Es fácil reproducir la evolución en el laboratorio

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Michigan ha documentado paso a paso el proceso en el que los organismos evolucionan para adquirir nuevas funciones.

Los resultados, publicados en el último número de Nature, revelan cómo la bacteria E. coli ha evolucionado en el laboratorio para complementar su dieta tradicional de glucosa con un extra de citrato.

"Es muy interesante que se pueda ver una nueva función biológica evolucionar", dijo Zachary Blount, investigador postdoctoral en el Centro de BEACON MSU para el Estudio de la Evolución en Acción. "La primera generación de bacterias comedoras de citrato apenas eran capaces de crecer en el mismo pero mejoraron mucho con el tiempo. Queríamos comprender los cambios que permitieron a las bacterias desarrollar esta nueva habilidad. Tuvimos la suerte de tener un sistema que nos permite hacerlo ".

La bacteria E. coli no puede digerir citrato cuando el oxígeno está presente. De hecho, es una característica distintiva de E. coli. No pueden comerlo porque la E. coli no tiene la proteína correcta para absorber moléculas de citrato.

Para descifrar las mutaciones que permitiesen este cambio de alimentación, Blount ha trabajado con el profesor Richard Lenski, experto en Microbiología y Genética Molecular. En un experimeto a largo plazo, lanzado en 1988 y ha permitido a él ya sus compañeros de equipo estudiar más de más de 56.000 generaciones de evolución bacteriana.

El experimento muestra la selección natural en acción. Y debido a que las muestras están congeladas y disponibles para su estudio posterior, cuando surge algo nuevo los científicos pueden volver a las generaciones anteriores para buscar los pasos que sucedieron a lo largo del camino.

Zachary Blount, postdoctoral researcher
 in MSU's BEACON Center for the
Study of Evolution in Action,
led a team of researchers in documenting
the step-by-step process in which organisms
evolve new functions. (Photo: Brian Baer)

" por primera vez el uso de citrato por las bacterias alrededor de 33.000 generaciones", explicó Lenski. "Pero Zack fue capaz de demostrar que algunas de las mutaciones más importantes ya se había producido antes de esa fecha mediante la reproducción de la evolución de las diferentes etapas intermedias. Demostró que podían volver a evolucionar a bacterias comedoras de citrato, pero sólo después de que algunas de las piezas del rompecabezas ya estuvieran en su lugar. "

En el artículo de Nature, Blount y sus compañeros analizaron 29 genomas de diferentes generaciones para encontrar las piezas del rompecabezas de la mutación. Descubrieron un proceso de tres pasos en el que las bacterias desarrollado esta nueva habilidad.

La primera etapa fue la potenciación, cuando la E. coli acumuló por lo menos dos mutaciones que establecieron el escenario para los eventos posteriores. El segundo paso, la actualización, es cuando la bacteria comenzó a comer citrato, pero de forma limitada. La etapa final, el refinamiento: mutaciones que mejoraron la función inicialmente débil. Esto permitió a los ejemplares comedores de citrato devorar su nueva fuente de alimento y llegar a ser dominantes en la población.

"Estamos emocionados en particular sobre la etapa actualización", dijo Blount. "La mutación real implicada es bastante compleja. Se reorganizado parte del ADN de la bacteria, por lo que vemos aparecer un nuevo módulo que no había existido antes. Este nuevo módulo causa la producción de una proteína que permite a las bacterias procesar el citrato en la célula cuando el oxígeno está presente.". Solo ciencia