Cambios genéticos debidos al cambio climático

Una hembra de Wyeomyia smithiivuela hasta una Sarracenia purpureapara depositar huevos.

Investigadores de la Universidad de Oregón han conseguido el primer mapa cromosómico que muestra regiones cromosómicas en evolución que se activan en animales en respuesta al cambio climático.
El mapa permitirá a los investigadores identificar en el futuro los genes específicos que controlan el desarrollo estacional en animales. La información obtenida además ayudará a predecir qué animales podrán sobrevivir al cambio climático y a identificar qué vectores portadores de enfermedades se moverán hacia regiones más septentrionales para así producir las vacunas adecuadas y evitar pandemias.
Según William E. Bradshaw y Christina M. Holzapfel, ésta es la primera vez que se está intentando identificar los genes que controlan el desarrollo estacional de los animales. La respuesta al número de horas de luz es utilizada frecuentemente como indicador por parte del organismo para hibernar. Aunque los seres humanos no somos tan sensibles a los cambios estacionales existe una componente estacional que está relacionada con nuestro bienestar. 
El mapa cromosómico del mosquito estudiado (Wyeomyia smithii) evolucionó junto a las hojas de una planta carnívora con forma de jarro. La hembra de este mosquito suele sobrevolar el depósito de agua del jarro de esta planta para depositar sus huevos allí.
Estos investigadores han identificado regiones en tres cromosomas de este mosquito que responden a la longitud del día. Dos de esos cromosomas tienen además un solapamiento en la expresión de los genes que dice a la especie cuando hibernar.
Han podido mostrar que el mosquito ha cambiado genéticamente en respuesta a rápidos y recientes cambios en el clima y que ahora usa días más cortos para iniciar la hibernación.
Aunque el estudio no dice exactamente qué genes controlan la respuesta estacional del mosquito, nos dice en qué partes del genoma hay que mirar para encontrarlos.
Se está ya colaborando en otros estudios para determinar si los mismos genes se encuentran en una especie en concreto de pez y en la mosca de la fruta.
Por tanto, según Bradshaw, la respuesta al cambio climático de las poblaciones de animales ya ha penetrado hasta el nivel genético. El cambio climático afecta el desarrollo, reproducción y la hibernación, y esta respuesta está sucediendo en diversos grupos de animales, desde los insectos a los mamíferos pasando por las aves.
El mapa cromosómico fue creado usando mosquitos que se desarrollaron en un ambiente controlado de laboratorio, lo que permitió a los investigadores simular las condiciones climatológicas que se dan en la naturaleza en cualquier parte de la Tierra, desde los trópicos a las regiones polares.
El mapa contiene 900 millones de pares de bases. Como referencia podemos decir que el genoma humano consta de 3000 millones de pares. Según los mapas genéticos se vayan completando los científicos podrán enfrentarse a la tarea de determinar cómo los genes interactúan y cómo producen un determinado fenotipo que incluyan las respuestas al cambio climático.
El cambio climático cambiará el comportamiento estacional de muchos animales. De hecho ya está aumentado la temporada de crecimiento. Distintas áreas son ahora más templadas y secas que otras.
Las plantas y animales no están afrontando estos cambios directamente, sino que se están reproduciendo, floreciendo o hibernando en fechas distintas a las habituales que solían usar. Muchas especies serán incapaces de adaptarse lo suficientemente rápido a estos cambios y se extinguirán.

Fuente: Universidad de Oregón

Referencia: Genetics. Mathias, Derrick, Lucien Jacky, William E. Bradshaw and Christina M. Holzapfel, Quantitative trait loci associated with photoperiodic response and stage of diapause in the pitcher plant mosquito, Wyeomyia smithii. On line, Mayo 2007.

Genética frente a ambiente en el envejecimiento

Según una investigación podría ser posible reducir o aumentar la actividad de ciertos genes para frenar el envejecimiento.

Nematodo Caenorhabditis elegans. Foto: Amy Pasouinelli, NIH.

