Científicos descubren la incorporación del gen de una especie al genoma de otra

La araña Loxosceles reclusa, conocida como araña parda o araña violinista debido a una marca en forma de violín en la parte dorsal del cefalotórax), es una de las principales causantes de picaduras en el continente americano de donde es originaria. Como otras especies del mismo género Loxosceles, con su mordedura inocula un veneno que produce lesiones en la piel cercana y, especialmente en niños, puede llegar a ocasionar la muerte. Aunque menos tóxica que la conocida Viuda negra, la araña parda es la segunda araña causante de accidentes en países como México o Perú, o la principal en el estado de Oklahoma (EE UU), donde anualmente se informan más de cien picaduras.

Es una araña de unos 9 mm de tamaño (casi 25 contando las patas), emparentada con la Loxosceles rufescens, habitual en España, menos peligrosa, pero también reconocida como responsable de numerosos casos de lesiones necróticas. Se suele, incluso, hablar de ‘loxoscelismo’ para describir los efectos de la mordedura de esta araña. Normalmente, se alimentan de insectos, y tienen hábitos nocturnos, viviendo en zonas oscuras de las casas. El veneno que inocula al morder contiene diversas sustancias, enzimas que provocan reacciones inflamatorias, necrosis (es decir, muerte del tejido) y hemólisis (es decir, descomposición de los glóbulos rojos de la sangre). En concreto, una enzima denominada esfingomielinasa D es la principal responsable de estos efectos destructivos. Desde el punto de vista diagnóstico, la complicación es que la mordedura no suele ser notada en las primeras horas, hasta que comienza a provocar dolor y eritema (inflamación alérgica), así como el comienzo de la degeneración de la piel, que puede llegar a la necrosis en 2 ó 3 días. Posteriormente aparecen úlceras que pueden tardar, incluso con tratamiento, varios meses en desaparecer.

No existe un antiveneno específico contra la acción de la araña parda, aunque para algunos de otras especies del mismo género sí se han conseguido desarrollar. Los investigadores creen que la razón de esta resistencia está en la esfingomielinasa D (SmaseD), una sustancia que se creía única de algunas especies de este género de arañas: ningún otro animal utiliza este veneno. Esto no es raro, porque en el mundo animal los venenos resultan muy específicos (algo que, desde el punto de vista sanitario, complica disponer de antivenenos adecuados y polivalentes). Evolutivamente, parece que el uso de estas sustancias se ha ido desarrollando de forma muy determinada en nichos geográficos diferentes.

Sin embargo, recientemente se descubrió que la actividad enzimática de la araña parda existía en otros seres vivos: algunas cepas patógenas de bacterias Corynebacteria, que afecta a veces a animales estabulados, producen la misma enzima. Las corinebacterias (del griego corunë, bastón nudoso) son bacilos gram-positivos que a veces son patógenas para animales y humanos. La especie más conocida es la C. diphtheriae, causante de la difteria. Otras especies producen efectos en el ganado precisamente gracias a la acción de una toxina casi similar a la SmaseD.

¿Cómo dos especies tan distantes pueden compartir el uso de una toxina tan específica? Parece difícil pensar que fuera un antepasado común el responsable, porque ni hay una cercanía filogenética entre este tipo de bacteria y la araña ni se pueden encontrar otras especies que compartan la misma estrategia. Algo que, en principio, no bastaría para eliminar esta posibilidad, aunque la pone en cuestión.

Los investigadores del Lewis & Clark College de la Universidad de Arizona Greta Binford y Matthew Cordes decidieron aplicar al estudio de la SmaseD técnicas de bioinformática, analizando secuencias genéticas de las diferentes especies, e intentar reconstruir el mecanismo subyacente.

CSI Bacteria

Su estrategia tiene algo de detectivesco: la proteína tóxica tiene una estructura determinada, muy similar en la araña y las bacterias, y los biólogos encontraron una parte de la molécula exactamente igual. Esa proteína, por lo tanto, estaría construida siguiendo una secuencia determinada en el genoma de las diferentes especies, de manera que habría que intentar obtener qué genes estaban implicados en los dos casos. Habitualmente pensamos en la transferencia de genes de una generación a otra, y a los efectos de la evolución, para crear una línea vertical en la que una característica de este tipo podría tener origen en un ancestro común. Pero la propia similaridad de las moléculas juega en contra de esta idea, porque sería más probable (como se comprueba con la gran variedad de proteínas de la misma familia que actúan como veneno en especies emparentadas de forma mucho más cercana) que las variaciones moleculares fueran importantes.

De esta forma, lo parecido de los dos venenos y la gran diferencia entre las especies apuntaba hacia una línea horizontal: el gen responsable habría pasado de una a otra especie, incluso en una época relativamente reciente, porque aún no ha habido un distanciamiento importante. Los resultados de la investigación, que ha durado varios años y ha supuesto secuenciar importantes partes del genoma de varias especies de arañas y de bacterias, ha permitido concluir, con la publicación esta semana en la revista Bioinformatics del artículo, que ese fenómeno de transferencia lateral de genes es el mecanismo que se buscaba. O, empleando un término mucho más de moda, lo que se produjo es un fenómeno de transgenia: un gen de una especie se incorporó en el genoma de la otra. Por el momento, lo que no se sabe es si la transferencia viene en origen desde la araña o desde la bacteria.

Al Natural

No es este el primer caso de transferencia lateral de genes de una especia a otra. Se estima que entre un 10% y un 50% del genoma de las bacterias procede de procesos horizontales de este tipo. Las técnicas de análisis comparado de genomas están permitiendo encontrar este fenómeno como uno de los responsables de una gran variabilidad en especies microbianas, que fácilmente pueden incorporar genes de otras especies con las que conviven (simbiosis). De hecho, se ha comprobado que algunas estructuras actuales de las células fueron originalmente organismos independientes que se acostumbraron a vivir en el interior de otras células (endosimbiosis). El ejemplo más conocido es la mitocondria de las células eucariotas, descrito por Lynn Margulis. Precisamente, algunos biólogos como la propia Margulis intentan llevar al extremo esta posibilidad de transferencia lateral de secuencias genéticas hasta el punto de convertirla en el mecanismo exclusivo del motor evolutivo. No parece, sin embargo, que toda la evolución en la escala genética, pueda ser explicada por esta transgenia natural.