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Científicos uruguayos lideran tacto vinculado al origen de la reproducción sexual

La fusión del óvulo y el espermatozoide
para dar origen a un nuevo individuo ha fascinado a la ciencia por más de 150
años. Cómo surge este proceso es solo una de las preguntas que se hacen los
científicos. Ahora, un grupo de investigadores de centros internacionales entre
los que se cuenta el Institut Pasteur de Montevideo determinó que la proteína
responsable de esta fusión de células —una característica crucial de la
reproducción sexual en plantas y animales— podría haber surgido en arqueas
—microorganismos similares a bacterias— mucho antes que la propia célula
eucariota y su vida sexual, hace unos 3.000 millones de años.

El trabajo fue publicado esta semana en la
revista Nature Communications e ilustra cómo
la naturaleza obra frecuentemente como una “ingeniera/artesana chapucera”,
sostuvo Martín Graña, investigador de la Unidad de Bioinformática del IP
Montevideo que participó en la investigación.

“Efectivamente, la evolución opera con el
material disponible en un momento dado. En biología, muchas innovaciones
morfológicas y moleculares han sido combinaciones y/o reutilizaciones de piezas
preexistentes, como cuando jugando al LEGO surgen diseños y funciones no
pensadas para las formas originales”, agregó Graña. Del instituto, también
participó el doctorando Mauricio Langleib, y Héctor Romero de Facultad de Ciencias (Udelar).

En la reproducción sexual, un nuevo
individuo se construye a partir de la combinación de las dos mitades genéticas
de madre y padre. Este proceso universal existe desde los albores de la vida
eucariota, que hace referencia a organismos con células con núcleo definido,
desde amebas hasta cebras, por ejemplo.

El Institut Pasteur informó que la fusión,
a desemejanza de la división celular que sucede todo el tiempo para generar más
células, solo se produce en ocasiones especiales. Esto ocurre durante el sexo
(en la fertilización o el apareamiento) y también en la construcción de
músculos y huesos en vertebrados, o la placenta humana. Una fusión celular
descontrolada sería letal para cualquier organismo; basta imaginar células
cerebrales fusionadas con las de la hocico o las manos. Para evitar este
descontrol, plantas y animales usan proteínas especiales llamadas fusógenos,
que gestionan cuándo y dónde ocurre el proceso.

“Se trata de pocas proteínas que hacen un
trabajo ingente. Son quizás unas decenas o centenas de proteínas que
fusionan células que son 10.000 veces más grandes, lo que explica por qué para
la ciencia ha sido difícil su identificación. De acto, aún no conocemos el
fusógeno sexual de vertebrados, incluyendo al ser humano. Lo que sí se sabe es
que en plantas, animales invertebrados y protozoarios, la proteína que fusiona
gametas es la llamada HAP2”, informó el instituto.

Pero, además,
en los últimos cinco años, la ciencia también halló que HAP2 tiene la misma
forma que las proteínas de fusión presentes en algunos virus como el Zika,
Dengue, Rubeola y que permiten al patógeno invadir organismos eucariotas. Esta
similitud plantea el dilema respecto al origen evolutivo de estas proteínas: ¿fueron
una invención eucariota cooptada por los virus, o a la inversa?

Un boquete más

El equipo internacional dio un boquete más, demostró
que criaturas tan antiguas como las arqueas contienen una proteína homóloga a
HAP2, a la que llamaron Fusexin1. Su actividad fusogénica se demostró en
células de hamsters que, al producir Fusexin1, desencadenaron la fusión de
gametos. Esto implica que podría tratarse de la molécula ancestral: la madre de
todas las “fusexinas”, tanto las virales como las sexuales, afirmó Graña.

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

A futuro, los siguientes boquetes serán
comprender mejor el rol que cumple Fusexin1 en arqueas y establecer la historia
evolutiva que conecta a la antigua Fusexin1 con la más reciente HAP2 eucariota.
Asimismo, las fusexinas de arqueas y las proteínas de fusión ya descubiertas
podrían ayudar a comprender cómo evolucionaron las células desde formas
aparentemente simples hasta las formas de vida complejas que hoy se reproducen
sexualmente.    

Montevideo Portal

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