los entornos complejos son necesarios para apoyar a las complejas y diversas poblaciones.

Sin embargo los microbiólogos han puesto a prueba este principio mediante la construcción de ambientes muy simples en el laboratorio para ver qué pasa después de cientos de generaciones de evolución bacteriana (el equivalente a cerca de 3.000 años en términos de evolución humana).  Según la creencia darwiniana el genoma de la bacteria más apta debería prevalecer, sin embargo este no ha sido el resultado de estos experimentos “evolutivos”. Los experimentos generaron una gran cantidad de diversidad genética inesperada.

Esta biodiversidad en el tubo de ensayo ha sido objeto de controversia cuando se observó por primera vez y ha sido explicado con afirmaciones de que le falta tiempo para permitir que aparezca un claro “ganador”.

Sin embargo, la clave para el nuevo entendimiento es la comprensión de que la cantidad de energía que  los organismos pueden aprovechar de los alimentos depende de la cantidad de alimentos que tengan disponible. Es decir, si se le da abundante comida, las bacterias la usan ineficientemente. Cuando combinamos esto con la idea de que los organismos con diferentes estrategias de utilización de los alimentos también se ven afectados de diferentes maneras por las mutaciones genéticas, entonces descubrimos un nuevo principio evolutivo, uno en el que coexisten por tiempo indefinido tanto el apto como el no apto.

En resumen, los microorganismos aptos para el uso de los alimentos no son resilientes a las mutaciones, mientras que los consumidores menos eficiente son mantenidos por su resistencia a la mutaciones. De tal forma si hay una baja tasa de mutación,  la supervivencia del más apto prevalece, pero si no es así, mucha de la diversidad puede ser mantenida.

Este trabajo demostró que oponerse a las estrategias de utilización de los alimentos permite coexistir en entornos complejos, pero esta es la primera explicación de cómo las compensaciones, como la que relaciona la tasa de crecimiento y la eficiencia, puede conducir a una diversidad estable en el más simple posible de los ambientes.

Darwin se remece en la tumba.

Referencia

Robert E. Beardmore, Ivana Gudelj, David A. Lipson, Laurence D. Hurst. Metabolic trade-offs and the maintenance of the fittest and the flattest. Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature09905

La compañia Cofactor Genómica junto con Knome y Life Technologies construyeron las bibliotecas de ADN genómico y secuenciaron completamente el genoma de Ozzy Osbourne. Cofactor generó aproximadamente los 39 Gb de datos de la secuencia, con una cobertura 13x de cobertura mientras que Knome se encargó de la interpretación analítica.

Aunque en un principio se mostró exceptico con el proyecto finalmente aceptó y pasó a engrosar una corta lista de celebridades y científicos que hoy día conocen la secuencia completa de su genoma.

¿Qué encontraron en el genoma de Ozzy que pueda explicar parte de sus comportamientos y adicciones?

Algo no muy sorprendente a la luz de los últimos descubrimientos es un pequeño segmento del cromosoma 10 que Ozzy que tiene un linaje con el hombre de Neandertal. Durante mucho tiempo se creia que los Neandertales no tuvieron descendientes hoy en día, pero resulta que los asiáticos y los europeos tienen alguna evidencia de linaje con los Neandertal que Ozzy comparte. “Ozzy, por supuesto, le dio mucha risa escichar esto. Pero no es muy sorprendente pues por el ejemplo el genoma del fundador de Knome, George Chrich, tiene alrededor de tres veces más de estas secuencias que Ozzy.

Otras cosas curiosas que reveló su genoma fueron:

• Ozzy es seis veces más propenso que una persona promedio a ser adicto al alcohol y 1.3 veces más probabilidades de ser adicto a la cocaína.
• Tiene una mutación en uno de los genes para procesar el alcohol, el gen ADH4, lo que le permite metabolizar el alcohol más eficiente que una persona promedio. Ozzy admite que él solía tomar uno o dos botellas de coñac al día.
• Es 2,6 veces más propensas a tener alucinaciones cuando fuma cannabis.
• Tiene una menor probabilidad de que tenga una dependencia a la heroína y al tabaco. Ozzy dijo que nunca le gustó la heroína, ya que siempre le hacía vomitar y que era más fácil para él dejar de fumar cigarrillos que otras drogas.
• Es más propensos a tener alergias, incluyendo a los ácaros del polvo.