El estudio se ha hecho sobreCaenorhabditis elegans, un gusano nematodo que es un animal frecuentemente utilizado en estudios genéticos por su sencillez. A pasar de las grandes diferencias anatómicas entre este nematodo y el ser humano ambos guardan grandes parecidos a escala genética, por lo que quizás este tipo de resultados puedan ser aplicados al hombre en un futuro.
El estudio es potencialmente importante y ha sorprendido a los investigadores implicados. Nos dice que el ritmo de envejecimiento puede ser reducido mediante la manipulación de las señales del circuito genético que hay en el interior de las células y que está encargado de controlar el envejecimiento. 
Este descubrimiento desafía además la teoría imperante del envejecimiento que dice que nuestros cuerpos se deterioran debido al daño causado en el material genético de nuestras células por diversos factores como la luz solar, el tabaco, productos químicos, radicales libres, enfermedades, etc. En su lugar se sugiere que, además de los factores anteriormente mencionados, hay una combinación de factores genéticos que contribuyen al envejecimiento, como la existencia de ciertos genes que portarían instrucciones para comenzar dicho proceso.
Según Stuart Kim, de Stanford University School of Medicine, bajo la hipótesis exógena no se puede explicar por qué un gusano puede vivir unas dos semanas, una tortuga unos 100 años, algunas ballenas 200 años y ciertos bivalvos 400 años. Los radicales libres o la radiación no distinguen entre células humanas y las de un gusano, así que esas diferencias se deben a otras causas. La nueva teoría solucionaría esta paradoja.
Determinados genes maestros se encargan de dirigir y mantener las funciones corporales. Estos genes fabrican proteínas denominadas factores de trascripción que influyen en la actividad de otros genes, activándolos o silenciándolos. Según esta nueva teoría habría unos genes maestros que estarían programados para fabricar más o menos cantidad de determinados factores de trascripción. Durante la juventud no habría cambios en este sistema, pero después la alteración de los niveles de estos factores provocaría los cambios necesarios para comenzar el proceso de envejecimiento.
Kim cree que sería posible frenar o incluso revertir el proceso de envejecimiento si los científicos pudieran saber cómo mantener estos genes maestros en su curso habitual.
Estos investigadores han encontrado que cuando los C. elegans envejecen hay un desequilibrio en este sistema regulatorio que antes los mantenía jóvenes. Para ello estudiaron la actividad de 20.000 genes desde que los nematodos tenían 3 días de edad (equivalentes a los 20 años para un humano) hasta los 18 días de edad (80 ó 90 años en los humanos).
Según los gusanos envejecían los investigadores observaron cambios en la actividad de 1.200 genes, de los cuales algunos se habían activado y otros silenciado. Muchos de estos genes estaban controlados por el factor de trascripción elt3, conocido por estar relacionado con el desarrollo de la piel y los intestinos del nematodo. En el transcurso del tiempo elt3 se frena y su producción de factores de trascripción se reduce. Según esta investigación esto viene causado por el aumento de actividad de otros dos genes, el elt5 y el elt6, también relacionados con el desarrollo de la piel y los intestinos.
Según Kim elt5 y elt6 frenaría a elt3 a la manera que se pisa el freno de un automóvil en marcha. Según se aprieta el freno se ejerce una fuerza y el auto desacelera dependiendo de lo apretado que esté el “acelerador” y los genes que dependen de él dejarían de funcionar apropiadamente.
Cuando estos investigadores bloquearon los genes elt5 y elt6 en gusanos adultos permitieron que el elt3 siguiera actuando. Como resultado los gusanos vivieron una semana más de lo que es normal.
Cuando expusieron a los gusanos al calor, a los radicales libres y a otros factores que alteran negativamente el ADN no encontraron ninguna alteración en el sistema de los genes elt ligados al envejecimiento. Por tanto este sistema no dejaría de funcionar por factores exógenos, sino que estaría programado para hacerlo así.
Lo que no es fácil de explicar es el mecanismo evolutivo que dio lugar a este sistema. Había una hipótesis que mantenía que los mecanismos de envejecimiento genéticos habrían evolucionado para eliminar a los organismos más viejos, poniéndolos en un proceso de deterioro y que así no compitieran con los más jóvenes en recursos. Pero la selección natural trabaja favoreciendo los genes que ayudan al organismo a tener la máxima descendencia posible, y una vez que el periodo reproductivo se acaba los genes están más allá del punto en el que puedan ser seleccionados. Por tanto, los críticos, basándose en esto último, mantienen que no hay manera en la que el envejecimiento pueda estar genéticamente programado.
Kim da la vuelta al argumento, como la selección natural no puede afectar a los genes más allá de la época reproductiva los mecanismos recientemente descubiertos aparecerían entonces por error y no pueden ser eliminados o mejorados por selección natural precisamente por ese mismo mecanismo, mientras que antes de ese punto el sistema funciona bien porque ya ha sido seleccionado por evolución.
Kim cree que este proceso, junto con el daño causado en el ADN, son los responsables del envejecimiento. Afirma que evitando los factores que dañan el ADN y manipulando el sistema de genes maestros que controlan el envejecimiento se podría frenar el proceso de envejecimiento en humanos.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original en Cell.