Blog CienciaEl genoma de algunas amebas es doscientas veces mayor que el genoma humano
En genética, el “valor C” indica el tamaño del genoma de una especie. Los seres humanos tenemos un genoma formado, aproximadamente, por 3000 millones de pares de bases de ADN (las “bases” son los eslabones químicos que forman la cadena del ADN y se cuentan por pares). El genoma del ratón común tiene unos 2500 millones de pares de bases. El genoma de la mosca del vinagre unos 120 millones y el genoma de una bacteria como Escherichia coli tiene tan sólo cuatro millones de pares de bases. Parece una conclusión casi intuitiva afirmar que, a medida que los organismos son más simples, el tamaño de su genoma (su valor C) disminuye: menos complejidad biológica requiere menos genes, por lo que una bacteria se las arregla con un genoma que es el 0.1% del genoma humano.
Sin embargo, fijémonos en una especie llamada Psilotum nudum. Se trata de una planta similar al helecho, un organismo que uno consideraría mucho menos complejo que un ser humano (de hecho, se considera que es una planta poco evolucionada). Así, uno esperaría que tuviese un genoma de tamaño inferior al nuestro. Sin embargo, no es así: el genoma de Psilotum nudum es ochenta veces mayor que el genoma humano. Los genomas de muchos anfibios son también varias veces mayores que el nuestro. Más sorprendente incluso es descubrir que un organismo tan simple como una ameba (de la especie Amoeba dubia) tiene un genoma doscientas veces mayor que el genoma humano. Cuando se descubrieron estas cifras, la pregunta que los científicos se formularon fue clara: ¿qué pasa aquí? ¿Cómo es que una ameba puede necestiar un genoma doscientas veces mayor que el de un ser humano? ¿Estamos hablando de unas amebas superevolucionadas? A esta cuestión se la llamó durante años “la paradoja del valor C”.
Este fue durante años uno de los enigmas más intrigantes en el mundo de la genética. En los años setenta y ochenta, la genética molecular descubrió que buena parte de los genomas de los eucariotas (organismos cuyo genoma está confinado en el núcleo de la célula, entre los que se encuentras animales, plantas, hongos y algunos organismos unicelulares) está compuesta por ADN que no contiene genes. Ese ADN (llamado entonces “ADN basura” y ahora “ADN no codificante”) puede tener, eso sí, otras funciones. Así, la solución a la paradoja estaba en que tener un genoma más grande no implica tener un mayor número de genes. Por ejemplo, el tamaño del genoma de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) es un 40% mayor que el de la planta Arabidopsis thaliana, aunque A. thaliana tiene casi el doble de genes.
Sin embargo, esta explicación deja sin resolver otro aspecto del enigma. ¿Por qué organismos con menos genes necesitan más cantidad de ADN? ¿Por qué una ameba necesita 200 veces más material genético que un ser humano? Se sabe que parte de ese ADN “no codificante” tiene funciones esenciales para la vida, aunque se desconoce mucho sobre su naturaleza (algunos científicos dudan que tenga alguna función y sostienen que es un ADN residual). En cualquier caso, no parece haber una regla clara que explique por qué unas especies acumulan más ADN que otras. Incluso dentro de una misma rama filogenética (por ejemplo, los anfibios) puede haber enormes variaciones en el tamaño del genoma. A esta cuestión se la ha llamado “el enigma del valor C” y está aún por resolver.
En la imagen, la planta Psilotum nudum, que tiene un genoma ochenta veces mayor que el genoma humano (fuente: WikiSpecies).
¿Por qué el genoma de la ameba es doscientas veces mayor que el humano? dijo
27 de Marzo del 2009 a las 17:55
[…] ¿Por qué el genoma de la ameba es doscientas veces mayor que el humano?e-ciencia.com/blog/divulgacion/la-paradoja-del-valor-c/ por enxebere hace pocos segundos […]
Aprende a catar vino dijo
27 de Marzo del 2009 a las 20:30
Creo que parte o gran parte de ese ADN intergénico “no codificante” se ha visto puede funcionar como microRNA silenciando otros genes, muchas veces de otros organismos, como patógenos, que podrían afectar al desarrollo, por ejemplo, de una planta.
Un saludo
poliket dijo
27 de Marzo del 2009 a las 22:16
Muy buena entrada. Llego al blog a través de menéame, esos que entran y salen y no acostumbran a decir mucho ;). Se empieza a hablar, por si te interesa, que, al menos en el tamaño del genoma de los orgánulos (hay que recordar que el genoma mitocondrial de animales es bastante más pequeño que el de las plantas) el tamaño del genoma dependería simplemente de la taxa/proporción de errores que comete la molécula encargada de duplicar el material genético (para la división celular y tal). Hay simulaciones con ordenador impresionantes en las que, a una taxa de error determinada, ves como el tamaño del genoma va creciendo y haciendose pequeño a medida que van pasando los millones de años hasta que llega a estabilizarse en un tamaño determinado, dependiendo de eso, de la proporción de mutaciones que producía la polymerasa (la que duplica el DNA).
