Los genes indispensables para la supervivencia de una célula no mostraron una tasa menor de mutaciones que otros genes en un análisis de la bacteria Escherichia coli y la levadura de panadería. El resultado cuestiona la idea de que la evolución haya reducido especialmente las mutaciones en esos genes, aunque no resuelve si ocurre lo mismo en plantas o animales.
Sofia Radrizzani y Laurence Hurst, de la Universidad de Bath, reunieron datos de experimentos anteriores para examinar cómo se distribuyen las mutaciones espontáneas. Su trabajo, publicado el 12 de noviembre en PLOS Biology, busca distinguir los cambios que aparecen en el ADN de los que sobreviven a la selección natural y llegan a detectarse.
La distinción importa para estudiar la evolución. Una mutación es un cambio en el ADN; la selección natural puede favorecer o eliminar variantes según sus efectos en la supervivencia y la reproducción. Si una alteración perjudica a un gen del que depende la célula, es posible que esa célula desaparezca antes de que los investigadores registren el cambio.
Hurst llama a esos cambios no observados "mutaciones fantasma". Su presencia potencial puede hacer que un gen parezca mutar menos cuando parte de las mutaciones se perdió antes de la medición. Eso es una explicación posible del sesgo, no una demostración de que explique cada resultado anterior.
Cómo compararon las mutaciones
El equipo volvió a analizar registros de experimentos de acumulación de mutaciones, diseñados para reducir el efecto de la selección natural mientras varias líneas de microorganismos se reproducen. No se trató de un nuevo experimento de laboratorio realizado para este artículo.
Para E. coli, los investigadores reunieron más de 3,500 mutaciones espontáneas bien identificadas, de las cuales más de 2,500 estaban en secuencias codificantes. En la levadura Saccharomyces cerevisiae combinaron cuatro conjuntos con 4,600 mutaciones, incluidas 3,404 asociadas a secuencias codificantes.
Después compararon la densidad de mutaciones por longitud de ADN con propiedades de cada gen. Entre ellas figuraban su carácter esencial, la abundancia de la proteína que produce y su posición en el genoma. Los genes esenciales se identificaron mediante datos experimentales sobre lo que ocurre cuando se eliminan, en condiciones determinadas.
"En ninguna de las dos especies estos genes clave tuvieron una tasa de mutación menor", dijo Hurst en un comunicado de la Universidad de Bath. El análisis tampoco encontró una tasa menor para los genes asociados a proteínas más abundantes.
Los autores aplicaron pruebas para buscar señales de que la selección hubiera alterado los registros y concluyeron que no parecía haberlos sesgado de forma importante. Esa comprobación reduce una preocupación metodológica, aunque no demuestra que se hayan registrado todas las mutaciones posibles.
También utilizaron simulaciones para examinar una apariencia engañosa: los genes largos parecían tener una densidad de mutaciones mayor. Un patrón parecido surgió al repartir cambios al azar, lo que llevó a los autores a tratar la relación como un artefacto estadístico en ese análisis.
Las tasas sí varían dentro del genoma
El estudio no sostiene que todas las partes del ADN muten con la misma frecuencia. En la levadura, los genes que se copiaban más tarde durante la duplicación del ADN tendían a presentar tasas mayores. En E. coli, la composición del ADN también apareció entre los factores asociados a diferencias en la densidad de mutaciones.
Que una mutación sea aleatoria en este contexto significa que no surge porque resulte útil para el organismo. Distintas regiones del genoma pueden tener probabilidades de cambio diferentes sin que eso contradiga por sí solo la teoría evolutiva convencional.
Hubo otro matiz en la bacteria: los genes con más transcritos de ARN, una medida de su actividad, podían mostrar una tasa ligeramente menor. Los autores estimaron que esa asociación explicaba menos del 0.5% de la variación entre genes y no encontraron el mismo patrón en la levadura. El dato deja abierta la interpretación del mecanismo y no equivale a demostrar que los genes esenciales estén protegidos.
Los investigadores también compararon sus resultados con datos de bacterias modificadas que carecían de un sistema de reparación de errores del ADN. Esas líneas mostraron patrones diferentes, por lo que los autores advierten que pueden no representar bien las tasas de bacterias con ese sistema intacto.
El debate que sigue abierto en otras especies
En 2022, un equipo encabezado por J. Grey Monroe publicó en Nature un estudio sobre la planta Arabidopsis thaliana. Sus autores informaron que ciertas regiones y genes esenciales presentaban menos mutaciones y propusieron una relación entre ese patrón y mecanismos de reparación del ADN.
Esa investigación recibió críticas metodológicas. En una respuesta publicada en 2023, Monroe y sus colegas reconocieron algunas fuentes de error, pero defendieron sus conclusiones con otros análisis y evidencia sobre la reparación del ADN en plantas. Esa respuesta precede al nuevo artículo de Bath y no es una reacción a él.
Los resultados de bacterias y levaduras aportan una prueba a un debate más amplio, pero no reproducen directamente el experimento de la planta. Tampoco permiten descartar efectos demasiado pequeños para detectarlos con estos datos ni establecer qué sucede en seres humanos. Para Hurst y Radrizzani, los hallazgos en los organismos analizados no justifican cambiar el modelo evolutivo convencional; comprobar su alcance en otros seres vivos requiere más investigación.