El príncipe de las tinieblas es así la primera estrella de rock que tiene su genoma completamente secuenciado. Cuando le preguntaron sobre que otra estrella debería tener su genoma secuenciado no baciló en mencionar a su coterraneo Keith Richards de los Rolling Stones.

Referencia

Cofactor Genomics and Knome Deliver Sequence Data and Interpretation for Ozzy Osbourne Genome. http://www.cofactorgenomics.com/cofactor-genomics-and-knome-deliver-sequence-data-and-interpretation-for-ozzy-osbourne-genome/

El equipo encontró que los pacientes con una variante particular del ADN en el cromosoma 8 entre los genes – PGCP y MTDH/AEG-1 – tienen un riesgo significativamente mayor para el desarrollo de la migraña. El equipo también descubrió una posible explicación para este fenómeno. Parece que la variante del ADN regula los niveles de glutamato – un producto químico, conocido como un neurotransmisor que transporta los mensajes entre las células nerviosas en el cerebro. Los resultados sugieren que una acumulación de glutamato en las uniones de las células nerviosas (sinapsis) en el cerebro pueden desempeñar un papel clave en el inicio de los ataques de migraña. La prevención de la acumulación de glutamato en la sinapsis puede proporcionar un blanco interesante para nuevos tratamientos que alivien la carga de la enfermedad.

La migraña afecta a aproximadamente uno de cada seis mujeres y uno de cada doce hombres, y se ha estimado que el trastorno cerebral más caro a la sociedad en la UE y los EE.UU

Aunque los investigadores en el pasado han descrito mutaciones genéticas que dan lugar a formas raras y extremas de la migraña, esta es la primera vez que un equipo ha identificado una variante genética que da lugar a la forma común de la condición.

“Esta es la primera vez que hemos sido capaces de asomarse en los genomas de muchos miles de personas y encontrar las claves genéticas para comprender la migraña común”, dijeron los autores.

“Los estudios de este tipo sólo son posibles mediante la colaboración internacional a gran escala – que reúne la riqueza de datos con la experiencia y los recursos adecuados – para que pudiéramos elegir esta variante genética. Este descubrimiento abre nuevas puertas para comprender las enfermedades humanas comunes”.

Los investigadores llevaron a cabo lo que se conoce como un estudio de asociación del genoma completo (GWAS) para acercar las variantes del genoma que podrían aumentar la susceptibilidad a la migraña. El equipo comparó los genomas de más de 3000 personas con migraña procedentes de Finlandia, Alemania y los Países Bajos con los genomas de más de 10.000 personas no migrañosos. Esto para detectar las diferencias que pudieran explicar la mayor susceptibilidad de un grupo a la migraña. Para confirmar su relación, el equipo comparó los genomas de un segundo grupo de más de 3000 pacientes con más de 40.000 personas aparentemente sanas.

El análisis estadístico reveló que una variación en el ADN encontrada en el cromosoma 8 MTDH/AEG-1 parece estar asociado con una mayor susceptibilidad a la migraña común. La variante parece alterar la actividad de MTDH/AEG-1 en las células, que regula la actividad del gen EAAT2: la proteína EAAT2 es responsable de eliminar el glutamato de las sinapsis en el cerebro. EAAT2 ya ha sido vinculado con otras enfermedades neurológicas, incluyendo la epilepsia, la esquizofrenia, el estado de ánimo y diferentes trastornos de ansiedad.

“Aunque sabíamos que el gen EAAT2 tiene un papel crucial en los procesos neurológicos en los humanos y potencialmente en el desarrollo de la migraña, hasta ahora, ningún vínculo genético ha sugerido que la acumulación de glutamato en el cerebro podrían desempeñar un papel en común en la migraña “, dijeron los autores”. Esta investigación abre la puerta a nuevos estudios para mirar en profundidad la biología de la enfermedad y cómo esta alteración en particular, pueden ejercer su efecto. ”

Una colaboración entre más de 40 centros de todo el mundo, dirigido por el Consorcio Internacional de Cefalea Genética (www.headachegenetics.org), produjo los resultados.

