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Estudio Revela Indicios de Sensibilidad Ambiental del Aparato Genético que Impulsa la Mutación no Aleatoria para la Adaptación Direccional

Por: William Brown, Biofísico de Resonance Science Foundation

En nuestro estudio  The Unified Spacememory Network: from cosmogenesis to consciousness (La Red del Espaciomemoria Unificada: de la cosmogénesis a la conciencia), describimos cómo las vías de procesamiento de la información cuántica en el sistema genético molecular del organismo biológico, ordenan permutaciones de forma no aleatoria que dan lugar a una adaptación y evolución direccional natural. Los intercambios de información que implican mecanismos cuánticos a nivel molecular del sistema biológico con el entorno y el nexo de entrelazamiento (entanglement nexus) del campo morfogénico del Espaciomemoria, dan una especie de inteligencia natural a la evolucionabilidad de los organismos, permitiendo que se produzcan adaptaciones significativas a un ritmo acelerado más allá de lo que sería posible bajo mutaciones genéticas puramente aleatorias. Como afirma el biólogo evolutivo Andreas Wagner, "la selección natural puede preservar las innovaciones, pero no puede crearlas... las numerosas innovaciones de la naturaleza, algunas increíblemente perfectas, exigen principios naturales que aceleren la capacidad de la vida para innovar" [1].

Esta adaptación direccional de los genes ya se había observado en experimentos con construcciones de knockout (bloqueo) de genes con la especie de bacterias E. coli, en las que, por ejemplo, un gen vital para el metabolismo del azúcar lactosa se elimina o se hace disfuncional introduciendo un pequeño cambio en el código de nucleótidos, cuando se coloca en un medio rico en lactosa, se observa que las bacterias "reactivan" el gen, recuperando la funcionalidad mediante un cambio de base intencionado, en un lapso de tiempo que se acelera más allá de lo que ocurriría si los cambios en el gen se produjeran de forma puramente aleatoria [2].

A menudo, una sustitución de un solo nucleótido, en este ejemplo el cambio de un residuo de adenina por un nucleótido de guanina -lo que se denomina un polimorfismo de un solo nucleótido (SNP)- da lugar a un producto génico alterado, una proteína con una funcionalidad novedosa o una proteína disfuncional en el caso de una patología.

Es casi como si los organismos tuvieran algún aparato sensor del medio ambiente de la maquinaria genética, que permitiera la mutación direccional no aleatoria, y demostrara que las presiones selectivas no son el único factor que determina los resultados de los fenotipos variacionales, recordando la idea de Andreas Wagner de que la selección natural no es la única fuerza en juego y que debe haber otros principios naturales implicados que aceleran la capacidad de los sistemas vivos para generar innovaciones mediante adaptaciones direccionales.

Ahora, en un estudio realizado a través de la Universidad de Haifa en Israel y la Universidad de Ghana, un equipo de investigadores ha encontrado una tasa acelerada de sustitución de nucleótidos de adenina a timina en el gen de la subunidad beta de la hemoglobina humana (HBB), lo que se conoce como la mutación de la hemoglobina S (mutación HbS), que da lugar a una protección sustancial contra la malaria grave en los heterocigotos (y la anemia falciforme en los homocigotos) [3]. Los investigadores señalan que el paludismo ha sido el agente de selección más fuerte que se conoce en los seres humanos en la historia reciente, ya que ha sido una de las principales causas de morbilidad y mortalidad humana, causando a menudo más de un millón de muertes al año en el pasado reciente, lo que hace que este estudio sea especialmente relevante para entender la selección natural a nivel genético molecular y los posibles mecanismos intrínsecos de cambio adaptativo.

Una sustitución de un solo nucleótido da lugar a un SNP, también llamado variante de un solo nucleótido (SNV), que genera un alelo o código genético variante. Los individuos que tienen el mismo SNP de su madre y de su padre son homocigotos para ese loci genes, mientras que los sitios de SNV que son diferentes en el alelo materno y paterno son heterocigotos. 

El estudio comparó las tasas de origen de las mutaciones en las posiciones de las bases objetivo en una región de 6 pb que abarca 3 codones en el gen HBB entre muestras del genoma de poblaciones europeas y africanas, para evaluar si la presión ambiental derivada del aumento de las tasas de infección por malaria en las regiones endémicas tiene algún resultado en la tasa de mutación de novo (que se produce por primera vez) en la subunidad crítica HbS. El estudio descubrió que la mutación de novo de la HbS se aceleró mucho -se produjo con mayor frecuencia- en las muestras del genoma de las poblaciones africanas, donde la generación del alelo (variante del gen) tiene una importancia adaptativa mucho mayor que en los lugares donde la malaria no es endémica.