Dejo una artículo muy muy interesante: http://www.indiana.edu/~lynchlab/PDF/Lynch146.pdf
(http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/311/5768/1727)
pablo dijo
27 de Marzo del 2009 a las 22:26
he leido todo el articulo y al final no explica nada… gracias…
Baleog dijo
27 de Marzo del 2009 a las 22:57
@Pablo: pues el titulo del articulo no necesariamente significa que se iba a dar la respuesta a esa pregunta, simplemente que se abría el tema a discusión.
En lo personal me parece un tópico muy interesante. y no estoy de acuerdo con que toda esa cantidad de ADN sea “residual” hemos tenido suficiente tiempo de evolución como para conservar aun información no necesaria, y se que algún día se van a descubrir las funciones de este.
Addax dijo
27 de Marzo del 2009 a las 23:21
El artículo está muy bueno, lo que no está bueno es el título que, como bien dice pablo, no es lo que el contenido viene a mostrar después.
Un saludo.
Jose dijo
27 de Marzo del 2009 a las 23:48
Entonces según comentas poliket esa parte residual realmente no tiene uso como tal, es simplemente basura ¿no?, ¿en los humanos dicha basura existe? Os confieso que soy profano en la materia, pero me resulta interesante, como la seleccion natural se las ingenia para que exista la vida y un organismo tan pequeño mantiene una trazabilidad de todos sus errores de evolución, sería interesante si se puede obtener información relevante de ahí.
Guillermo Menacho dijo
28 de Marzo del 2009 a las 07:04
siempre pensamos que la evolucion crea organismos mas complejos. cuando en la simplificacion existe algunas veces mas probalidad de vivir. (Ejemplo menos requerimientos alimenticios)esos genes pueden ser los restos de una evolucion a la inversa.
poliket dijo
28 de Marzo del 2009 a las 15:00
A Jose (27 de Marzo del 2009 a las 23:48):
Para mi el post preguntaba “por qué” (sin entrar en finalismos/determinismos), a lo que el artículo que enlazo responde que “cellular and developmental features are not the primary driving forces in genome size evolution”. Al tiempo que afirma que las diferencias de tamaño estarían debidas a “the random genetic drift and mutation pressure”. Cusiosamente, dos procesos no-adaptativos. Con lo cual esto parece indicar que en este aspecto concreto de la arquitectura genómica (el tamaño), dentro de unos rangos determinados, la selección natural no tendría tanta importancia (ya que se debe a procesos no-adaptativos). Aún así, me parece importante señalar que, aunque puede que no se debe en mayor grado a la selección natural, es posible explicar el “por qué” de esas diferencies genómicas (de tamaño).
Por otro lado, la funcionalidad (”para qué”) de esas regiones no-codantes es otra historia. Se responde a otras preguntas y necesita ser abordada desde otras perspectivas. Señalar de todas formas que, aunque dentro de unos rangos el peso de la selección natural podría ser poco importante, eso no le quita, en ningún caso, “funcionalidad” a esa parte del genoma (no-codante). En la comunidad científica parece que nadie duda de la GRAN importancia de la misma.
PS: señalar también que el artículo que proponía se basa en el análisis del genoma mitocondrial de animales y plantas, un caso curioso en el que ambos genomas han tirado en direcciones, estrategias, totalmente opuestas. Que aunque las conclusiones puedan ser extrapolables, los resultados hablan de lo que hablan y no más allá.
Daniel Aguilar dijo
28 de Marzo del 2009 a las 17:49
Gracias por vuestros comentarios. El origen del DNA “no codificante” que parece ocupar la mayor parte del genoma de los organismos eucariotas es aún objeto de mucha literatura científica. Parte de ese ADN tiene función reguladora (p.e. promotores, enhancers), otra parte puede tener función estructural (p.e. telómeros), otra parte puede favorecer de algún modo los procesos de diversificación genética (se ha propuesto que los intrones permitirían inserciones en los genes de manera poco traumática). Otra parte del DNA no codificante sí que puede ser residual (p.e. pseudogenes), aunque algunos autores han sugerido que incluso este DNA residual puede servir de “cantera” para que aparezcan nuevos genes en el futuro o se puedan “instalar” genes surgidos de duplicaciones o fuentes externas como los virus.
En cualquier caso, este es un tema que aún genera muchas preguntas. ¿Las funcionalidades del DNA no codificante justifican un 90-95% de DNA no codificante en humanos? ¿Por qué diferentes especies de anfibios pueden presentar diferencias de casi 100 veces en el tamaño de sus genomas? Si ese DNA no codificante no tiene ninguna función y no sufre presión selectiva, ¿cuál es el objeto de su presencia en los genomas (recordemos que duplicar fielmente un genoma supone un esfuerzo enorme para la maquinaria celular)? Aún tenemos muchas cosas por descubrir.
Respecto al título del artículo, es cierto que formulado como una pregunta podía dar lugar a confusión acerca del contenido. Se ha modificado ligeramente.