Los mocos, un ¨¦xito inevitable de la evoluci¨®n

Sin mocos la vida ser¨ªa muy complicada, sino imposible. Esa sustancia viscosa impide que los caracoles y muchos otros animales se desequen. El muccus de la piel de muchos peces es su principal protecci¨®n ante amenazas externas. En los mam¨ªferos, esta especie de plasma lubrica y protege las paredes de coraz¨®n, pulmones, est¨®mago... En los humanos, las mucosidades lo mismo sirven para facilitar el tr¨¢nsito de los alimentos que como barrera contra los virus. Son tantas y tan importantes sus funciones que se supon¨ªa que los genes que expresaban las prote¨ªnas encargadas de secretarlo (las mu...

Sin mocos la vida ser¨ªa muy complicada, sino imposible. Esa sustancia viscosa impide que los caracoles y muchos otros animales se desequen. El muccus de la piel de muchos peces es su principal protecci¨®n ante amenazas externas. En los mam¨ªferos, esta especie de plasma lubrica y protege las paredes de coraz¨®n, pulmones, est¨®mago... En los humanos, las mucosidades lo mismo sirven para facilitar el tr¨¢nsito de los alimentos que como barrera contra los virus. Son tantas y tan importantes sus funciones que se supon¨ªa que los genes que expresaban las prote¨ªnas encargadas de secretarlo (las mucinas) ya estaban ah¨ª cuando las distintas especies empezaron a divergir hace millones de a?os. Sin embargo, investigadores estadounidenses han descubierto que algunas mucinas han evolucionado en distintas especies desde diferentes prote¨ªnas que no sab¨ªan hacer mocos. Habr¨ªan descubierto, por tanto, uno de los raros mecanismos de evoluci¨®n convergente en paralelo.

Durante sus investigaciones, Stefan Ruhl y sus colegas observaron algo inesperado. Ruhl es profesor de biolog¨ªa oral en la Universidad de Buffalo (Estados Unidos) y uno de los autores del descubrimiento de estas nuevas mucinas, publicado en la revista cient¨ªfica Science Advances. En su laboratorio estudian las complejas interacciones entre la saliva, las bacterias y su impacto en los dientes. La saliva es casi toda agua, pero tambi¨¦n es moco. Entre las 309 prote¨ªnas diferentes presentes en el fluido salival, destacan dos tipos de mucinas defensoras. Por su composici¨®n y morfolog¨ªa se acoplan a virus y bacterias neutraliz¨¢ndolas, protegiendo as¨ª contra la caries. Adem¨¢s, facilitan el tr¨¢nsito de los alimentos.

¡°Est¨¢bamos interesados en una mucina humana llamada MUC7, porque interact¨²a con muchas especies bacterianas en la boca¡±, cuenta Ruhl. Bi¨®logos de su universidad le comentaron que los ratones carec¨ªan de esta prote¨ªna y el gen que la expresa. Los roedores tambi¨¦n tienen lengua, gl¨¢ndulas salivales y su propia saliva, pero su camino para obtenerla resulta ser otro. ¡°Descubrimos que un gen sorprendentemente similar ha evolucionado de forma independiente (es decir, de manera convergente) en ratones y que codifica una prote¨ªna muy similar [la Muc10]¡±, a?ade.

Ruhl y su colega Omer Gokcumen, profesor de Ciencias Biol¨®gicas en la misma universidad y coautor del estudio, quedaron intrigados y decidieron investigar m¨¢s a fondo. Quer¨ªan saber si se trataba de algo ¨²nico, de una excepci¨®n, o si se trataba de un mecanismo que la evoluci¨®n utiliza con mayor frecuencia para crear mucinas. ¡°Nuestro nuevo descubrimiento fue que este es un mecanismo bastante frecuente. Tambi¨¦n encontramos que ciertos grupos de genes parecen servir como origen o cunas preferidas para estas mucinas hu¨¦rfanas¡±, explica el investigador.

¡°Nuestro nuevo descubrimiento fue que este es un mecanismo bastante frecuente¡±

Stefan Ruhl, profesor de Ciencias Biol¨®gicas de la Universidad de Buffalo, Estados Unidos

El misterio de las mucinas hu¨¦rfanas

Por hu¨¦rfanas, los investigadores se refieren a prote¨ªnas expresadas por genes que no proceden del mismo ancestro com¨²n. En teor¨ªa y por l¨®gica, la mayor¨ªa de los genes con funciones similares vienen de la duplicaci¨®n de un gen ancestral y as¨ª sucede con la mayor¨ªa de las mucinas conocidas hasta ahora. Lo explica Gokcumen: ¡°Un gen existente se duplica conservando sus funciones originales. Luego, la copia duplicada adquiere nuevas mutaciones que afinan su funci¨®n de una nueva forma. Por ejemplo, los aproximadamente mil genes de receptores olfativos, que nos ayudan a percibir los diferentes olores, son copias unos de otros¡±. Comparten la misma estructura y funci¨®n, con la excepci¨®n de peque?os cambios en la parte receptora que les permiten distinguir entre aromas. Pero hay algunas mucinas, las hu¨¦rfanas, que no encajan en este escenario.

