La selección natural aumenta la eficacia biológica de los organismos autónomos más simples

Biólogos de EE UU han analizado cómo evolucionan algunas células sintéticas con tan solo 493 genes, el genoma mínimo más pequeño conocido de cualquier organismo de vida libre. Los resultados demuestran que la selección natural puede aumentar rápidamente la eficacia biológica de los organismos autónomos más simples.

"Escucha, si algo nos ha enseñado la historia de la evolución es que la vida no se contiene. La vida se libera. Se expande a nuevos territorios y choca contra las barreras de forma dolorosa, quizá incluso peligrosa, pero... la vida encuentra un camino", decía el doctor Ian Malcolm en Parque Jurásico, la película de 1993 sobre un parque con dinosaurios vivos.

No vas a encontrar ningún Velociraptor merodeando por el laboratorio del biólogo evolutivo Jay T. Lennon de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Indiana Bloomington (EE UU), pero este investigador y sus colegas han descubierto que la vida sí encuentra un camino.

Su equipo ha estado estudiando una célula artificial o mínima, construida sintéticamente, a la que se ha despojado de todos sus genes excepto los más esenciales.

Los resultados, publicados en la revista Nature, revelan que esta célula simplificada puede evolucionar con la misma rapidez que una normal, lo que demuestra la capacidad de adaptación de los organismos, incluso con un genoma antinatural que aparentemente ofrece poca flexibilidad.

"Parece que hay algo en la vida que es realmente robusto", comenta Lennon, "podemos simplificarla hasta reducirla a lo esencial, pero eso no impide que la evolución siga trabajando".

En concreto, el equipo de Lennon utilizó el organismo sintético Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B, una versión minimizada de la bacteria M. mycoides que suele encontrarse en los intestinos de cabras y animales similares. A lo largo de milenios, esta bacteria parásita ha perdido de forma natural muchos de sus genes a medida que evolucionaba para depender de su hospedador para alimentarse, pero en 2016 los investigadores del Instituto J. Craig Venter de California dieron un paso más.

Genoma mínimo con 493 genes

En aquel momento, eliminaron el 45 % de los 901 genes del genoma natural de esta bacteria, reduciéndolo al conjunto más pequeño de genes necesarios para la vida celular autónoma. Con 493 genes, el genoma mínimo de M. mycoides JCVI-syn3B es el más pequeño de cualquier organismo de vida libre conocido, y es el que ha usado ahora el equipo de Lennon. Por comparar, muchos genomas de animales y plantas contienen más de 20.000 genes.

En principio, el organismo más simple no tendría redundancias funcionales y solo poseería el número mínimo de genes esenciales para la vida. Cualquier mutación así podría alterar letalmente una o varias funciones celulares, lo que limitaría la evolución. Los organismos con genomas simplificados tienen menos objetivos sobre los que puede actuar la selección, lo que limita las oportunidades de adaptación.

Aunque M. mycoides JCVI-syn3B podía crecer y dividirse en condiciones de laboratorio, Lennon y sus colegas querían saber cómo respondería una célula mínima a las fuerzas de la evolución a lo largo del tiempo, sobre todo, teniendo en cuenta la limitada materia prima sobre la que podría actuar la selección natural, así como la aparición de nuevas mutaciones.

"Cada gen individual de su genoma es esencial", afirma Lennon en referencia a M. mycoides JCVI-syn3B, "y se podría plantear la hipótesis de que no hay lugar de maniobra para mutaciones, lo que podría limitar su potencial de evolución". Sin embargo, los investigadores comprobaron que esta bacteria sintética tiene, de hecho, una tasa de mutación excepcionalmente alta.

Como 40.000 años de evolución humana

Con esa información, los científicos la cultivaron en el laboratorio, donde se le permitió evolucionar libremente durante 300 días, lo que equivale a 2.000 generaciones bacterianas o a unos 40.000 años de evolución humana.

Después realizaron experimentos para determinar cómo se comportaban las células mínimas que habían evolucionado durante 300 días en comparación con el M. mycoides original no mínimo y con una cepa de células mínimas que no había evolucionado durante 300 días.

En las pruebas comparativas, los investigadores colocaron en un tubo de ensayo cantidades iguales de las cepas evaluadas. La mejor adaptada a su entorno se convirtió en la cepa más común.

Comprobaron que la versión no mínima de la bacteria superaba fácilmente a la versión mínima no evolucionada. Sin embargo, la bacteria mínima que había evolucionado durante 300 días lo hizo mucho mejor, recuperando toda la eficacia biológica que había perdido debido a la racionalización del genoma.

Genes para construir la pared celular

Los investigadores identificaron los genes que más cambiaron durante la evolución. Algunos de estos genes estaban implicados en la construcción de la superficie de la célula, mientras que las funciones de varios otros siguen siendo desconocidas.

Comprender cómo los organismos con genomas simplificados superan los retos evolutivos tiene importantes implicaciones para problemas biológicos, como el tratamiento de patógenos clínicos, la persistencia de endosimbiontes (viven dentro de otros), el perfeccionamiento de microorganismos artificiales y el origen de la vida misma.

La investigación realizada por Lennon y su equipo demuestra el poder de la selección natural para optimizar rápidamente la eficacia biológica en el organismo autónomo más simple, con implicaciones para la evolución de la complejidad celular. En otras palabras, demuestra que la vida encuentra un camino para seguir adelante.