Marie Delattre estaba estudiando las prácticas de reproducción sexual de gusanos microscópicos cuando notó algo inesperado. Bajo el microscopio, un embrión del nematodo mesorhabditis belari Se estaba dividiendo como debería, progresando de una celda a dos y cuatro. Pero dentro de unas pocas células vio una inexplicable lluvia de fragmentos de ADN flotando donde no pertenecían.

"Había ADN por todas partes, dentro y fuera de los núcleos: grandes trozos de ADN", dijo. "Pensé que era un embrión muerto".

El embrión no estaba muerto, pero estaba haciendo algo que normalmente sólo hacen las células muertas: destruir su genoma. "Empecé a intentar rastrear cuándo aparecen estos fragmentos, en qué etapa y cómo se ven", dijo Delattre, bióloga celular de la École Normale Supérieure de Lyon. “Así descubrí que esto no es casualidad. Todos los embriones hicieron esto”.

Lo que Delattre había encontrado y lo que ella y su laboratorio describieron en un artículo publicado en agosto en Current Biology, fue un caso de eliminación programada del ADN (PDE), en el que los organismos parecen eliminar intencionalmente partes de su genoma. Es un fenómeno extraño que va en contra del precepto de que un genoma es un recurso vital y sacrosanto que debe transmitirse fielmente a la siguiente generación.

Hasta ahora, los investigadores han identificado PDE en sólo unas 100 especies en todas las ramas de la vida: ciliados unicelulares con múltiples núcleos hacen PDE; también lo hacen los diminutos gusanos, así como los parásitos intestinales de los caballos, de varios metros de largo, muchos insectos e incluso los pájaros cantores. Pero la PDE puede ser tan difícil de detectar que nadie sabe qué tan común es en realidad. "No es muy conocido ni siquiera entre los biólogos", dijo Delattre.

Además de confirmar la existencia de otro caso de PDE, el nuevo artículo de Delattre también sugiere una explicación. La PDE apunta a una larga lucha entre células y secuencias de ADN que no son útiles para su dueño, o tal vez incluso lo pesan. Al igual que los jardineros, las células deben proteger sus genomas para seguir siendo funcionales y productivas. ¿Qué debe hacer una célula cuando llega la maleza? El nuevo estudio sugiere que algunas especies, como belari, podría simplemente arrancar las malas hierbas usando PDE.

A pesar de su aparente novedad, la PDE se descubrió en los primeros días de la biología molecular, mucho antes de que los investigadores supieran que el ADN es el material genético de la vida. En 1887, el biólogo alemán Theodor Boveri estaba estudiando el desarrollo de parascaris, un nematodo que parasita a los caballos, cuando fue testigo de cómo su gran genoma se fusionaba, fragmentaba y luego se volvía a ensamblar en porciones más pequeñas durante la mitosis. Las piezas faltantes fueron aparentemente destrozadas sin ceremonia.

Durante el siglo XX, los investigadores descubrieron sólo un puñado de otros organismos (ciliados, polillas, copépodos, bandicoots) que hacían PDE, y siguió siendo un concepto marginal. Pero no está claro por qué alguna de esas especies lo hizo.

Para descubrir qué estaba pasando, el laboratorio de Delattre examinó el ADN de un gusano adulto. Los investigadores compararon los genomas de belariLas células de la línea germinal (las células reproductivas especializadas como los espermatozoides y los óvulos) con los genomas de las células somáticas (no reproductivas) del gusano. A los genomas somáticos les faltaban largas cadenas de secuencias presentes en los genomas de la línea germinal. En algún momento entre el crecimiento del embrión de siete células a 32, grandes trozos de ADN desaparecieron.

Luego, los científicos observaron el desarrollo de embriones de nematodos bajo un microscopio. A medida que las células crecieron y replicaron sus genomas, rompieron 20 cromosomas en fragmentos y luego los volvieron a ensamblar en 40 cromosomas en miniatura. La mayoría de los fragmentos se volvieron a unir en este genoma nuevo y más pequeño, pero una fracción sustancial quedó fuera.