Referencia

Verneri Anttila, Hreinn Stefansson, Mikko Kallela, Unda Todt, Gisela M Terwindt, M Stella Calafato, Dale R Nyholt, Antigone S Dimas, Tobias Freilinger, Bertram Müller-Myhsok, Ville Artto, Michael Inouye, Kirsi Alakurtti, Mari A Kaunisto, Eija Hämäläinen, Boukje de Vries, Anine H Stam, Claudia M Weller, Axel Heinze, Katja Heinze-Kuhn, Ingrid Goebel, Guntram Borck, Hartmut Göbel, Stacy Steinberg, Christiane Wolf, Asgeir Björnsson, Gretar Gudmundsson, Malene Kirchmann, Anne Hauge, Thomas Werge, Jean Schoenen, Johan G Eriksson, Knut Hagen, Lars Stovner, H-Erich Wichmann, Thomas Meitinger, Michael Alexander, Susanne Moebus, Stefan Schreiber, Yurii S Aulchenko, Monique M B Breteler, Andre G Uitterlinden, Albert Hofman, Cornelia M van Duijn, Päivi Tikka-Kleemola, Salli Vepsäläinen, Susanne Lucae, Federica Tozzi, Pierandrea Muglia, Jeffrey Barrett, Jaakko Kaprio, Markus Färkkilä, Leena Peltonen, Kari Stefansson, John-Anker Zwart, Michel D Ferrari, Jes Olesen, Mark Daly, Maija Wessman, Arn M J M van den Maagdenberg, Martin Dichgans, Christian Kubisch, Emmanouil T Dermitzakis, Rune R Frants, Aarno Palotie. Genome-wide association study of migraine implicates a common susceptibility variant on 8q22.1. Nature Genetics, 2010; DOI: 10.1038/ng.652

Un equipo de la Universidad de Yale describió cómo una copia mutada de un gen llamado queratina 10 causa una enfermedad severa de la piel conocida como Ictiosis con confeti. Sin embargo, en medio de la piel enferma, estos pacientes también tienen cientos de miles de puntos donde la piel aparece de forma normal.

Este fenómeno los investigadores descubrieron que se produce por la recombinación de los cromosomas antes de la división celular. En vez de producir una copia normal del gen y uno dominante, la enfermedad que causa la mutación, el intercambio entre los cromosomas en las células da como resultado ya sea con dos copias mutantes o ninguna copia del mutante. Si esto último ocurre, las manchas de la piel aparecen normal y libre de la enfermedad. Los investigadores utilizaron estos eventos de recombinación en los lugares de la piel normal para asignar y, finalmente, identificar el gen de la enfermedad.

“Por lo general, se tiene una mutación causante de una enfermedad pero hemos demostrado que en esta enfermedad, hay una frecuencia inusualmente alta de la aparición de clones libres de la mutación de las células”. La razón que estas mutaciones particulares para volver a la normalidad con tanta frecuencia no está claro.

Los investigadores dicen que el conocimiento de que estas mutaciones en particular puedan revertir con alta frecuencia les da la esperanza que se encuentre una manera de imitar este proceso para desarrollar tratamientos para otras enfermedades genéticas.

“Tal vez no directamente corregir las mutaciones que causan las enfermedades pero podría ser capaz de recombinar a distancia, similar a lo que ocurre en esta enfermedad”.

Referencia

Keith A. Choate, Yin Lu, Jing Zhou, Murim Choi, Peter M. Elias, Anita Farhi, Carol Nelson-Williams, Debra Crumrine, Mary L. Williams, Amy J. Nopper, Alanna Bree, Leonard M. Milstone, and Richard P. Lifton. Mitotic Recombination in Patients with Ichthyosis Causes Reversion of Dominant Mutations in KRT10. Science, 2010; DOI: 10.1126/science.1192280

La comparación del genoma completo, realizada por los biólogos evolutivos de la Universidad de California en Berkeley, descubrió más de 30 genes con mutaciones en el ADN que se han vuelto más frecuentes en los tibetanos que en los chinos Han, casi la mitad de los cuales están relacionados con cómo el cuerpo usa el oxígeno. Una mutación en particular aparece en menos del 10 por ciento de los chinos Han y casi en el 90 por ciento de todos los tibetanos.

“Este es el más rápido cambio genético jamás observado en los seres humanos”, dijo Rasmus Nielsen, profesor UC de Berkeley, quien dirigió el análisis estadístico. “Para un cambio muy fuerte, mucha gente habría tenido que morir simplemente por el hecho de que tenían la versión incorrecta de un gen.”

