CIENCIA

Científicos uruguayos encuentran pistas sobre la evolución del sexo

Tres investigadores lideran hallazgo internacional vinculado al origen de la reproducción sexual. ¿De qué se trata?

Óvulo

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"Pensándolo un segundo, parece increíble que aún no sepamos qué moléculas fusionan óvulos y espermatozoides en vertebrados, incluyendo al Homo sapiens. Esto da idea de lo esquivas que son estas máquinas moleculares”, dijo Martín Graña, investigador de la Unidad de Bioinformática del Institut Pasteur de Montevideo.

A pesar de los avances en fertilización asistida, todavía no conocemos en humanos los genes responsables de la fusión celular que genera un nuevo organismo eucariota (aquel cuyo material hereditario se encuentra envuelto por una membrana que forma un núcleo). ¿Pero qué es esto? Usted mismo es uno.

Y Graña es uno de los autores uruguayos de una investigación internacional publicada en la revista Nature Communications que encontró una pieza de este misterio: una proteína responsable de la fusión de células –episodio imprescindible para la reproducción sexual en plantas y animales– que podría haber surgido en un intercambio genético involucrando a arqueas o arqueobacterias –microorganismos similares a las bacterias– unos 3.000 millones de años atrás, mucho antes de la aparición de la célula eucariota y la reproducción sexual, rasgo que define a este (nuestro) dominio de la vida.

“Esto contribuye a entender y explorar nuestros orígenes. Sugiere que antiguas criaturas ya estaban equipadas con la maquinaria para fusionar células mucho antes de la aparición de la célula eucariota. Quizás la actividad fusogénica en arqueobacterias cumplía (y cumple) un rol muy distinto al sexo. No lo sabemos y quizá no lo sepamos nunca. En el pasado remoto su rol pudo haber sido fusionar dos arqueobacterias ante un cataclismo, aumentando las chances de supervivencia. Cualquiera fuera (y sea) su función en arqueobacterias se usaba para otra cosa y la evolución, como reputada buena inventora, la reutilizó para otros fines, incidentalmente inventando el sexo”, señaló Graña.

En otras palabras, el estudio abre una perspectiva completamente nueva sobre la evolución del sexo.

investigadores reproducción sexual pasteur
Héctor Romero, Martín Graña, Mauricio Langleib

El misterio.

La maquinaria que nombró el investigador es de total “precisión”. Tiene que combinar dos fases: la división celular y la fusión celular. Lo primero sucede todo el tiempo para generar más células pero lo segundo solo se produce en ocasiones especiales. Uno de estos momentos es durante la reproducción sexual (en la fertilización o el apareamiento): usted mismo es la construcción hecha a partir de la fusión de los núcleos de un espermatozoide y de un óvulo y de la combinación de dos mitades genéticas.

Si la maquinaria improvisa, no se tiene un organismo viable; por lo que para evitar cualquier desmadre, plantas y animales usan proteínas especiales llamadas fusógenos que gestionan cuándo y dónde ocurre el proceso. El tema es que todavía se desconoce cuál es el fusógeno sexual de vertebrados.

Lo que sí se sabe es que en plantas, animales invertebrados y protozoarios, la proteína que fusiona gametos es la llamada HAP2. Y hace cinco años, cuando se inició esta investigación en la que participan también Mauricio Langleib y Héctor Romero, “era idéntica a la que usan algunos virus para entrar a las células”. Es el caso de los virus como el Zika, el Dengue y la Rubeola.

Así lo explicó Graña: “Quedamos impactados. ¿Cómo es la cosa? ¿Las proteínas de fusión sexual las ‘inventaron’ las eucariotas y luego los virus las cooptaron para invadir células o es una invención de los virus que los eucariotas robamos y por esto tenemos el sexo?”

arqueas
Las especies de arqueas con fusexinas prosperan en ambientes hipersalinos como lagos salados, océanos y salinas.

El tercer jugador.

El dilema no hizo más que motivar a los investigadores. “En bioinformática y en biología computacional somos como hurgadores. Gran parte del trabajo es procesar grandes volúmenes de ‘datos entre la basura’, para eventualmente dar con una perla escondida”, relató Graña.
Y esa perla apareció: “Era una cosa con ciertas ‘marcas de fábrica’ de proteínas fusogénicas, que resultó provenir de arqueobacterias que, aunque morfológicamente parecidas a las bacterias, son una locura. Sobreviven a lo peor (habitan en condiciones extremas de temperatura, por ejemplo) y han poblado la Tierra desde los albores de la vida celular, con un destacado rol en el aumento de complejidad celular que originó a la célula eucariota; por tanto a nosotros mismos”.

Esa “cosa” era una secuencia de una proteína homóloga a HAP2 que fue bautizada Fusexin1 y lleva el número uno porque, según Graña, “creemos que es la primera, es decir el fusógeno primordial”.

La actividad fusogénica fue puesta a prueba en células de riñón de hamsters bebés y se consiguió lo que se buscaba: estas produjeron Fusexin1 y, al hacerlo, empezaron a fusionarse entre ellas. “Esto implica que podría tratarse de la molécula ancestral: la madre de todas las fusexinas, tanto virales como sexuales”, afirmó Graña.

¿Qué tan ancestral es la cosa? Los primeros fósiles de procariotas datan de hace unos 3.500 millones de años. Recién 1.500 millones de años después evolucionaron las primeras células eucariotas. Este hallazgo es un indicio de que las arqueobacterias pudieron intervenir para que sucediera ese cambio.

El científico añadió: “Algo que ignoramos completamente es qué rol cumple Fusexin1 en la naturaleza. Una posibilidad es que sea una orquestadora de procesos de fusión celular e intercambios genéticos. Esto puede tener varias ramificaciones, incluyendo el origen de los virus”. Demostrar cómo operan las fusexinas de arqueobacterias y las proteínas de fusión ya descubiertas podría ayudar a comprender cómo evolucionaron las células desde formas aparentemente simples hasta las formas de vida complejas como usted.

Varios países partícipes y hasta Google.

Este trabajo multidisciplinario implicó varios grupos de investigación de Argentina, Francia, Israel, Suecia, Suiza y Uruguay, así como DeepMind, empresa de Google dedicada al aprendizaje automático que ha sacudido el área de la inteligencia artificial con logros históricos (AlphaGo y AlphaFold). Para el estudio, los investigadores combinaron bioinformática, biología evolutiva computacional, predicción de dominios de proteínas con AlphaFold, cristalografía de rayos X, así como estudios funcionales demostrando que la antigua proteína Fusexin1 funciona como un fusógeno.

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