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Sistema inmunitario y selección sexual en la aparición del Homo

Publicado el 12 noviembre 2011 por Evolutionibus

Tengo siempre en la memoria la impresión que me quedó de los glúcidos cuando me los explicaron por primera vez en el instituto. En comparación con las proteínas eran poco menos que inservibles salvo “como combustible energético de la célula”. La situación en los libros de texto actuales parece no haber cambiado mucho aunque, a veces, se los menciona como responsables de los grupos sanguíneos.

Químicamente, los glúcidos (que también podemos llamar hidratos de carbono y azúcares, aunque son términos imprecisos, pues ni están formados sólo por hidrógeno y carbono ni tampoco son todos dulces) son un grupo de moléculas derivadas de polialcoholes aldehídicos o cetónicos. En su forma más simple están formados por cadenas hidrocarbonadas en las que cada carbono posee un grupo hidroxilo (-OH) y, al menos, un grupo aldehídico o cetónico (=O).

Una aldosa y una cetosa

Una aldosa y una cetosa

El más conocido por todos es la glucosa, que es uno de esos glúcidos simples (monosacáridos) que mencionábamos más arriba. Sin embargo, en la naturaleza, los monosacáridos no suelen aparecer como tales, sino como derivados. Actualmente, los carbohidratos abarcan los polihidroxialdehidos, polihidroxicetonas, sus derivados simples y sus productos de condensación a través de enlaces glicosídicos (es decir, la unión de varios simples: disacáridos y polisacáridos). También pueden encontrarse asociados a lípidos y proteínas.

Están muy distribuidos en la naturaleza, y sus funciones, además de las energéticas de toda la vida, son muy variadas y específicas. Se conocen cientos de ellos, y las funciones principales que desempeñan son la estructural (como la celulosa, formando parte de las paredes celulares de las plantas, o la quitina, en el caso de insectos, crustáceos y hongos), marcadores de reconocimiento celular (como la función en los grupos sanguíneos), intervienen en la adhesión bacteriana, y algunas otras.

El grupo más simple, el de los monosacáridos (representados en la imagen superior) pueden sufrir pequeños cambios en sus moléculas, transformándose en otras diferentes, de gran importancia, que se conocen genéricamente como derivados de los monosacáridos. Son los siguientes:

  1. Ácidos de azúcares. Cuando el aldehído (-CO) se oxida a un carboxilo (-COOH). También incluye varios tipos. Por no extendernos más, diremos que pueden ser ácidos aldónicos (como la vitamina C y el ácido glucónico, del cual se obtiene un ingrediente para los detergentes), ácidos ulusónicos (como el ácido neuramínico, muy presente en las mucosas), ácidos urónicos (como el ácido glucurónico, parte del medio intercelular de animales, y el galacturónico, constituyente de las pectinas) y ácidos aldáricos. Ácido galacturónico

    Ácido galacturónico

  2. Desoxiazúcares. En este grupo, un grupo hidroxilo (-OH) se reemplaza por un hidrógeno. El más importante es la desoxirribosa, monosacárido que forma parte central de la estructura del ADN. Vitamina C o 2-ceto-L-gulonolactona.

    Vitamina C o 2-ceto-L-gulonolactona.

  3. Ésteres de azúcares. Formados por la unión de algunos monosacáridos con metabolitos fundamentales. Es el caso del ATP. ATP

    ATP

  4. Aminoazúcares. Son los azúcares que poseen nitrógeno en sus moléculas. Algunos ejemplos son la glucosamina (formando parte de la quitina), la galactosamina (en cartílagos y tendones) y la N-metil-L-glucosamina (en la estreptomicina). Otros dos importantes aminoazúcares son el ácido N-acetilmurámico, principal constituyente de las paredes bacterianas, y el N-acetilneura­mínico, presente en las membranas animales. Los derivados del N-acetilneura­mínico (Neu5Ac), ya descubierto en los años 1940 y siguientes, se llaman ácidos siálicos, muy importantes en conferir propiedades lubricantes a las mucosas (por ejemplo, en la rotación del ojo o en la vagina durante el coito). Ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac)

    Ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac)

Y llegamos ya a nuestros protagonistas. El ácido siálico más común en mamíferos es otro, el N-glicolilneuramínico (Neu5Gc). Se encuentra, al igual que el equivalente humano, en la superficie de las células.

