Mutaciones: cuando los beneficios estabilizarse

Las mutaciones benéficas dentro de una población bacteriana se acumulan durante la evolución, pero el rendimiento tiende a alcanzar una meseta. En consecuencia, los modelos teóricos de evolución hay que tener en cuenta un «efecto de frenado» en los beneficios previstos en la supervivencia y la reproducción de los organismos. Este fenómeno (conocido como epistasis negativo) tiene, por primera vez, se ha demostrado experimentalmente por una colaboración franco-americana, incluyendo un equipo de la adaptación Laboratoire et des Pathogénie Microorganismos (CNRS / Université Joseph Fourier). Los resultados se publican en Science el 3 de junio de 2011.

Este estudio fue posible gracias a un experimento único en el mundo, llevado a cabo en un laboratorio de la Universidad Estatal de Michigan por más de veinte años. Bacteria Escherichia coli se cultivan en el laboratorio de la noche y de día, 365 días al año, y los investigadores toman muestras de las poblaciones a intervalos regulares con el fin de analizar su evolución. En el transcurso de este experimento de largo, se ha demostrado que algunas bacterias-el que mejor se adapte al medio ambiente – ganar ventaja sobre el resto de la población como las generaciones pasan. En otras palabras, la selección natural está en el trabajo. La conservación de cepas bacterianas a través de la congelación permite a los investigadores realizar un seguimiento de la memoria de esta evolución. Mejor aún, pueden «revivir» a voluntad la cepa ancestral y todas las cepas aisladas a lo largo de la evolución con el fin de comparar las bacterias al final de, por ejemplo, 50.000 generaciones (que, en la escala humana, corresponde a casi dos millones de años). De esta manera, son capaces de cuantificar la adaptación de las bacterias a su entorno a través del tiempo, mediante la evaluación de la tasa de reproducción (o «fitness») de las cepas de los últimos en comparación con la de los más antiguos de las cepas. La persona encargada de este estudio, Richard Lenski, que se inició la colaboración con varios laboratorios internacionales, incluido equipo de Dominique Schneider. El uso de técnicas modernas de la genómica – el análisis de genomas completos en lugar de sólo varios genes, como era el caso anteriormente – hace que sea posible caracterizar a fondo las mutaciones que ocurren durante la evolución bacteriana y, en particular aquellos que tienen un efecto beneficioso, responsable de un aumento en el valor selectivo de la población. Aquí, los investigadores se centraron en las interacciones entre algunas de estas mutaciones. Después de haber identificado los primeros cinco mutaciones beneficiosas combinadas sucesivamente y de manera espontánea en la población bacteriana, los científicos genera, a partir de la cepa bacteriana ancestrales, 32 cepas mutantes que presentan todas las combinaciones posibles de cada uno de estos cinco mutaciones. A continuación, señaló que el beneficio vinculado a la presencia simultánea de cinco mutaciones fue menor que la suma de los beneficios individuales otorgadas por cada mutación individual. Epistasis por lo tanto tiende a reducir el beneficio otorgado por nuevas mutaciones beneficiosas, tal y como aparecen en el cada vez más los individuos mejor adaptados, un fenómeno que explica la desaceleración en el valor adaptativo, observó que los organismos seguir adaptándose. Por lo tanto, las mutaciones beneficiosas se acumulan durante la evolución, pero por otro lado, el rendimiento de la población bacteriana tiende a nivelarse. Modelos teóricos evolutivos, que se utilizan para predecir los resultados, por lo tanto, deben tener en cuenta de un «efecto de frenado», vinculado a la epistasis negativo en el beneficio esperado en la supervivencia y el potencial reproductivo de los organismos. Por otra parte, este trabajo demuestra la existencia de redes de genes interconectados, y sugiere que puede ser posible asignarlos a fin de comprender mejor y anticipar sus interacciones.

Referencias:

Epistasis negativa entre las mutaciones beneficiosas en una evolución de la población bacteriana, Aisha I. Khan, M. Duy Dinh, Dominique Schneider, Richard E. Lenski y Tim F. Cooper – Ciencia.

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