En total, el nematodo eliminó un tercio de su genoma. Las secuencias eliminadas no fueron seleccionadas al azar. Había un patrón: en su mayoría eran tramos de ADN muy repetitivos que no codificaban genes en absoluto, descubrió Delattre.

Tramos similares de secuencias repetidas o no codificantes empaquetan los genomas de las células eucariotas. Algunos realizan funciones necesarias. El ADN satélite, por ejemplo, forma estructuras como la heterocromatina y los centrómeros que empaquetan el ADN, mientras que otras secciones repetitivas regulan la expresión genética. Sin embargo, algunas secuencias repetidas no contribuyen a la supervivencia de su huésped e incluso pueden interferir con ella.

Ese grupo incluye transposones, secuencias de ADN autorreplicantes que roban la maquinaria de la célula para copiarse a sí mismas por miles o millones. Esto equivale a un gran hurto molecular, así como a una pérdida de tiempo y energía que la célula debe gastar para suprimir estas secuencias. Las células frenan habitualmente los transposones con marcas epigenéticas que los silencian o interceptando y destruyendo su ARN. Pero algunas especies, como belari, podrá eliminarlos por completo mediante PDE.

Eso es lo que Delattre sospecha que están haciendo sus nematodos. Jonathan Wells, genetista evolutivo de la Universidad de Cornell que estudia los transposones y no participó en el nuevo estudio, está de acuerdo en que los parásitos del ADN son un objetivo probable. Para la gestión de transposones, "cuanto más se mira, más sistemas hay", dijo.

Sin embargo, los transposones y otros tipos de ADN autorreplicante no son necesariamente villanos. Al copiarse repetidamente a lo largo del genoma, los transposones también proporcionan a la célula material fresco que pueden mutar y evolucionar hacia nuevos genes. Células huésped libre y liberalmente. tomar secuencias genéticas a partir de ADN parásito y hacerlos parte del genoma normal – o, para verlo de otra manera, los parásitos se congracian con sus anfitriones lo suficiente como para ser adoptados. "[Los elementos repetitivos del ADN] son ​​el suelo en el que se asientan todos los demás genes", dijo Wells. "Son una rica fuente de novedades".

Dado que los transposones pueden ser tanto dañinos como útiles, la PDE podría tener usos además de combatirlos. Incluso Delattre no está convencido de que los transposones sean toda la historia. Aunque el ADN repetitivo que belari eliminado era dañino, "¿por qué deshacerse del [ADN parásito] solo en las células somáticas y no en la línea germinal?" ella preguntó.

Además de combatir los parásitos, la PDE puede ayudar a las células a optimizar sus genomas a medida que avanzan por las diferentes etapas de la vida. Muchos genes que son críticos para el desarrollo embrionario de un organismo son innecesarios en la madurez. Si una célula puede deshacerse de esos genes, ¿por qué no podría hacerlo en aras de la eficiencia? Un genoma más grande es más difícil de copiar y mantener, y la expresión inapropiada de genes del desarrollo podría causar problemas. En las células somáticas, que no necesitan transmitir un genoma completo a la descendencia como lo hacen las células de la línea germinal, eliminar elementos no esenciales podría ser una estrategia evolutiva ganadora.

Nadie sabe con seguridad por qué ocurre la EDP. Dado que está poco estudiado y contradice muchos conceptos genéticos profundamente arraigados (un papel, que describe cómo algunos pájaros cantores eliminan un cromosoma completo, denominadas “pesadillas mendelianas”, casi cualquier hipótesis podría sostenerse.

Esa es una razón más para que los biólogos amplíen su búsqueda, dijo Delattre: "Si existe en otras especies que no conocemos, tenemos que buscarlo". Al comprender mejor quién utiliza la PDE, los científicos pueden acercarse a comprender por qué algunos organismos tomarían medidas tan drásticas y potencialmente riesgosas para gestionar su genoma. "Creo que es una buena apuesta que la PDE esté más extendida de lo que sabemos", dijo Wells.