Ir al contenido principal

Reconstruyendo el metabolismo más primitivo

Usando herramientas bioinformáticas, investigadores estadounidenses han reconstruido una red metabólica representativa del último ancestro común de todos los seres vivos.

Si analizamos el árbol de la vida —un diagrama que pretende relacionar evolutivamente a todos los grupos de seres vivos de la Tierra— veremos que hay un punto inicial en el que todos convergen, un organismo que vendría a ser el ancestro de nuestros ancestros o simplemente el LUCA (Último Ancestro Común Universal, por sus siglas en inglés).

LICA2

La hipótesis de que todas las especies que conocemos en la actualidad tuvieron alguna vez un único ancestro común radica en las similaridades genéticas y fisiológicas que ellas comparten. Por ejemplo: la replicación del ADN, la síntesis de proteínas, la degradación de azúcares, el transporte de iones, o las secuencias de ciertos genes, son bastante similares incluso entre especies completamente diferentes como una jirafa y una bacteria.

Buscando al ancestro

En el 2003, un grupo de investigadores liderados por Kirk Harris de la Universidad de Colorado (EEUU) identificaron un pequeño grupo de genes conservados en los tres dominios de la vida (bacterias, arqueas y eucariotas) que podrían haber estado presentes —o por lo menos, genes relacionados a ellos— en el genoma de LUCA. Sin embargo, son las estructuras proteicas las características más conservadas de los seres vivos: si un aminoácido cambia, la proteína simplemente pierde su función.

Si analizamos las secuencias de aminoácidos que conforman una proteína veremos que hay porciones que pueden ser encontradas en otras proteínas incluso de organismos diferentes. A estas regiones se las conocen como dominios. Los dominios cumplen funciones claves dentro de una proteína: le dan forma, afinidad por otras moléculas, actividad catalítica para llevar a cabo reacciones químicas, etc. Considerando además que la aparición de un nuevo dominio es un hecho muy poco probable en comparación a la reutilización de uno ya existente, los biólogos los emplean para hacer estudios evolutivos más profundos.

En el 2007, los hermanos Caetano-Anollés y su equipo de la Universidad de Illinois (EEUU) hicieron un trabajo parecido al de Harris pero esta vez usando las secuencias de los dominios presentes en los tres reinos, logrando identificar las posibles estructuras proteicas presentes en LUCA.

Dos años más tarde, Vijayasarathy Srinivasan y Harold Morowitz de la Universidad George Mason (EEUU) estudiaron las reacciones bioquímicas —sin tomar en cuenta las enzimas que las catalizaban— de cuatro bacterias y una arquea, encontrando más de 250 comunes en todas ellas y sugiriendo que éstas también pudieron estar presentes en LUCA (siempre y cuando LUCA haya sido autótrofo).

Enzimas primitivas

Debido a que las secuencias genéticas, las estructuras proteicas y las rutas metabólicas no responden de la misma manera ante la presión selectiva y evolucionan a diferentes ritmos, cada uno revela diferentes aspectos de LUCA. Pero, ¿qué pasaría si sólo nos enfocamos en los puntos donde estos tres estudios coinciden? Pues tendríamos datos más certeros sobre el repertorio catalítico de LUCA. Esto fue precisamente lo que hicieron tres investigadores estadounidenses según un estudio publicado esta semana en PLOS ONE.

El equipo liderado por el biólogo computacional Ram Samudrala de la Universidad de Washington identificó un total de diez funciones enzimáticas —seis presentes en los tres estudios previos y cuatro en los dos primeros— que pudieron haber formado parte del metabolismo de LUCA.

De las seis funciones enzimáticas comunes a los tres estudios tenemos: tres transferasas, una oxidorreductasa, una liasa y una ligasa. Mientras que las otras cuatro, todas eran hidrolasas.

Además, los investigadores observaron que dentro de estos 10 grupos enzimáticos hay enzimas que usan metales como cofactores para llevar a cabo las reacciones. Esto es clave porque estudios previos sugieren que las metaloenzimas, como se les suele llamar, fueron las primeras en aparecer después de la transición de los péptidos prebióticos a los primeros péptidos funcionales.

Con estas 10 funciones enzimáticas se abre todo un abanico de rutas metabólicas que LUCA podría haber realizado, por ejemplo: la síntesis y degradación de importantes biomoléculas, desde la Coenzima A y pequeños azúcares hasta los N-glicanos y esfingolípidos.

