Con un modelo matemático explicaron por qué los genomas de los seres vivos conservan el “ADN basura”

Fue realizado por científicos de la Universidad de Tel Aviv. El llamado “ADN basura” son secuencias neutras de los genomas. Cuáles son las implicancias del hallazgo

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Los genomas de los seres
Los genomas de los seres vivos conservan secuencias neutras, a veces denominadas "ADN basura" por millones de años

El genoma humano está compuesto por tres mil millones de pares de bases. Solo el 2% codifica proteínas. El 98% restante ha sido considerado con funciones menos importantes, pero esa mirada empezó a cambiar.

Lo llaman el “ADN basura”, y ahora investigadores de la Universidad de Tel Aviv, Israel, han aportado datos vitales sobre las razones por las cuales persiste ese ADN no codificante. Los hallazgos podrían ayudar a comprender mejor la rica variedad de tamaños de los genomas de los seres vivos.

El estudio, que fue financiado por la Fundación de Ciencia de Israel, se publicó en la revista Open Biology. La presencia en los cromosomas del “ADN basura” fue detectado por primera vez en la década de 1960.

En 1977, Richard Roberts y
En 1977, Richard Roberts y Phillip Sharp (foto) descubrieron que los genes podían ser discontinuos, es decir, que un gen determinado podía estar presente en el material genético (ADN) en forma de varios segmentos bien separados (Brooks Kraft LLC/Sygma via Getty Images)

En 1977, dos científicos llamados Richard Roberts y Phillip Sharp observaron, por separado, que una buena parte de este desorden de ADN no sólo estaba disperso entre los genes, sino que a menudo los interrumpía a mitad de secuencia, un descubrimiento que más tarde les valió el Premio Nobel.

Conocidos como intrones, parecían ser una carga para células complejas como las de los humanos, mientras que dejaban intactas a las más simples, como las de las bacterias. Además, añadían mucho trabajo al “proceso de transducción” del ADN en algo material.

Cada vez que se creaba una proteína, había que eliminar estas interrupciones de la plantilla genética. Eso obligaba a reconstruir las instrucciones de codificación antes de interpretarlas como una proteína. Una comparación cotidiana sería tener que eliminar miles de palabras sin sentido sólo para leer una frase.

Esta forma aparentemente derrochadora de funcionar es necesaria en toda la naturaleza, destacando como excepciones las afortunadas bacterias y otros procariotas.

Un nuevo modelo desarrollado en
Un nuevo modelo desarrollado en la Universidad de Tel Aviv ofrece una posible solución a la cuestión científica de por qué las secuencias neutras, el "ADN basura", no se eliminan del genoma de los seres vivos en la naturaleza

El número de intrones también difiere enormemente de una especie a otra: los humanos tienen casi 140.000 intrones, las ratas unos 33.000, las moscas de la fruta casi 38.000, la levadura (Saccharomyces cerevisiae) apenas 286 y el hongo unicelular Encephalitozoon cuniculi sólo 15.

Una pregunta pendiente es por qué quedó el ADN basura en los organismos. “Curiosamente, supuestamente ha ocurrido lo contrario, ya que los eucariotas tienen genomas más grandes, proteínas más largas y regiones intergénicas mucho más extensas en comparación con los procariotas”, escribieron los científicos el estudio en Israel sobre los intrones.

Tal Pupko, de la Universidad
Tal Pupko, de la Universidad de Tel Aviv, y sus colegas demostraron que la conservación de las secuencias neutras está relacionada con un fenómeno de "selección inducida por fronteras" (Tel Aviv University)

Los investigadores propusieron que eliminar cualquier fragmento de ADN intrónico alrededor de las regiones codificantes probablemente perjudicaría la supervivencia del animal, ya que las secciones codificantes también podrían ser eliminadas al mismo tiempo.

“Las deleciones que se producen cerca de los bordes sobresalen ocasionalmente hacia la región conservada y, por tanto, están sujetas a una fuerte selección purificadora”, afirmaron los investigadores.

Esta “selección inducida por la frontera”, en la que una secuencia neutra se sitúa entre regiones codificantes, crearía por tanto un sesgo de inserción para secuencias cortas de ADN no codificante.

El número de intrones en
El número de intrones en el genoma varía entre las especies: los humanos tienen casi 140.000 intrones, las ratas unos 33.000, las moscas de la fruta (foto) casi 38.000 (Tim Hermanns)

Esencialmente, el “ADN basura” actúa como un amortiguador mutacional: protege las regiones que contienen las secuencias más sensibles necesarias para codificar proteínas. Para demostrar esa dinámica en acción, los investigadores crearon un modelo matemático.

Anteriormente se había sugerido que “el sesgo de deleción conduce al encogimiento de los genomas a lo largo del tiempo evolutivo”, explicó el equipo. “El resultado contraintuitivo de que puedan surgir largas secuencias de evolución neutra incluso bajo un fuerte sesgo de deleción se debe al rechazo de las deleciones que invaden los bordes altamente conservados de las secuencias neutras”.

Aunque su modelo ofrece una explicación plausible de la variación en la longitud de los intrones dentro de una especie, no puede explicar por qué éstos difieren entre especies.

Según los investigadores de Israel,
Según los investigadores de Israel, la explicación es que el ADN basura suele encontrarse en las proximidades del ADN funcional. Las deleciones en los límites entre el ADN basura y el funcional pueden dañar las regiones funcionales, por lo que la evolución las rechaza

“Una explicación trivial es que los propios parámetros del modelo evolucionan”, expresaron los científicos. “Así, diferentes especies tienen diferentes proporciones de inserción-deleción y, posiblemente, diferente propensión a la aparición de regiones conservadas dentro de los intrones”.

Saber que existe un sesgo podría ayudar a explicar la variedad de intrones que vemos en la naturaleza y por qué algunos organismos parecen más “caóticos” genéticamente que otros. También se está investigando de dónde proceden estas interrupciones, con una larga historia de virus y genes obsoletos como fuentes.

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