BIOGENIC Biólogos Genetistas Colombianos

Por Leonardo Galindo

La palabra clon causa en ocasiones consternación entre nosotros; clonar animales o personas son pensamientos que despiertan inquietudes éticas y morales profundas, y aunque para muchos la clonación parece ser algo creado en el ámbito científico, a muchos les asombraría saber que los clones han estado aquí desde la época en que se originó la vida.

¿Pero que es un clon realmente? En biología hablamos de organismos clonales cuando tenemos dos o más individuos genéticamente iguales, es decir cuya secuencia del genoma (todos los caracteres consecutivos que conforman su ADN), es la misma. Este es un evento que para muchos de nosotros es difícil imaginar, o algo que solo unos pocos se dedicarían a estudiar. Sin embargo, los clones no son entidades producidas exclusivamente en un laboratorio. De hecho los primeros organismos sobre la faz de la tierra, cuyos descendientes son aún hoy en día a mi parecer los seres vivos más exitosos, eran clones bacterianos. Las bacterias son organismos unicelulares cuyo material genético (ADN) no esta contenido en un núcleo. Estos organismos se reproducen comúnmente por un proceso conocido como fisión binaria (aunque existen otros procesos de reproducción que ocurren en menor medida), en el cual la célula madre crece y produce dos copias exactas del material genético, para finalmente dividirse en dos células, cada una de las cuales recibe una copia del ADN, dando como resultado dos organismos clonales de forma natural (este mecanismo de reproducción es también llamado asexual, pues los descendientes no tienen material genético de dos progenitores como ocurre en la reproducción sexual). La fisión binaria ocurre de forma exponencial, de modo que a partir de una bacteria miles de clones se crean al cabo de pocas horas.

Sin embargo, existe una contradicción evidente entre aquello que empieza como un clon pero no termina como tal. Incluso los organismos clonales dejan de serlo eventualmente debido a errores cometidos en la replicación del ADN (un tipo de mutación), previo a la división celular. Aunque al parecer las bacterias tienen tasas de mutación tan bajas como un cambio en 100 millones de bases (las bases son los caracteres que conforman el ADN) por cada generación, el hecho de que la multiplicación bacterial sea exponencial hace que estas tasas de mutación se incrementen de manera concordante [1]. A dichas mutaciones se suman las que surgen en consecuencia de las presiones ambientales; por ejemplo, cuando las bacterias son sometidas a medios en condiciones en las que nutrientes específicos son limitados, se genera una condición de estrés fisiológico que resulta en crecimiento reducido y tasas de mutación más altas de lo normal [2]. Como resultado, aunque luego de la primera fisión binaria los dos organismos son clonales, al cabo de unas horas ya es posible tener grupos de bacterias donde se puede encontrar un buen porcentaje de diferencia en los caracteres que conforman la información genética.

Estos cambios intrínsecos debido a los errores cometidos por los mecanismos encargados de la duplicación del material genético, junto a la recombinación y flujo de genes, han permitido que dependiendo de las presiones ambientales, ciertos organismos con ventajas reproductivas prevalezcan frente a otros. Experimentos en laboratorio indican que la alteración de las proteínas encargadas de la duplicación del material genético, producen tasas de mutación más altas de lo normal, que alteran las características fenotípicas y fisiológicas de los mutantes [3]; por lo tanto, las bacterias con tasas de mutación diferente pueden tener una ventaja de crecimiento, mostrando que la diversificación puede ser útil a la hora de un estrés externo, pues ciertas poblaciones pueden finalmente tener una ventaja reproductiva ante condiciones cambiantes. Este fenómeno ocurre así mismo en poblaciones naturales en donde las mutaciones producidas a medida que las bacterias se duplican, generan individuos con características de crecimiento divergentes, lo cual resulta ventajoso a la hora de encontrarse con ambientes así mismo distintos [4]. A pesar de que en ocasiones las tasas de mutación altas pueden ser favorables ante un cambio ambiental, un incremento desproporcionado pueden empezar a introducir cambios que alteren procesos fundamentales, generando incluso la muerte de la colonia [5]. Aunque las poblaciones bacterianas pueden cambiar sus tasas de mutaciones debido a las influencias externas, propiciando niveles de estabilidad variables [6], esto no quiere decir que el ambiente moldee la evolución bacteriana de manera direccionada, pues los cambios en las tasas de mutación son en general una respuesta de estrés fisiológico, que generan mutaciones en el ADN mas o menos aleatorias, de las cuales algunas pueden ser favorables para enfrentar una condición ambiental determinada.

Posiblemente uno de los ejemplos más claros de la existencia de este hecho es la resistencia a antibióticos generada por ciertas bacterias patogénicas. Cuando una persona tiene una infección bacteriana los doctores usan en ocasiones antibióticos para acabar con la enfermedad. Sin embargo, al mismo tiempo que nosotros tratamos de combatir la infección con medicinas, las bacterias también se están reproduciendo e introduciendo pequeños cambios en el genoma en cada ciclo de replicación, o poseen genes de resistencia a ciertas sustancias antimicrobianas. Tanto la posesión de genes resistentes como la introducción de mutaciones, permiten la supervivencia de algunas bacterias, lo cual resulta eliminación de las bacterias no resistentes. Como las únicas bacterias restantes son las resistentes, ellas pueden ahora multiplicarse y ocupar el lugar de las eliminadas creando una nueva población de bacterias predominantemente resistentes.

Las bacterias nos son más que un ejemplo, pero probablemente uno muy evidente, de la evolución de los organismos en nuestro planeta y de como los cambios en la diversidad genética de los organismos permiten a algunos acoplarse mejor a las condiciones cambiantes del ambiente. Todo ser viviente en la tierra se ha originado a partir de los cambios desde ese primer organismo unicelular durante millones de años. Al parecer el primer experimento de un ser viviente fue el más exitoso, pues no solo fue el punto de partida para todo los organismos que existen hoy en día, sino que aún son los organismos mas abundantes y diversos sobre la faz de la tierra.

Suena contradictoria la idea de que la vida surgió a partir de clones, dado que difícilmente podremos identificar si no observamos detalladamente. A pesar de sus tasas de mutación, las bacterias son el ejemplo más simple de los clones naturales y su historia y procesos básicos se repiten una y otra vez en todos los organismos sobre nuestro planeta.


Referencias

[1]Pray, L. (2008). "DNA replication and causes of mutation." Nature Education 1(1).

[2]Ferenci, T. (2008). Bacterial physiology, regulation and mutational adaptation in a chemostat environment. Advances in Microbial Physiology, Vol 53. San Diego, Elsevier Academic Press Inc. 53: 169-+.

[3]Loh, E., J. J. Salk, et al. (2010). "Optimization of DNA polymerase mutation rates during bacterial evolution." Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 107(3): 1154-1159.

[4]Roth, J. R., E. Kugelberg, et al. (2006). "Origin of mutations under selection: The adaptive mutation controversy." Annual Review of Microbiology 60: 477-501.

[5]Denamur, E. and I. Matic (2006). "Evolution of mutation rates in bacteria." Molecular Microbiology 60(4): 820-827.

[6]Kivisaar, M. (2003). "Stationary phase mutagenesis: mechanisms that accelerate adaptation of microbial populations under environmental stress." Environmental Microbiology 5(10): 814-827.