Usando todos estos datos los investigadores reconstruyeron una ruta metabólica representativa que podría reflejar el metabolismo central de las formas de vida más primitivas, por ejemplo, de LUCA. La red comprende 119 nodos (reactantes o metabolitos) y 135 ramas (funciones enzimáticas). Las ramas pintadas de amarillo representan las seis funciones enzimáticas presentes en los tres estudios previos (secuencias genéticas, estructuras proteicas y reacciones bioquímicas conservadas), mientras que las verdes representan las cuatro funciones enzimáticas presentes en los dos primeros (secuencias genéticas y estructuras proteicas conservadas).

LUCA_metabolismo

Este estudio es nos muestra claramente que se puede producir un metabolismo relativamente grande y compleja usando un pequeño número de funciones enzimáticas. Si bien es cierto esto solo es una aproximación obtenida gracias al uso de herramientas bioinformáticas, gracias a ellas tenemos una idea de cómo pudo ser la vida primitiva.


Referencia:

ResearchBlogging.orgGoldman, Aaron David, Baross, John, & Samudrala, Ram (2012). The Enzymatic and Metabolic Capabilities of Early Life PLOS ONE DOI: 10.1371/journal.pone.0039912

Comentarios

  1. Muy interesante, como todas las cosas que subís.
    Saludos David

    ResponderEliminar

Publicar un comentario

Se respetuoso con tus comentarios y críticas. Cualquier comentario ofensivo será eliminado.

Entradas más populares de este blog

Los huevos verdes

[Artículo publicado originalmente el 16 de abril de 2014 en Expresión Genética del diario El Comercio]
No me refiero a los de Shrek ni los de Hulk...
Hace unos años visité la localidad de Huancapallac, en el departamento de Huánuco, y participé del Muhu Raymi (Fiesta de las Semillas). En esta feria, agricultores de diferentes lugares del país exhiben su gran agrobiodiversidad. Mientras paseaba por los puestos de cada uno de ellos, vi algo que llamó mi atención: huevos de color verde.

Si bien los huevos pueden adquirir diferentes colores, dependiendo de la especie a la que correspondan, todos los huevos de gallina que encontramos en los mercados son blancos o morenos (color piel). Sin embargo, al menos tres razas de gallinas ponen huevos verdes y azulados: la Araucana de Chile y los Dongxiang y Lushi de China. Esta coloración se debe a un pigmento llamado biliverdina.
La biliverdina se genera a partir de la degradación de la hemoglobina —molécula que da el característico color rojo a la sa…

El asesino en serie de los anfibios bajo la mira

Los anfibios del mundo están viviendo un verdadero apocalipsis. Poblaciones enteras están siendo diezmadas. Algunas especies se han extinto y otras están seriamente amenazadas. Y, como en una verdadera película de terror, un patógeno es el responsable, posiblemente, el peor de toda la historia en cuanto a su impacto sobre la biodiversidad. Su nombre, Batrachochytrium dendrobatidis (de cariño Bd). ¿Dónde y cuando apareció este asesino? ¿Cómo se propaga? Son algunas de las interrogantes que pretende resolver un estudio publicado en Science la semana pasada.

Bd es un hongo que ataca directamente la piel de los anfibios (que es por donde estos animales respiran, intercambian electrolitos y regulan el pH), alimentándose de las proteínas que la componen. La piel alrededor de las articulaciones se hace trizas y se desprende hasta que pierden el equilibrio homeostático del cual no pueden recuperarse. Al cabo de unos días, mueren de un ataque cardiaco.

Este problema fue detectado por primera v…

¿Qué fue del estudio más grande sobre la seguridad de los transgénicos?

La tarde del 11 de noviembre de 2014, en un hotel londinense, se anuncia el lanzamiento de "Factor GMO", el experimento a largo plazo más extenso y detallado jamás realizado sobre un alimento transgénico y su plaguicida asociado.


Con un costo estimado de 25 millones de dólares, el estudio buscaba aportar —con una solidez sin precedentes— valiosa información para permitir a las autoridades reguladoras, los gobiernos y la población general, responder si es seguro el consumo de Organismos Genéticamente Modificados (OGM) o la exposición a su herbicida asociado en condiciones reales.

El experimento —que se llevaría a cabo en un laboratorio secreto en el territorio ruso para evitar cualquier injerencia externa— consistía en someter a 6.000 ratas de laboratorio a diversas dietas basadas en el maíz transgénico NK603 y su herbicida asociado (RoundUp), cuyo principio activo es el glifosato. Es similar al famoso estudio realizado Guilles-Eric Seralini, pero a mayor escala. Solo para re…