V Carnaval de Biología: El talón de Aquiles de la complejidad biológica

Artículo publicado por Philip Ball el 18 de mayo de 2011 en Nature News

La compleja red de proteínas e interacciones en nuestras células puede estar enmascarando un problema que puede ir a peor.

¿Por qué somos tan complicados? Se puede imaginar que hemos evolucionado de esta forma debido a que conduce a beneficios adaptativos. Pero un estudio publicado por Nature1 sugiere que la complejidad en el ‘cableado’ molecular de nuestro genoma – la forma en la que nuestras proteínas hablan entre sí – puede simplemente ser un efecto colateral en un desesperado intento por evitar mutaciones aleatorias problemáticas en las estructuras de las proteínas.

Plegamiento de proteínas


Ariel Fernández, anteriormente en la Universidad de Chicago en Illinois, y ahora en el Instituto de Matemáticas de Argentina en Buenos Aires, y Michael Lynch de la Universidad de Indiana en Bloomington defienden que tal complejidad en la red de interacciones de nuestras proteínas surge debido a nuestro tamaño relativamente pequeño de población – en comparación con el de los organismos unicelulares – que nos hace especialmente vulnerables a la ‘deriva genética’: Los cambios en el conjunto de genes debido al éxito reproductivo casual de ciertos individuos en lugar de por una adaptación superior.

Mientras que la selección natural tiende a filtrar las mutaciones dañinas en los genes y sus proteínas relacionadas, la deriva genética no lo hace. Fernández y Lynch defienden que el gran número de interacciones físicas entre nuestras proteínas – un componente crucial de cómo se transmite la información en nuestras células – se compensa con la reducción en la estabilidad de las proteínas modificadas por la deriva.

Arreglo a corto plazo

Pero esta respuesta trae un coste. Podría enmascarar la acumulación de debilidades estructurales en proteínas hasta un punto en que el problema no puede seguir conteniéndose. Entonces, dicen Fernández y Lynch, las proteínas podrían ser responsables del incorrecto plegamiento espontáneo – como sucede en desórdenes como la enfermedad de Alzheimer, Parkinson y enfermedades por priones, todas ellas causadas por un plegamiento incorrecto de proteínas en el cerebro.

De ser así, puede ser una batalla perdida. La deriva genética puede acabar con la estabilidad de nuestras proteínas hasta que se vea sobrepasada, dejándonos como una especie enferma.

Esto implicaría que la evolución Darwiniana no es necesariamente benigna a largo plazo. Encontrar una solución a corto plazo para la deriva, sería simplemente crear una bomba de relojería. O, como dice Fernández, “Las especies con baja población están finalmente condenadas por la estrategia de la naturaleza de evolucionar la complejidad”.

El trabajo proporciona “interesantes e importantes noticias”, de acuerdo con William Martin, especialista en evolución molecular en la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf en Alemania. Martin dice que esto demuestra que la evolución de los eucariotas – organismos relativamente complejos, tales como los humanos, con un núcleo celular que alberga los cromosomas – “pueden verse sustancialmente afectados por la deriva”. La deriva es un problema mayor para las poblaciones pequeñas que para las grandes, debido a que la probabilidad de supervivencia por casualidad en lugar de por adaptabilidad es estadísticamente más probable entre los números pequeños.

Impermeabilización

Muchas mutaciones aleatorias en un gen, y por tanto en la proteína que se crea a partir del mismo, disminuyen la resistencia de la proteína a plegarse exponiéndola a moléculas de agua.  Esta pérdida de forma debilita la capacidad de la proteína para funcionar.

Tales problemas pueden evitarse si la proteína se fija ligeramente a otra de forma que se resguarden las regiones sensibles al agua. Fernández y Lynch dicen que estas asociaciones entre proteínas – una característica clave de la biología celular de los eucariotas – puede por tanto haber empezado como una respuesta pasiva a la deriva genética. Algunas de estas interacciones entre proteínas resultan tener funciones útiles, tales como enviar señales moleculares a través de las membranas celulares, y por tanto fueron seleccionadas por la evolución.

Usando las estructuras de proteínas de las que se informa en el Banco de Datos de Proteínas, los dos investigadores verificaron que la interrupción del interfaz entre las proteínas y el agua, provocada mayormente por la exposición de las partes ‘pegajosas0 de la cadena péptida plegada, lleva a una mayor propensión de que una proteína se asocie con otras. También demostraron que la deriva podría tener en cuenta este bajo “enrollamiento” de las proteínas.

“Creo que los priones son indicadores de que esta táctica ha ido demasiado lejos”, dice Fernández.  “Las proteínas con la mayor acumulación de defectos estructurales son los priones, proteínas solubles tan poco enrolladas que renuncian a su plegamiento y agregación funcional”. Estos priones mal plegados causan entonces la enfermedad disparando el mal plegamiento de otras proteínas.

“Si la variabilidad genética resultante de una deriva aleatoria sigue aumentando, nosotros, como especie, puede que terminemos enfrentándonos a cada vez más catástrofes de adaptación del tipo que representan los priones”, añade Fernández. “Tal vez el coste evolutivo de nuestra complejidad es un precio demasiado alto a pagar a largo plazo”.

Este artículo participa en el V Carnaval de Biología que aloja este mes Feelsynapsis


Referencias:
1.- Fernández, A. & Lynch, M. Nature doi:10.1038/nature09992 (2011).
Autor: Philip Ball
Fecha Original: 18 de mayo de 2011
Enlace Original

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Comments (4)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Artículo publicado por Philip Ball el 18 de mayo de 2011 en Nature News La compleja red de proteínas e interacciones en nuestras células puede estar enmascarando un problema que puede ir a peor. ¿Por qué somos tan complicados…..

  2. paco

    Me he quedao to roto. Jurl ilumínanos!

  3. Tengo mis dudas con esta hipótesis.
    Si no he entendido mal los autores asumen que la formación de agregados proteicos empezó como una “respuesta pasiva a la deriva genética” en los organismos complejos. Sin embargo las bacterias también forman muchos agregados proteicos y no están sujetos a la acción de la deriva genética dado que se reproducen por mitosis y no tienen problemas de baja población.

    Este post me va a hacer pensar ^_^! Felicidades por él!

  4. “el gran número de interacciones físicas entre nuestras proteínas – un componente crucial de cómo se transmite la información en nuestras células – se compensa con la reducción en la estabilidad de las proteínas modificadas por la deriva.”Muchas mutaciones aleatorias en un gen, y por tanto en la proteína que se crea a partir del mismo, disminuyen la resistencia de la proteína a plegarse exponiéndola a moléculas de agua. Esta pérdida de forma debilita la capacidad de la proteína para funcionar.”
    -Pero entonces,especies que tiene una vida más corta que la nuestra,es decir que pasan generaciones más rapidamente,tendrían que tener ya ese tipo de problema,porque no puede ser exclusivo en el hombre y que yo sepa no hay noticias de eso en gatos,perros,conejos,etc..-
    Es que no se si he entendido bien el árticulo Kanijo,o no van por ahí los tiros.Agradedecría una respuesta.Gracias por adelantado.

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