Las proteínas queman sus puentes evolutivos

Publicado online el 23 de septiembre de 2009 | Nature | doi: 10.1038/news.2009.940

Las proteínas queman sus puentes evolutivos

Las mutaciones pueden establecer cambios genéticos de forma irreversible.
Elie Dolgin

[Estudios sobre el receptor de los glucocorticoides reafirman la idea de que la evolución no es reversible. Wikipedia]

El tiempo siempre va hacia adelante y así lo hace la evolución, según un nuevo estudio que muestra que los cambios proteicos que han sucedido a lo largo de decenas de millones de años pueden evitar cambios moleculares y hacer que la evolución sea irreversible.

“Este camino hacia atrás no es accesible a la selección”, afirmó el autor del estudio Joe Thornton, biólogo de la evolución molecular de la Universidad de Oregón en Eugene. “Es una prueba fuertemente apoyada de que la contingencia desempaña un papel importante en la evolución.”

Hace más de un siglo, el paleontólogo belga de origen francés Louis Dollo propuso que la evolución no puede volver sobre sus pasos para restaurar un rasgo perdido, una idea que ha permanecido polémica. Denominada ley de Dollo, esta propuesta tenía un cierto atractivo para muchos biólogos evolucionistas. Por ejemplo, las ballenas y las serpientes nunca recuperaron las piernas, y las aves no volvieron a adquirir los dientes. Pero más recientemente, algunos estudios han demostrado que los genes silenciados y los programas de desarrollo inactivos se podían reactivar, lo que ha llevado a muchos investigadores a creer que la evolución puede volver atrás.

La flecha de la evolución
Thornton y sus colegas decidieron poner a prueba la ley de Dollo a nivel molecular. Se centraron en el receptor de los glucocorticoides (GR), una proteína que se une la hormona cortisol para regular la respuesta al estrés y otras funciones en los seres humanos y otros vertebrados. El equipo de Thornton había demostrado que el primer GR evolucionó hace más de 400 millones de años de un receptor ancestral que fue activado por un trío de hormonas: cortisol, aldosterona y deoxicorticosterona1. En el transcurso de 40 millones de años, la proteína ancestral adquirió 37 alteraciones en los aminoácidos, uniéndose al cortisol para producir el “moderno” GR2.

Mediante ingeniería protéica, los investigadores han deshecho siete mutaciones que afectaban a la unión con el cortisol, pero el receptor resultante no era funcional y no se unía a ninguna hormona. Para determinar si otras mutaciones podrían estar teniendo un efecto sobre la función del receptor, el equipo analizó la estructura tridimensional de la proteína e identificó cinco mutaciones adicionales. Estas mutaciones adicionales no afectaban a la especificidad de la unión con el cortisol, sino que impedían al receptor hacer su trabajo correctamente. Cuando los investigadores también invirtieron estas mutaciones, la proteína se transformó nuevamente en su estado funcional ancestral y se podía unir a las tres hormonas.

Aunque es técnicamente posible dar marcha atrás a los cambios moleculares, admitió Thornton, tal cambio no podría ser impulsado por la selección natural. Deshacer las cinco mutaciones en ausencia de los otros siete cambios tuvo consecuencias negativas o neutras en la función de la proteína, por lo que no estaría favorecido por la evolución, informaron los investigadores en Nature3. “Las posibilidades de que ocurra una reversión son sumamente pequeñas”, declaró Thornton. “Es prácticamente imposible.”

Huellas del tiempo
El estudio revela cómo las interdependencias entre los aminoácidos pueden limitar el alcance de la evolución, afirmó Günter Wagner, biólogo del desarrollo evolutivo en la Universidad de Yale. “Puesto que [las mutaciones adicionales] no son selectivas, pueden volver a mutar, quemando así el puente que se acaba de cruzar”, aseguró.

Michael Rose, biólogo evolutivo en la Universidad de California, Irvine, afirmó que la demostración experimental de la irreversibilidad era “impresionante”, pero no del todo sorprendente. “Que este fenómeno se aplique en esta escala de tiempo es lo que todo biólogo evolutivo esperaría”, declaró. Pero a corto plazo, la selección a menudo se remonta a sus viejas costumbres. Por ejemplo, a principios de este año, Rose y sus colegas demostraron que las moscas de la fruta que se habían diversificado durante décadas de selección en el laboratorio volvieron a su estado ancestral después de sólo dos años de selección inversa4. El estudio de Thornton, por el contrario, “ilustra la importancia del tiempo en la biología evolutiva”, añadió Rose.

Sin embargo, Fedor Kondrashov, genetista evolutivo del Centro de Regulación Genómica de Barcelona, España, no está de acuerdo. “No hay absolutamente nada imposible en revertir lo que ha sucedido”, afirmó. En lugar de centrarse en “la inversión de la reversibilidad” de los autores, afirmó Kondrashov, el artículo pone de relieve la probabilidad de que las trayectorias evolutivas particulares dependan de la genética y la estructura de una proteína. “Realmente necesitamos este tipo de ejemplos”, añadió.