Ácido N-glicolilneuramínico (Neu5Gc)

Ácido N-glicolilneuramínico (Neu5Gc)

Resulta que el Neu5Ac es precursor del Neu5Gc mediante un proceso de hidroxilación (adición de un –OH en uno de sus carbonos, en en lugar que  marca la flecha roja). Resulta también que este proceso lo realiza una enzima hidrolasa codificada por el gen CMAH que ha perdido su funcionalidad. Concretamente, hace unos tres millones de años, tras la divergencia entre el género Homo y el chimpancé, como se descubrió en 1998. El gen permanece en humanos, pero la pérdida de funcionalidad se debe a una delección (desaparición) de 92 pares de bases. Al mismo tiempo, el género Homo fue desarrollando anticuerpos contra el ya ajeno Neu5Gc.

Así es como, al poner en contacto Neu5Gc con sus correspondientes anticuerpos se produce la aglutinación de ambos, como en cualquier otra reacción inmunitaria. Esto es lo que mostraron hace poco unos investigadores en PNAS. Utilizando ratones transgénicos productores del siálico humano (Neu5Ac) y que expresaban anticuerpos anti-Neu5Gc se dieron cuenta de que sus hembras presentaban una fertilidad reducida con machos productores de Neu5Gc, algo que también se pone de manifiesto con anti-Neu5Gc humanos y esperma de chimpancé.

Pensando en el momento en que se produjo este cambio genético, podemos imaginar a las hembras de Homo con anticuerpos anti-Neu5Gc seleccionando sexualmente sólo a los machos Neu5Ac. La situación pudo haberse originad por un efecto de deriva genética (alguna pequeña población que quedara aislada de otra población original más grande) o por un proceso selectivo que se vio empujado por la resistencia al parásito parásito de la malaria (como se apunta en este otro trabajo), que justamente se une al Neu5Ac (una situación que el parásito ya ha superado), y sería la selección sexual la que llegaría a fijar el alelo en las poblaciones humanas.

Inicialmente, los patógenos sólo serían capaces de infectar células Neu5Gc, siendo incapaces de unirse a células Neu5Ac. De este modo, la selección natural favorecería la finación del alelo que impide la formación del Neu5Gc. Con el tiempo, algunos patógenos logra superar esta situación, y se verán capaces de unirse al Neu5Ac. De este modo, se favorece la presencia en la población de ambos alelos. Esta situción puede verse en el apartado A de la figura inferior.

La aparición de una inmunidad posterior contra Neu5Gc provoca que los espermatozoides que presenten este ácido siálico sean eliminados, favoreciéndose la fijación exclusiva del alelo defectuoso, situación visible en el apartado B de la misma imagen.

Relación entre selección natural y selección sexual en los ácidos siálicos. Ghaderi D et al. PNAS 2011;108:17743-17748

Relación entre selección natural y selección sexual en los ácidos siálicos. Ghaderi D et al. PNAS 2011;108:17743-17748.

En palabras de los autores de este paper:

“Mostramos evidencia de una relación entra la selección sexual y la función inmune: la antigenicidad en hembras puede seleccionar contra antígenos paternos extraños en el esperma y, rápidamente, fijar el alelo con su función anulada.”

En definitiva, una evidencia de que el sistema inmune estuvo implicado en la aparición del género Homo.

Y así acabamos un viaje desde la bioquímica estructural a los procesos evolutivos.

Más información:

  • Sexual selection by female immunity against paternal antigens can fix loss of function alleles.
  • A mutation in human CMP-sialic acid hydroxylase occurred after the Homo-Pan divergence.
  • Human-specific evolution of sialic acid targets: Explaining the malignant malaria mystery?

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Etiquetas: adaptación, alelos, Bioquímica, divulgación, Evolución, Evolution, genética, La Razón, libros, libros de texto, malaria, paper, parásitos, PLoS, PNAS, selección natural

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