Revelan cómo el ADN puede generar nuevos genes desde cero

Los científicos han descubierto cómo nuestro ADN puede utilizar un "botón genético" de avance rápido para crear nuevos genes desde la nada, que permiten una rápida adaptación a nuestros entornos en constante cambio. La aparición de nuevos genes desde cero ha fascinado a los investigadores desde siempre: ahora, el nuevo estudio ha descubierto un modelo elegante para su evolución.

Una investigación sobre errores de replicación del ADN (ácido desoxirribonucleico) permitió a un grupo de científicos de la Universidad de Helsinki, en Finlandia, descubrir el mecanismo mediante el cual nuestro ADN puede generar nuevos genes desde cero. De esta manera, a través de un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), han comenzado a resolver uno de los grandes misterios de la genética.

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De acuerdo a una nota de prensa, el genoma humano contiene alrededor de 20.000 genes que se utilizan para la construcción de proteínas. Las acciones de estos genes clásicos están coordinadas por miles de genes reguladores, el más pequeño de los cuales codifica moléculas de microARN (ácido ribonucleico), que tienen 22 pares de bases de longitud.

Errores que dan lugar a nuevos genes

Aunque el número de genes permanece relativamente constante, ocasionalmente surgen nuevos genes durante la evolución. Al igual que la génesis de la vida biológica, el origen de nuevos genes de la nada ha subyugado a los científicos desde siempre y aún lo sigue haciendo: si la complejidad de los organismos vivos está codificada en su información genética, la gran incógnita a resolver es de dónde provienen estos genes.

Se sabe que todas las moléculas de ARN requieren series palíndrómicas de bases (trozos de material genético que pueden leerse igual en múltiples sentidos), los cuales bloquean la molécula en su conformación funcional. Sin embargo, los especialistas destacaron que las posibilidades de que mutaciones de bases aleatorias formen gradualmente estas series palindrómicas son extremadamente pequeñas, incluso para los genes de microARN simples.

Debido a esto, el origen de estas secuencias palindrómicas ha desconcertado a los investigadores. Los científicos finlandeses resolvieron este misterio describiendo un mecanismo que puede generar instantáneamente palíndromos de ADN completos, y así crear nuevos genes de microARN a partir de secuencias de ADN previamente no codificantes. En otras palabras, es el mecanismo que permitiría crear genes “desde cero”, destinados a la adaptación evolutiva que marcan los cambios en el entorno con el paso del tiempo.

“El ADN se copia una base a la vez y, por lo general, las mutaciones son bases únicas erróneas, como si se tratara de errores de tipeo en un teclado que se van repitiendo”, indicó en el comunicado el científico Ari Löytynoja, líder de la investigación. Los especialistas descubrieron que los errores de replicación del ADN a veces podían resultar beneficiosos.

¿Un mecanismo universal para el origen de nuevos genes?

Posteriormente, modelaron la historia genética utilizando un algoritmo informático personalizado: lograron el examen más detallado hasta el momento del origen de los genes. Enfocándose en humanos y otros primates, los investigadores demostraron que el mecanismo recién descubierto puede explicar al menos una cuarta parte de los nuevos genes de microARN. Como hallaron casos similares en otros linajes evolutivos, creen que el mecanismo de origen puede ser universal.

Los cambios identificados durante la replicación del ADN permiten que un solo evento de mutación cree la estructura perfecta en el ADN para un nuevo gen: esto es mucho más eficiente que los cambios lentos y graduales que pueden ocurrir con bloques de construcción individuales. En el árbol genealógico de los primates, los científicos encontraron más de 6.000 de estas estructuras, que podrían haber dado lugar a alrededor de 18 genes de miARN nuevos en humanos.

Por último, los investigadores destacaron que los nuevos genes de microARN podrían afectar potencialmente a la salud humana. Algunos de esos genes ya han mostrado importancia funcional, por ejemplo influyendo en la respuesta antiviral en primates. Además, parte de este material genético se segrega entre las poblaciones humanas, indicando que el proceso está activo y se encuentra dando forma a nuestros genomas en este momento.

Referencia

Generation of de novo miRNAs from template switching during DNA replication. Ari Löytynoja, Heli A. M. Mönttinen et al. PNAS (2023). DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2310752120