La mutación generalizada en los tibetanos está cerca de un gen llamado EPAS1, el llamado “gen super atleta” identificado hace varios años y llamado por algunas variantes del gen que se asocia con el desempeño atlético mejorado, dijo Nielsen. El gen codifica para una proteína implicada en la detección de los niveles de oxígeno y tal vez en el equilibrio del metabolismo aeróbico y anaeróbico.

Los nuevos hallazgos podrían conducir a los científicos al desubrimiento de nuevos genes que tengan un papel en cómo el cuerpo se ocupa de la falta de oxígeno, y tal vez explique algunas enfermedades, como la esquizofrenia y la epilepsia, asociado a la privación de oxígeno en el útero, dijo.

“Se busca una rápida evolución en los genes porque debe haber algo importante acerca de ese gen obligándolo a cambiar tan rápido”, dijo. “El nuevo descubrimiento es realmente la primera vez que la información evolutiva solo nos ha ayudado a identificar una importante función de un gen en los seres humanos.”

La adaptación a niveles bajos de oxígeno ha permitido a muchos pueblos, de los andinos a los tibetanos, que viven a gran altura. Cuando las personas que viven a altitudes normales se mueven por encima de los 13.000 pies, donde los niveles de oxígeno son un 40 por ciento más bajos que en el nivel del mar, por lo general se cansan fácilmente, tienen dolores de cabeza, producen bebés con bajo peso al nacer y tienen una tasa de mortalidad infantil más alta. Los tibetanos no tienen ninguno de estos problemas, a pesar de la saturación de oxígeno más bajos en la sangre y reducción de los niveles de hemoglobina. La hemoglobina, que da a la sangre su color rojo, se une y transporta el oxígeno a los tejidos del cuerpo.

Nielsen utilizó los datos sobre el genoma producida por el Instituto de Genómica de Beijing (BGI) en Shenzhen, centro insignia del genoma de China, para desentrañar los cambios genéticos asociados con estos cambios fisiológicos.

“Estamos buscando las huellas de la selección pasado para encontrar algo funcional en nuestro genoma”, dijo Nielsen

Los investigadores del BGI obtuvieron el ADN de 50 tibetanos que viven en la Región Autónoma del Tíbet de China y 40 chinos Han de Beijing. Los tibetanos vivían en dos aldeas situadas a altitudes de 4.300 metros (14.100 pies) y 4.600 metros (15.100 pies). Todos informaron de al menos tres generaciones de antepasados habían vivido en el mismo sitio. Después de obtener el consentimiento informado, los investigadores chinos tomaron muestras de sangre de los participantes y midieron la saturación del oxígeno, la concentración de los glóbulos rojos y el contenido de hemoglobina en su sangre.

De vuelta en el laboratorio, el equipo del BGI secuenciaron sólo los genes activos, o exones, de cada individuo. Esto implicó cortar el ADN en muchas piezas cortas, cada una secuenciadas alrededor de 18 veces con las máquinas de secuenciación del estado de la técnica Illumina, y luego fueron superpuestas para montar el genoma completo de cada persona.

Luego localizaron todas las mutaciones puntuales, llamadas polimorfismos de nucleótido único (SNP), en los años 90 y luego compararon los genomas tibetanos y Han separados a un grupo control de 100 europeos.

El análisis reveló que el ancestro común de los tibetanos y los chinos se dividieron en dos poblaciones cerca de 2.750 años, con todo el grupo que se trasladó a la meseta tibetana. Este grupo finalmente se redujo, mientras que la población Han aumentó de forma espectacular. Hoy en día, los chinos Han son el grupo étnico dominante en China continental.

“No podemos distinguir mestizaje y la sustitución”, dijo Nielsen. “Los chinos Han y los tibetanos son tan diferentes el uno del otro como si los hubieran reemplazado por completo a los tibetanos alrededor de 3.000 años atrás.”

Los genomas de los tibetanos y los chinos Han son esencialmente idénticas en cuanto a la frecuencia de polimorfismos en los aproximadamente 20.000 genes, aunque unos 30 genes se destacó por grandes diferencias entre los tibetanos y los Hans.

