Las mitocondrias son compartimentos, llamados “orgánulos”, en nuestras células que proporcionan la energía química que necesitamos para movernos, pensar y vivir. Los cloroplastos son orgánulos en plantas y algas que capturan la luz solar y realizan la fotosíntesis. A primera vista, pueden parecer mundos aparte. Pero un equipo internacional de investigadores, dirigido por la Universidad de Bergen, utilizó la ciencia de datos y la biología computacional para demostrar que las mismas ‘reglas’ dieron forma a la evolución de ambos orgánulos, y más, a lo largo de la historia de la vida.
Ambos tipos de orgánulos alguna vez fueron organismos independientes con sus propios genomas completos. Hace miles de millones de años, estos organismos fueron capturados y aprisionados por otras células, los ancestros de las especies modernas. Desde entonces, los orgánulos han perdido la mayor parte de sus genomas, y solo quedan unos pocos genes en el ADN mitocondrial y de cloroplasto moderno. Estos genes restantes son esenciales para la vida e importantes en muchas enfermedades devastadoras, pero se ha debatido durante décadas por qué permanecen en el ADN de los orgánulos, cuando tantos otros se han perdido.
Para una nueva perspectiva sobre esta pregunta, los científicos han adoptado un enfoque basado en datos. Recolectaron datos sobre todo el ADN de orgánulos que fue secuenciado durante la vida. Luego utilizaron modelos, bioquímica y biología estructural para representar una amplia gama de hipótesis diferentes sobre la retención de genes como un conjunto de números asociados con cada gen. Usando herramientas de ciencia de datos y estadísticas, preguntaron qué ideas podrían explicar mejor los patrones genéticos conservados en los datos que compilaron, probando los resultados con datos no publicados para verificar su validez.
“Algunos patrones claros surgieron del modelado”, dice Kostas Giannakis, investigador postdoctoral en Bergen y primer coautor del artículo. “Muchos de estos genes codifican subunidades de máquinas celulares más grandes, que se ensamblan como un rompecabezas. Los genes de las piezas en medio del rompecabezas probablemente permanecerán en el ADN de los orgánulos. »
El equipo cree que esto se debe a que el control local de la producción de estas subunidades centrales ayuda al orgánulo a responder rápidamente al cambio, una versión del llamado modelo ‘CoRR’. También encontraron apoyo para otras ideas existentes, debatidas y nuevas. Por ejemplo, si un producto génico es hidrofóbico, y difícil de importar al orgánulo desde el exterior, los datos muestran que a menudo se retiene allí. Los propios genes codificados mediante enlaces químicos más fuertes también se conservan con mayor frecuencia, quizás porque son más robustos en el duro entorno del orgánulo.
“Estas diferentes hipótesis a menudo se han visto como una competencia en el pasado”, dice Iain Johnston, profesor de Bergen y líder del equipo. “Pero en realidad, ningún mecanismo único puede explicar todas las observaciones: se necesita una combinación. Una fortaleza de este enfoque imparcial basado en datos es que puede mostrar que muchas ideas son parcialmente correctas, pero ninguna lo es exclusivamente, lo que quizás explique el largo debate sobre estos temas. »
Para su sorpresa, el equipo también descubrió que sus modelos entrenados para describir los genes mitocondriales también predijeron la retención de los genes del cloroplasto y viceversa. También encontraron que los mismos rasgos genéticos que dan forma al ADN mitocondrial y del cloroplasto también parecen desempeñar un papel en la evolución de otros endosimbiontes, organismos que han sido capturados más recientemente por otros huéspedes, desde algas hasta insectos.
“Fue un momento increíble”, dice Johnston. “Nosotros, y otros, teníamos la idea de que presiones similares podrían aplicarse a la evolución de diferentes orgánulos. Pero ver este vínculo cuantitativo universal (datos de un orgánulo que predice con precisión patrones en otro y en endosimbiontes más nuevos) fue realmente impresionante. »
La investigación es parte de un proyecto más grande financiado por el Consejo Europeo de Investigación, y el equipo está trabajando actualmente en una pregunta paralela: cómo los diferentes organismos mantienen los genes de los orgánulos que mantienen. Las mutaciones del ADN mitocondrial pueden causar enfermedades hereditarias devastadoras; el equipo utiliza modelos, estadísticas y experimentos para explorar cómo se procesan estas mutaciones en humanos, plantas y más.
Fuente de la historia:
materiales proporcionado por la universidad de bergen. Nota: El contenido se puede editar por estilo y duración.
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