La hermandad de las doce moscas

Charles Darwin apoyó parte del peso de su modelo evolucionista en sus observaciones de los pájaros de las islas Galápagos. Allí, diversas especies de pinzones se habían desarrollado colonizando distintos entornos geográficos y nichos ecológicos, especializaciones que se reflejaban en la morfología corporal.

El estudio de especies relacionadas entre sí para dibujar sus parentescos evolutivos toma hoy nueva fuerza con las técnicas de secuenciación y análisis de genomas. Gracias a estas tecnologías y tirando del hilo del ADN, los científicos pueden desenredar la madeja evolutiva que liga a las distintas especies e inferir de estos estudios conclusiones fundamentales, que trascienden el terreno de la evolución para ayudar a comprender cómo funcionan los organismos.

Siguiendo la estela de Darwin, un consorcio internacional formado por más de 100 institutos de investigación de 16 países emprendió hace cuatro años el proyecto 12 Genomas de Drosophila, encaminado a decodificar las secuencias genéticas de otras tantas especies de moscas, que integran el árbol genealógico de Drosophila melanogaster, la archiconocida mosca de la fruta que ha prestado un callado servicio a la ciencia como animal de laboratorio desde hace más de 100 años. Esta especie tuvo su genoma secuenciado en 2000. Cinco años más tarde, le siguió el de un pariente próximo, D. pseudoobscura.

Moscas especialistas

Los nuevos resultados, publicados hoy en dos artículos en Nature, a los que seguirán otros 40 trabajos en diferentes revistas, completan el panorama familiar con otras diez especies del género Drosophila, cada una con sus peculiaridades, al estilo de los pinzones darwinianos. Algunas, como la ubicua D. melanogaster, son cosmopolitas y de alimentación variada, mientras que D. mojavensis sobrevive en el árido desierto estadounidense de Sonora, libando el jugo de cactus tóxicos. D. sechellia habita sólo en las islas Seychelles, nutriéndose del fruto de un árbol local. La mayoría son insectos diminutos, pero D. grimshawi, de origen hawaiano, supera 100 veces en tamaño a los demás. Entre D. simulans y D. sechellia, media una distancia genética semejante a la que existe entre los humanos y los primates, pero la enorme mosca hawaiana está tan alejada genéticamente de sus primas de laboratorio como los humanos de los lagartos.

En el estudio de esta familia tan polifacética, hay un principio fundamental que ha guiado el trabajo de los cientos de investigadores involucrados en el megaproyecto: la resolución del genoma de una especie individual aumenta enormemente cuando se compara con genomas relacionados. Además de dibujar la filogenia -ramificación evolutiva- de las distintas moscas, el exhaustivo trabajo ha permitido redefinir el código de D. melanogaster. Gracias al análisis comparativo se han identificado 1.193 genes nuevos, así como cientos de elementos reguladores hasta ahora desconocidos, y se han corregido 414 genes previamente catalogados.

En grandes números, las doce moscas comparten un 77% de sus genes. Todas se parecen en tamaño del genoma y número de genes, unos 14.000. Sin embargo, al aplicar las herramientas bioinformáticas al fino estudio comparativo, surgen los matices. El codirector del proyecto Thomas Kaufman, de la Universidad de Indiana (EEUU), lo explica con el ejemplo de la puerta giratoria: unos genes entran al tiempo que otros salen, manteniendo constante el número, pero introduciendo diferencias que sólo un fino escrutinio comparativo puede dilucidar.

Otro ejemplo de fenómenos que escapan al análisis clásico, y que sólo proyectos a gran escala como éste permiten detectar, es lo que el genetista de la Universidad de Harvard (EEUU) Daniel Hartl define como recableado genético: distintas especies emplean diferentes circuitos genéticos para disparar una misma respuesta -siguiendo con el símil eléctrico, encender la misma luz-.

Dado que la metodología tradicional parte de lo que diferencia a los organismos, estos casos pasaban desapercibidos hasta que la metodología ha permitido desatornillar las cajas negras de los genes para bucear en su interior.

Genes y sus guardianes

Las secuencias de ADN de las 12 moscas que los investigadores han analizado caen en tres grandes categorías. Los genes que codifican proteínas forman el grupo más obvio, pero una segunda clase de elementos del genoma ha motivado los estudios de los biólogos moleculares desde hace décadas. Se trata de las secuencias reguladoras, guardianas de los genes codificantes que deciden cómo, cuándo y con qué intensidad los genes del primer tipo deben elaborar proteínas. A estos dos tipos se han sumado en la última década los genes que no se traducen a proteínas, sino que se limitan a actuar como troqueles donde se forjan las llaves que abren o cierran la producción de proteínas. Son los llamados genes ARN.

Una conclusión interesante del proyecto es cómo estas diferentes jerarquías del genoma se ven afectadas por la evolución. Los investigadores detectan amplias variaciones de unas especies a otras en genes codificantes, sobre todo en los que gobiernan funciones relacionadas con los órganos sensoriales, la reproducción, la inmunidad y el metabolismo. Son todos ellos procesos que en cada especie fraguan de acuerdo a factores determinados por el entorno, como los alimentos disponibles, los depredadores o los parásitos. En el esquema de los pinzones de Darwin, equivaldría a las distintas formas del pico.

Por el contrario, del mismo modo que los pinzones comparten rasgos esenciales, las 12 moscas han conservado casi intactas ciertas secuencias reguladoras al abrigo de los embates del tiempo. Estas firmas evolutivas permitirán a los científicos adentrarse en el conocimiento de la programación genética básica de las células y los organismos.

"La cima está más lejos, pero cada día estamos más cerca"

La sólida posición española en la ‘moscología' mundial se refleja en el consorcio 12 Genomas de Drosophila. Seis instituciones están representadas: CSIC, universidades de Barcelona, Pompeu Fabra, Autónoma de Barcelona y Autónoma de Madrid, así como el Centro de Regulación Genómica, donde investiga Roderic Guigó, experto en desarrollo de software para localización de genes. "Sin la computación no existiría la genómica", dice.

"Pero necesitamos la validación experimental: los modelos no pueden predecir qué fracción del genoma se transcribe", precisa. Su trabajo ha alumbrado una de las mayores sorpresas del proyecto: una de las moscas, D. willistoni, es el único organismo descubierto hasta ahora que carece de genes para producir un tipo de proteínas que reducen la cantidad de selenio. Aún se ignora por qué. El consorcio internacional que publica hoy en Nature concluye: "Este análisis genera más preguntas que las que responde". Guigó lo corrobora: "Según avanza la genómica sentimos que la cima está más lejos de lo que creíamos. Pero también cada día estamos más cerca".