“Hicimos una lista de los genes que cambiar más”, dijo Nielsen, “y lo que era fascinante era que, bingo, en la parte superior de la lista de los genes que más cambiaron estan relacionados con la respuesta al oxígeno. ”

El SNP, con el cambio más dramático en la frecuencia, del 9 por ciento en chinos Han a 87 por ciento en los tibetanos, se asoció con menor número de glóbulos rojos y los menores niveles de hemoglobina en los tibetanos. Esa variación se produjo cerca de un gen llamado EPAS1, que estudios anteriores sugiereron que está involucrado en la regulación de la hemoglobina en la sangre como respuesta a los niveles de oxígeno. La mutación puede estar en un factor de transcripción que regula la actividad de EPAS1.

Otras variantes muy seleccionados estaban cerca de los genes de las versiones fetales y adultos de los genes de globina, que producen las proteínas estructurales de la hemoglobina.

Dos otros genes que muestran un cambio dramático en la frecuencia se han relacionado con la anemia, mientras que varios otros genes han sido relacionados con enfermedades, como la esquizofrenia y la epilepsia, posiblemente causado por los niveles bajos de oxígeno en el útero.

Referencia

Xin Yi, Yu Liang, Emilia Huerta-Sanchez, Xin Jin, Zha Xi Ping Cuo, John E. Pool, Xun Xu, Hui Jiang, Nicolas Vinckenbosch, Thorfinn Sand Korneliussen, Hancheng Zheng, Tao Liu, Weiming He, Kui Li, Ruibang Luo, Xifang Nie, Honglong Wu, Meiru Zhao, Hongzhi Cao, Jing Zou, Ying Shan, Shuzheng Li, Qi Yang, Asan, Peixiang Ni, Geng Tian, Junming Xu, Xiao Liu, Tao Jiang, Renhua Wu, Guangyu Zhou, Meifang Tang, Junjie Qin, Tong Wang, Shuijian Feng, Guohong Li, Huasang, Jiangbai Luosang, Wei Wang, Fang Chen, Yading Wang, Xiaoguang Zheng, Zhuo Li, Zhuoma Bianba, Ge Yang, Xinping Wang, Shuhui Tang, Guoyi Gao, Yong Chen, Zhen Luo, Lamu Gusang, Zheng Cao, Qinghui Zhang, Weihan Ouyang, Xiaoli Ren, Huiqing Liang, Huisong Zheng, Yebo Huang, Jingxiang Li, Lars Bolund, Karsten Kristiansen, Yingrui Li, Yong Zhang, Xiuqing Zhang, Ruiqiang Li, Songgang Li, Huanming Yang, Rasmus Nielsen, Jun Wang, and Jian Wang. Sequencing of 50 Human Exomes Reveals Adaptation to High Altitude. Science, 2 July 2010: Vol. 329. no. 5987, pp. 75 – 78 DOI: 10.1126/science.1190371

En un estudio publicado 13 de mayo en la revista Science Express, los investigadores informan que hace miles de años los habitantes de las tierras altas del Tíbet comenzaron a adaptar genéticamente para evitar la policitemia (un proceso en la que el cuerpo produce demasiados glóbulos rojos sanguíneos en respuesta a la falta de oxígeno), así como otras anomalías de la salud como la inflamación de los pulmones y el cerebro (edema) y la hipertensión de los vasos pulmonares que conducen eventualmente a una insuficiencia respiratoria. Incluso en altitudes de 14.000 pies sobre el nivel el mar o superior, donde la atmósfera contiene mucho menos oxígeno que a nivel del mar, la mayoría de los tibetanos no sobreproducen las células rojas de la sangre y no desarrollan complicaciones pulmonares o cerebrales. Se encontraron evidencias de que esto podría estar relacionado con al menos 10 genes, dos de los cuales son los genes específicos asociados fuertemente con la hemoglobina, la molécula que transporta el oxígeno en la sangre.

Las adaptaciones a vivir en grandes altitudes se han producido en los seres humanos endiversos puntos del planeta, como con las poblaciones indígenas a la Cordillera de los Andes en América del Sur y en los nativos de las regiones montañosas de Etiopía en África. Sin embargo, los tibetanos han evolucionado los genes que otras personas que viven en elevaciones similares no han desarrollado, y por primera vez, tenemos los genes que ayudan a explicar que esta adaptación”, dijeron los autores.

El estudio se llevó a cabo después de realizar los análisis genéticos relacionados con la policitemia. “Lo que es único acerca de los tibetanos es que no desarrollan altos títulos de los glóbulos rojos”, dijeron los autores. Este a su vez  el mayor en el estudio de investigación que se haya hecho en el Tíbet. Algo no trivial teniendo en cuentas las condiciones políticas y geográficas de la región.

