Teoria de l’evolució complicada dels gens que salta amb l’ADN compartit a totes les espècies

Normalment, l’ADN li agrada seguir les regles. Els filaments d’ADN es copien amb certa fidelitat i les còpies es transmeten de pares a descendents, cosa que condueix l’evolució tal com la coneixem. Però, segons noves estimacions, el cinquanta per cent del vostre genoma també es compon d’un ADN renegat que li agrada saltar d’una espècie a l’altra. Aquests ADN falsos, els investigadors escriuen en un Biologia del genoma article publicat el dilluns, s’ha inserit aleatòriament en gairebé tots els genomes d’aquest planeta al llarg de l’evolució de la vida. Són tot el que queda d’una sèrie de misteriosos esdeveniments des de fa milions d’anys.

Atma Ivancevic, Ph.D., investigadora de neurogenètica i bioinformàtica postdoctoral i autora principal del treball, va començar el seu estudi buscant explicar per què el mateix ADN rogue es pot trobar en animals tan diferents com els eriçons de mar i els humans. S’ha establert que la majoria d’espècies de la terra comparteixen una gran quantitat de material genètic: probablement heu sentit que els humans comparteixen aproximadament el 99% del nostre ADN amb ximpanzés, però aquests gens són diferents, diu Ivancevic.

"Els gens" saltar "no són realment gens; són peces no codificants d’ADN escombraries ”, explica Invers en un correu electrònic. "Penseu en ells com a paràsits genètics, saltant al voltant del genoma per replicar-se egoísticament i, de vegades, saltar entre espècies".

En els darrers anys, hem començat a entendre la funció d’aquests fragments d’ADN, però encara no sabem exactament què fan. Aquest és el misteri que hi ha darrere dels gens de salt: són rissades de camins d’ADN, dispersos per l’arbre de la vida. Ara, gràcies a aquest article, finalment podríem saber com van fer un embolic tan gran.

Transferència horitzontal

La investigació d’Ivancevic va trobar que hi ha dues seqüències d’ADN brossa que es poden rastrejar a través d’una àmplia gamma d’espècies, anomenades BovB i L1. Els investigadors anomenen aquests patrons elements transposables (TE) perquè ells mateixos "copien i enganxen" de manera aleatòria a través dels gens dels animals, des d'eriçons de mar, a vaques fins a humans. Aquest estrany procés, en què un TE envaeix el material genètic d’una altra espècie, s’anomena transferència horitzontal.

La nostra comprensió estàndard de la reproducció és descrita per transferència vertical, l’assumpció que la majoria dels materials genètics solen passar de pares a fills.

Quan dibuixes un arbre genealògic, normalment dibuixen nens sota els seus pares i, en cert sentit, els gens tendeixen a caure al llarg de les generacions d'aquesta manera. Però alguns TE es mouen horitzontalment a través de l’arbre de la vida, “saltant” d’un ADN d’un organisme a un altre a través d’un missatger anomenat “vector”. Els científics no entenen completament com funciona el procés entre les espècies, però tenen un present sobre el que poden ser els vectors.

Alguns organismes, com els bacteris, són realment bons en la transferència horitzontal de gens i sovint ho fan de forma natural, sense un vector. Els animals no poden fer això, però poden ser-ho infectats per bacteris, que poden actuar com a vectors. L'article suggereix uns quants candidats probables per a aquest paper de missatgeria, incloent cossos de llit, paparres i llagostes, i també nomena algunes potencials criatures aquàtiques de vectors, com les ostres i els cucs de mar. Són aquests vectors els que probablement van moure els dos bits de seqüències d’ADN escombraries, BovB i L1, entre espècies.

El que és realment interessant és el que passa una vegada que arriba l’ADN. Després d’un esdeveniment de transferència, Ivancevic i el seu equip mostren que l’ADN pot repetir-se ràpidament. Per exemple, es creu que BovB va sorgir per primera vegada en serps i després es va "saltar" a les vaques a través d’esdeveniments de transferència horitzontal de fa milions d’anys, on es va repetir diverses vegades. Penseu en fer-ho com una còpia i una pasta estàndard, només toqueu el control-V una i altra vegada.

"Per a mi, el més sorprenent no va ser la transferència, sinó els efectes del genoma de l'amfitrió després de la transferència", diu Ivancevic. “Ara BovB ocupa al voltant del 25% de la seqüència del genoma de la vaca. Aquest és un canvi enorme!"

A la recerca de grans salts

Per veure fins a quin punt es van infiltrar a l’arbre de la vida aquestes seqüències, l’equip d’Ivancevic va investigar els genomes de 759 espècies. Van trobar la seqüència de BovB en animals tan llunyans com les serps, les vaques, els eriçons de mar, els ratpenats i els cavalls (encara que els ratpenats i els cavalls tenien un nombre reduït de seqüències completes de BovB). La seqüència L1 semblava ser encara més freqüent. Mentre que 79 espècies tenien seqüències de BovB, 559 les espècies tenien seqüències L1. Històricament, es creia que L1 només es transferia verticalment, de manera que trobar la seqüència de L1 en aquestes espècies dispars era un gran avanç.

BovB sempre ha intrigat els investigadors perquè fa "grans salts" entre espècies llunyanes relacionades, aportant proves que va tenir lloc algun tipus de transferència horitzontal. Però l'anàlisi anterior només va aparèixer en alguns casos en què les seqüències de L1 van fer aquests grans salts, la qual cosa va portar als investigadors a concloure que probablement L1 només es transmetia verticalment.

En llançar una xarxa més àmplia, l’equip d’Ivancevic ha demostrat que hi ha hagut més salt de genòmica del que abans pensàvem. "L’ús d’animals, plantes i fongs, va ajudar a projectar tants genomes com sigui possible amb les dades actuals. No hi ha molts estudis que busquin transferència entre regnes a gran escala ", diu.

La constatació que els L1 estan presents en 559 espècies va ser una prova convincent que L1s tenia va fer aquests grans salts. L’equip assenyala que sis "salts" L1 que no es van descobrir en espècies marines fa milions de anys enrere, com el possible trampolí d’aquest gen de trencaclosques per entrar al DNA d’espècies en regnes completament separats.

Ells escriuen que un d’aquests esdeveniments horitzontals podria haver desencadenat la seqüència de L1 en un antic avantpassat dels mamífers “terians”: animals que no posen ous entre 160 i 191 milions d’anys enrere. A partir d'aquí, la seqüència podria haver estat transmesa verticalment a tots els descendents d'aquests animals antics, inclosos, potser, humans. Mentre que L1 és majoritàriament fragmentada i inactiva en humans, encara constitueix el 17 per cent del nostre genoma.

Les troballes com aquestes il·lustren com fins i tot les forces més petites poden modificar l'evolució. Potser, fa milions d’anys, un dels nostres avantpassats més llunyans es va convertir en un altercat amb una plaga sanguinària habitada per la mar - potser era un cuc de mar - i d’alguna manera va rebre una injecció d’ADN aleatori. Ara, milions d’anys més tard, aquests canvis persisteixen dins de nosaltres, i encara descobrim quins rols juguen.

"Demostra quant intercanvis aleatoris de ADN poden donar forma a la nostra evolució", diu Ivancevic.