"Los resultados muestran que la mutación HbS no se genera al azar, sino que se origina preferentemente en el gen y en la población donde tiene importancia adaptativa", dijo el profesor Livnat [de la Universidad de Haifa]. A diferencia de otros hallazgos sobre el origen de las mutaciones, esta respuesta específica de la mutación a una presión ambiental concreta no puede explicarse con las teorías tradicionales. "Nuestra hipótesis es que la evolución está influenciada por dos fuentes de información: la información externa que es la selección natural, y la información interna que se acumula en el genoma a través de las generaciones y repercute en el origen de las mutaciones", dijo Livnat.

J. Shavit, “Groundbreaking study challenges evolutionary theory, says genetic mutations aren’t always random,” Brighter Side News, Feb. 01, 2022. (accessed Feb. 22, 2022).

El estudio es importante para la genética molecular porque es uno de los primeros en medir las tasas de mutación en una posición específica de un par de bases dentro de un solo gen; debido a las limitaciones tecnológicas, la medición de las tasas de mutación se había limitado anteriormente a los promedios de todo el genoma o de todo el tramo de un gen, lo que limitaba la resolución de las tasas de variación a grandes secciones del genoma y excluía las mutaciones puntuales o las subunidades genéticas completas.

Correspondencia entre la frecuencia del alelo HbS y la incidencia de la malaria. La mutación adaptativa HbS se produce con una frecuencia mucho mayor en los lugares donde la malaria es endémica. Si bien esta distribución alélica se esperaría de las presiones selectivas del medio ambiente (selección natural), los investigadores del último estudio descubrieron que esa alta frecuencia no es sólo el resultado de la presión de selección, sino de un mecanismo interno de mayor mutación de novo en el gen que genera la variante alélica.

La novedosa metodología desarrollada por los investigadores, que permite identificar y contabilizar variantes genéticas ultra raras de elección en regiones de interés extremadamente estrechas, permitirá realizar estudios similares de las tasas de mutación de novo en adaptaciones genéticas importantes que implican sustituciones de un solo nucleótido, muchas de las cuales han sido ejemplares en el estudio de la adaptación por mutación aleatoria y selección natural (el modelo convencional de evolución). Además, el conocimiento de alta resolución de las tasas de mutación que permite este novedoso método permitirá realizar estudios detallados de las enfermedades genéticas recurrentes y del cáncer, lo que permitirá comprender mejor las vías genéticas de estas afecciones y los posibles mecanismos para mitigar su deletérea aparición.

El equipo de investigación afirma que todavía no saben qué mecanismos podrían estar en juego para generar un aumento de las mutaciones de novo en este sitio objetivo que confiere beneficios adaptativos -es casi como si los genomas de estas poblaciones llevaran algún tipo de memoria de las presiones ambientales presentes que permite una respuesta adaptativa acelerada en los loci objetivos (lugares de los genes)- pero más estudios de alta resolución de las tasas de polimorfismo de un solo nucleótido a través de estos y otros loci y organismos pueden descubrir los mecanismos moleculares que están involucrados.

Para nuestro equipo de investigación aquí en Resonance Science Foundation, el estudio es emocionante, ya que es una validación empírica del postulado que discutimos en la: Red del Espaciomemoria Unificada, de la adaptación y evolución direccional no aleatoria, y cualesquiera que sean los mecanismos genéticos que puedan estar en juego en la generación de la respuesta no aleatoria del gen observado en el estudio, es muy posible que las vías de información cuántica que hemos descrito sean un componente integral del aparato de detección y respuesta.

Referencias

[1] Wagner A. Arrival of the Fittest: Solving Evolution’s Greatest Puzzle. Penguin Group: NY, New York City, 2014. 

[2] M. Pigliucci, G.B. Muller, Evolution the Extended Synthesis, pg. 33 – 44, Chance Variation Redux, 2010. The MIT Press, Cambridge, Massachusetts; London, England.

[3] D. Melamed et al., “De novo mutation rates at the single-mutation resolution in a human HBB gene-region associated with adaptation and genetic disease,” Downloaded from genome.cshlp.org on February 22, 2022 - Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press. 

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