“Si podemos entender esto, podemos desarrollar terapias para las enfermedades humanas asociadas.”

Los investigadores tomaron las muestras de sangre de 75 personas que viven en un pueblo a 14.720 pies sobre el nivel del mar . Después de la eliminación de algunas muestras, por causas de parentesco y de otros factores, se redujo la selección de la muestra de sangre a 31 – lo suficientemente grande para la validez estadística del estudio. A estas muestras se le analizaron 1 millón de mutaciones genéticas o polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs) en su secuencia.

Al final resultó una lista de 247 genes candidatos relacionados con el procesamiento del oxígeno u otros rasgos fisiológicos potencialmente asociados con la capacidad de los tibetanos en el desarrollo en las alturas. Luego realizaron un análisis comparativo con las variantes de ADN en muestras de sangre de  personas vecinas pero de regiones más bajas en elevaciones. Esto ayudó a identificar los genes en los tibetanos que no fueron encontrados en las poblaciones cercanas. De este análisis los investigadores redujeron el número de genes candidatos hasta 10, incluido dos con una muy estrecha relación con la hemoglobina.

Aunque aún queda mucho trabajo, y podría haber otras razones fisiológicas que definan la capacidad de los tibetanos para prosperar en la altura, los investigadores creen que esos 10 genes podría haber permitido a los tibetanos evolucionar sus metabolismos más eficientemente y no sobreproducir los glóbulos rojos en respuesta a la dsminución del oxígneno en el aire. Los tibetanos también presentan mayores niveles de óxido nítrico, una molécula que puede ayudar a los tejidos a obtener más oxígeno y prevenir la policitemia.

Sería interesante hacer estos estudios genéticos en la La Paz, donde seguramente encontrarán esas y otras mutaciones.

Referencia

Genetic Evidence for High-Altitude Adaptation in Tibet Tatum S. Simonson, Yingzhong Yang, Chad D. Huff, Haixia Yun, Ga Qin, David J. Witherspoon, Zhenzhong Bai, Felipe R. Lorenzo, Jinchuan Xing, Lynn B. Jorde, Josef T. Prchal, and RiLi Ge. Genetic Evidence for High-Altitude Adaptation in Tibet. Science, 13 May 2010 DOI: 10.1126/science.1189406

Hace más de un año la búsqueda de la mascota por parte de la familia del presidente Obama generó un gran interés del público estadounidense, incluso el presidente bromeó que habia sido uno de los anuncios más difíciles que él de muchos de sus colaboradores. ¿La razón? La hija mayor de los Obama, Malia, padece de alergia a los perros. Afortunadamente la morfología canina es tan amplia que encontraron en los perros de aguas portugueses su solución ya que apenas sueltan pelo, lo que les convierte en una raza muy popular entre las personas alérgicas.

Para contestar la pregunta de por qué es tan diversa la morfología canina investigadores publicaron un ensayo en la la revista PLoS Biology discutiendo los avances en la comprensión de los mecanismos que controlan la morfología canina.

Existen más de 300 razas de perros en el mundo, incluidos las 170 reconocidas por la American Kennel Club. Todos son miembros de la especie Canis familiaris.

Los autores revisaron las características únicas del genoma canino que lo hacen particularmente bueno para los estudios genéticos. Estos estudios demuestran que las razas se pueden dividir en cinco grandes grupos según la antigüedad de sus antepasados.

Este ensayo pone de relieve las características únicas de la población canina que ofrecen ventajas para los estudios genéticos, así como los recientes avances en la genómica canina que muestran cómo los mecanismos genéticos de control de los rasgos que definen a un raza. Por ejemplo, la búsqueda de los genes para un rasgo destacado en más de una raza como las piernas cortas, se ha simplificado debido a la gran diversidad genética observada entre las razas. También es más fácil identificar genes que se correlaciones con las enfermedades en los perros.

Varias características del genoma del perro puede conducir a las grandes diferencias entre las razas domésticas, generando una mayor tasa de nuevas variantes no letales en el genoma del perro, las qye quedan “disponibles” para ser seleccionados por los criadores. En el artículo lograron correlacionar a muchos gen con un rasgo particular, como por ejemplo las piernas cortas características de las razas de perros salchichas, las diferencias de 30 veces el tamaño del esqueleto del perro, la textura y el color de la piel.

