Un estudio realizado con un organismo sintético de "células mínimas", reducido a lo "estrictamente necesario" para la vida, ha demostrado su tenacidad para evolucionar y adaptarse, incluso frente a un genoma antinatural que aparentemente ofrece poca flexibilidad, según publican sus autores en la revista 'Nature'.
Con su trabajo, Jay T. Lennon, profesor del Departamento de Biología de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Indiana Bloomington (Estados Unidos), y sus colegas han descubierto que "la vida se abre camino", como decía el personaje de Jeff Goldblum en la película 'Parque Jurásico'.
El equipo de investigación de Lennon ha estado estudiando una célula mínima construida sintéticamente a la que se ha despojado de todos sus genes excepto los esenciales. Descubrió que la célula aerodinámica puede evolucionar con la misma rapidez que una célula normal, lo que demuestra la capacidad de adaptación de los organismos, incluso con un genoma antinatural que aparentemente ofrece poca flexibilidad.
"Parece que hay algo en la vida que es realmente robusto --señala Lennon--. Podemos simplificarla hasta reducirla a lo esencial, pero eso no impide que la evolución siga trabajando".
Para su estudio, el equipo de Lennon utilizó el organismo sintético 'Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B', una versión minimizada de la bacteria 'M. mycoides' que suele encontrarse en los intestinos de cabras y animales similares.
A lo largo de milenios, la bacteria parásita ha perdido de forma natural muchos de sus genes a medida que evolucionaba para depender de su hospedador para alimentarse. Los investigadores del Instituto J. Craig Venter de California dieron un paso más.
En 2016, eliminaron el 45% de los 901 genes del genoma natural de 'M. mycoides', reduciéndolo al conjunto más pequeño de genes necesarios para la vida celular autónoma. Con 493 genes, el genoma mínimo de la 'M. mycoides JCVI-syn3B' es el más pequeño de cualquier organismo de vida libre conocido. En comparación, muchos genomas de animales y plantas contienen más de 20.000 genes.
En principio, el organismo más simple no tendría redundancias funcionales y sólo poseería el número mínimo de genes esenciales para la vida. Cualquier mutación en un organismo así podría alterar letalmente una o varias funciones celulares, lo que limitaría la evolución. Los organismos con genomas simplificados tienen menos objetivos sobre los que puede actuar la selección positiva, lo que limita las oportunidades de adaptación.
Aunque la 'M. mycoides JCVI-syn3B' podía crecer y dividirse en condiciones de laboratorio, Lennon y sus colegas querían saber cómo respondería una célula mínima a las fuerzas de la evolución a lo largo del tiempo, sobre todo teniendo en cuenta la limitada materia prima sobre la que podría actuar la selección natural, así como la entrada no caracterizada de nuevas mutaciones.
"Cada uno de los genes de su genoma es esencial --dice Lennon refiriéndose a la 'M. mycoides JCVI-syn3B'--. Se podría plantear la hipótesis de que no hay margen de maniobra para las mutaciones, lo que podría limitar su potencial para evolucionar".
Los investigadores comprobaron que la 'M. mycoides JCVI-syn3B' tiene, de hecho, una tasa de mutación excepcionalmente alta. A continuación la cultivaron en el laboratorio, donde la dejaron evolucionar libremente durante 300 días, lo que equivale a 2.000 generaciones bacterianas o a unos 40.000 años de evolución humana.
El siguiente paso consistió en organizar experimentos para determinar cómo se comportaban las células mínimas que habían evolucionado durante 300 días en comparación con la 'M. mycoides' original no mínimo y con una cepa de células mínimas que no había evolucionado durante 300 días. En las pruebas comparativas, los investigadores colocaron en un tubo de ensayo cantidades iguales de las cepas evaluadas. La cepa mejor adaptada a su entorno se convirtió en la cepa más común.
Comprobaron que la versión no mínima de la bacteria superaba fácilmente a la versión mínima no evolucionada. Sin embargo, la bacteria mínima que había evolucionado durante 300 días lo hizo mucho mejor, recuperando efectivamente toda la aptitud que había perdido debido a la racionalización del genoma.
Los investigadores identificaron los genes que más cambiaron durante la evolución. Algunos de estos genes estaban implicados en la construcción de la superficie de la célula, mientras que las funciones de varios otros siguen siendo desconocidas.
Entender cómo los organismos con genomas simplificados superan los retos evolutivos tiene importantes implicaciones para problemas de larga data en biología, como el tratamiento de patógenos clínicos, la persistencia de endosimbiontes asociados al huésped, el perfeccionamiento de microorganismos artificiales y el origen de la vida misma.
La investigación realizada por Lennon y su equipo demuestra el poder de la selección natural para optimizar rápidamente la aptitud en el organismo autónomo más simple, con implicaciones para la evolución de la complejidad celular, es decir, demuestra que la vida encuentra un camino.
