Las bacterias incorporan ADN antiguo a su propia genoma
¿Qué fragmentos de ADN –algunos de ellos de miles de años de antigüedad– de desperdicio biológico y aguas residuales han incorporado las bacterias de hospital?
Diagrama de experimento antiguo de ADN. ADN de mamut lanudo se utilizó como donador para la transformación natural de la hebra hisC::′ND5i′ (crédito: Søren Overballe-Petersen et al./PNAS)
Desde la perspectiva de una bacteria, el medio ambiente es un enorme jardín de desechos de ADN. Investigadores de Dinamarca y Noruega han demostrado que las bacterias pueden incorporar piezas pequeñas e incluso grandes de ADN antiguo a partir de este montón de chatarra e incluirlo en su propio genoma.
El descubrimiento puede tener consecuencias enormes tanto en la conexión entre antibióticos y resistencia a los mismos antibióticos en hospitales así como la comprensión de la evolución de la vida misma.
Nuestro entorno contiene grandes cantidades de ADN fragmentado y dañado, el cual se degrada. Algunos de ellos podrían ser de miles de años de antigüedad.
Experimentos de laboratorio con microbios y varios tipos de ADN han demostrado que las bacterias puede tomar ADN muy corto y dañado e integrarlo pasivamente en su propio genoma.
Adicionalmente, este mecanismo también se ha demostrado que funciona con el consumo de bacterias modernas de ADN de mamut de 43,000 años.
Los resultados fueron publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences (acceso abierto).
Evolución de segunda mano
El descubrimiento de este uso de segunda mano de ADN antiguo o fragmentado puede tener importantes consecuencias en el futuro. Søren Overballe-Petersen, del Centro de GeoGenética en el Museo de Historia Natural de Dinamarca, autor principal del artículo, dice que es bien sabido que las bacterias pueden incorporar largas piezas intactas de ADN. “Sin embargo, hasta ahora se había asumido que los fragmentos cortos de ADN eran biológicamente inactivos. Ahora hemos demostrado que esta suposición era errónea. Siempre y cuando tengas sólo una pequeña cantidad de ADN sobrante existe la posibilidad de que las bacterias puedan volver a utilizar el ADN”.
“Una consecuencia de esto es en los hospitales que tienen problemas persistentes con resistencia a los antibióticos”, dice M. Kaare Nielsen de la Universidad de Tromsø, en Noruega. “En algunos casos, tendrán que empezar a considerar la forma de eliminar los restos de ADN. Hasta el momento, se ha centrado en eliminar las bacterias patógenas de vida, pero esto ya no es suficiente en los casos en que otras bacterias pueden utilizar los fragmentos de ADN que contienen la información de resistencia a los antibióticos.
“Los resultados del grupo de investigación revelan que la gran reserva de fragmentos y el ADN dañado en los alrededores preservan el potencial de cambiar el genoma de las bacterias, incluso después de miles de años. Esta es la primera vez que un proceso que permite que las células adquieren secuencias genéticas de un pasado lejano ha sido descrito. Llamamos a este fenómeno “Evolución anacrónica” o “Evolución de segunda mano”.
“El ADN de organismos muertos impulsa la evolución de las células vivas, en contradicción con la creencia común de lo que impulsa la evolución de la vida misma”, dijo el profesor Eske Willerslev del Centro de GeoGenética en el Museo de Historia Natural de Dinamarca , líder del proyecto.
Cómo crea el ADN dañado nuevas secuencias
“Por otra parte, el ADN antiguo no se limita a regresar los microbios a estados anteriores. El ADN dañado [20 o más pares de bases] también pueden crear nuevas combinaciones de secuencias funcionales. Puedes compararlo a un grupo de bacterias que se asoman a un montón de basura en busca de fragmentos que pueden utilizar. De vez en cuando llegan a cierto ‘oro de segunda mano’, que se puede utilizar de inmediato.
“En otras ocasiones, se corre el riesgo de cortarse o truncarse. Funciona en ambos sentidos. Este descubrimiento tiene una gran cantidad de consecuencias debido a que hay un riesgo potencial para las personas cuando las bacterias patógenos o bacterias multirresistentes intercambian pequeños fragmentos de ADN ‘peligroso’, por ejemplo, en hospitales, en los residuos biológicos y en las aguas residuales.
“En la gran perspectiva de consumo de ADN corto, la bacteria representa un proceso evolutivo fundamental que sólo necesita una célula en crecimiento que consuma pedazos de ADN. Un proceso que quizá sea una especie de tipo original de transferencia de gen o intercambio de ADN entre bacterias. Los resultados muestran cómo la evolución genética puede ocurrir en sacudidas en pequeñas unidades. El significado de esto es muy bueno para nuestra comprensión de cómo los microorganismos han intercambiado genes a través de la historia de la vida. Los nuevos resultados también apoyan las teorías sobre la transferencia genética como factor decisivo en la evolución temprana de la vida”.
“Esta es una de las perspectivas más interesantes de nuestro descubrimiento”, dice Overballe-Petersen . “Las simulaciones en computadora han demostrado que incluso las bacterias iniciales en la Tierra tenían la capacidad de compartir ADN –pero resultaba difícil ver cómo podría haber sucedido. Ahora queda ya sugerida la manera en que las primeras bacterias intercambiaron ADN. Ni siquiera es un mecanismo desarrollado para este propósito específico sino más bien como un proceso común, una consecuencia directa de vivir y morir”.
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