Tras comparar el genoma de 45 especies de mam¨ªferos, el equipo liderado por Ruhl y Gokcumen ha identificado 28 posibles mucinas que habr¨ªan ganado su nueva funci¨®n en distintos eventos evolutivos. Para identificarlas, los investigadores partieron de las mucinas ya conocidas. La caracter¨ªstica que mejor las definen es que est¨¢n compuestas de series de tres amino¨¢cidos (las mol¨¦culas que componen las prote¨ªnas) recubiertas de az¨²cares que se repiten. A estas series se las conoce como repeticiones PTS, por las siglas de los amino¨¢cidos. En el caso de las mucinas bucales de humanos y ratones, su secuencia gen¨¦tica no es lo suficientemente similar como para apostar por un ancestro com¨²n. As¨ª que descartan que se trate de duplicaci¨®n g¨¦nica y apuestan por otro mecanismo por el que otro gen se modifica con el a?adido de aquellas repeticiones de amino¨¢cidos, gracias a las repeticiones PTS.

¡°Una prote¨ªna que no es una mucina se convierte en una mucina simplemente al obtener repeticiones. Este es un mecanismo relevante con el que la evoluci¨®n crea las babas. Es un truco evolutivo, y ahora documentamos que esto sucede una y otra vez¡±, dice Gokcumen en una nota de su universidad. En un correo pone un ejemplo de dos de las especies analizadas para destacar el impacto de este proceso: ¡°Una misma prote¨ªna ancestral, PROL1, ha ganado la funci¨®n de mucina tanto en los rinocerontes como en los ratones. El mismo gen (entre decenas de miles) ha sufrido un proceso de mucinizaci¨®n en dos linajes independientes ?Qu¨¦ posibilidades hab¨ªa? Esto supone que este gen puede estar predispuesto a ganar la funci¨®n de una mucina¡±. Son las cunas de las que hablaba Ruhl.

Genes y pangolines

Estos genes predispuestos a ganar una nueva funci¨®n ser¨ªan, seg¨²n los autores del estudio, aquellos que expresan prote¨ªnas ricas en los amino¨¢cidos que hay tras las siglas PTS, prolina, treonina y serina. Es el caso del gen mencionado en el p¨¢rrafo anterior, PROL1. En los humanos no tiene funciones de mucina, interviene en la creaci¨®n de las l¨¢grimas. En los roedores, la mucina Muc10 tiene al gen PROL1 como precursor, se expresa en la saliva, pero no en las gl¨¢ndulas lacrimales.

Otro ejemplo a¨²n m¨¢s llamativo tiene por protagonista al extra?o pangol¨ªn. Identificaron dos nuevas mucinas en su genoma que muestran homolog¨ªa (similitud en sus secuencias) con dos genes humanos, uno de ellos es, de nuevo, PROL1. Una diferencia respecto de los humanos es que han ganado repeticiones PTS en los extremos de sus secuencias. No se sabe qu¨¦ hacen esas mucinas, pero la saliva del pangol¨ªn es puro moco, tan pegajosa como la del oso hormiguero. Durante decenios se crey¨® que pangolines y osos hormigueros estaban emparentados gen¨¦ticamente. Hoy se les considera un ejemplo m¨¢s de convergencia evolutiva. Algo parecido pasa a nivel gen¨¦tico con los mocos.

El principal autor del estudio es Petar Pajic, estudiante de doctorado con Gokcumen. En una nota de su universidad sostiene que lo que han descubierto podr¨ªa ir m¨¢s all¨¢ de las 28 posibles nuevas mucinas: ¡°Si estas mucinas siguen evolucionando a partir de prote¨ªnas que no lo son una y otra vez en diferentes especies y en diferentes momentos, esto sugiere que existe alg¨²n tipo de presi¨®n adaptativa que las hace beneficiosas¡±. Pero, por otro lado, a?ade: ¡°Si este mecanismo se sale de sus ra¨ªles, ocurriendo demasiado o en el tejido equivocado, entonces podr¨ªa conducir a enfermedades, como ciertos tipos de c¨¢ncer o enfermedades de las mucosas¡±. Su profesor, Gokcumen, concluye convencido: ¡°La mucinizaci¨®n le pasa a las mucinas. Pero una ganancia de funci¨®n similar relacionada con la repetici¨®n puede suceder en otros genes con consecuencias funcionales desconocidas¡±.

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