“El genoma del perro es un modelo extraordinario para el estudios genómicos debido a la gran combinación que se han generado por años en las prácticas de la cría selectiva. Esta singularidad de la especie caninca puede ser explicada por la capacidad de adaptación a sufrir cambios moleculares en su genoma”, dijo el co-autor Shearin Abigail, de la Universidad de Pennsylvania, estudiante de veterinaria.

Referencia

Shearin AL, Ostrander EA. Canine Morphology: Hunting for Genes and Tracking Mutations. PLoS Biology, 2010; 8(3): e1000310 DOI: 10.1371/journal.pbio.1000310

Un dicho popular dice una verdad interesante cuando recomienda “no poner todos los huevos en una sola canasta”. Esto habla de la propagación como manera de reducir los riesgos. También en la biología, estas estrategias son conocidos y se refieren como “apuesta por la cobertura”. En el proceso de evolución, la apuesta por la cobertura no es la forma habitual de adaptación al medio, en la que los portadores de las mutaciones ventajosas prevalecerán contra otras personas que no presentan estas mutaciones.

De hecho, la apuesta por la cobertura produce una generación  de descendencia que es genéticamente idéntica, pero que difiere en la capacidad de prosperar en el entorno actual: Algunos hijos se adaptarán perfectamente a la situación actual, mientras que otros se desarrollarán en condiciones totalmente diferentes.

En caso de ocurrir cambios rápidos y drásticos en el medio ambiente, la descendencia última presenta una ventaja y por lo tanto la especie sobrevive. Asumir este riesgo es de los mecanismos de propagación que utilizan, por ejemplo, los patógenos bacterianos al variar su superficie celular para escapar del sistema inmune humano. Otros ejemplos de la apuesta riesgosa se conocen desde el reino animal y vegetal.

Científicos del Instituto Max Planck para la Ecología Química en Alemania y del Instituto de Nueva Zelanda de Estudios Avanzados en Auckland, han estado trabajando en este tema en las bacterias de la especie Pseudomonas fluorescens. Debido a su corto tiempo de generación (las células se dividen cada 52 minutos), estas bacterias son especialmente adecuados para estudiar la evolución en un tubo de ensayo. Por otra parte, el genoma relativamente pequeño de estos organismos facilita la detección de nuevas mutaciones.

¿Pueden las mutaciones ventajosas en determinadas circustancias y desventajosas en otras?

En sus experimentos los investigadores expusieron a las cepas de Pseudomonas alternativamente a cultivos estáticos y agitados. Debido a las mutaciones beneficiosas en el genoma, las nuevas variantes surgidas en los dos ambientes tendrán ventajas en sus ambientes respectivos. Una vez surgida, cada nueva variante tuvo que competir con todos los demás representante sin mutaciones de la cepa ancestral.

Los investigadores encontraron que las mutaciones que eran ventajosas en los medios con agitación eran desfavorables en los entornos estáticos. Como consecuencia, las nuevas mutaciones y por lo tanto, las nuevas variantes evolucionaron para compensar esta desventaja. Es decir, tan pronto como las bacterias se adaptaron a su entorno se vieron obligados a readaptarse al segundo entorno.

La apuesta de cobertura: un genotipo=varias versiones

Los constantes cambios entre los medios de crecimiento (agitado y estático) resultó en el desarrollo de descendientes con la misma constitución genética (genotipos), que siempre produjeron dos variantes diferentes. El análisis genómico demostró que las dos variantes eran absolutamente idénticos a nivel genético. Por otra parte, el genotipo de la apuesta por cobertura difería en nueve mutaciones de la cepa ancestral, con las que el experimento había sido iniciado.

“Nuestros experimentos proporcionan evidencia de que el riesgo de propagación es una estrategia muy exitosa para adaptarse rápidamente a los cambios del entorno. Si el mismo genotipo genera varias versiones al mismo tiempo, puede sobrevivir a grandes cambios ambientales”, dice Christian Kost. Y Paul Rainey, investigador principal del estudio en la Universidad de Massey Auckland. “La rápida y repetible evolución de la riesgosa apuesta por cobertura durante nuestro experimento sugiere que puede haber sido una de las primeras soluciones de la evolución a la vida en los ambientes en constante cambio”.

Referencia

Beaumont et al. Experimental evolution of bet hedging. Nature, November 5, 2009; 462 (7269): 90 DOI: 10.1038/nature08504