Como un libro de instrucciones, el genoma agrupa en regiones próximas los genes necesarios para algunas funciones

Cada una de las células de un organismo vivo contiene una copia completa del ADN, el libro de instrucciones de la vida, que se encuentra muy compactado en los cromosomas. Cada vez que la célula quiere realizar una función, debe activar determinados genes y para ello tiene que abrir o desenrollar regiones del ADN y cerrar otras. Como si tuviera que leer unas instrucciones de montaje, le resulta más fácil activar dos genes al mismo tiempo si estos están cerca, en páginas consecutivas, que si tiene que ir cambiando de manual o abrir varios a la vez para completar una función.

Hasta ahora se conocía muy poco sobre cómo los genomas de organismos eucariotas (organismos con células complejas con núcleo) organizan esos grupos de genes, es decir, cómo ubican los genes implicados en cada proceso físicamente próximos. Estudios previos se habían centrado en algunos de estos clustersrelacionados con el metabolismo secundario, responsables de crear compuestos como la penicilina y otras toxinas con propiedades antibióticas.

Ahora, investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona, liderados por el profesor de investigación ICREA Toni Gabaldón, actualmente investigador del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), arrojan luz sobre ese proceso de organización en el metabolismo principal, en un estudio publicado en Nature Microbiology. Para ello, se han centrado en estudiar hongos, puesto que tienen genomas más pequeños y fáciles de secuenciar que los de otras especies de eucariotas, como por ejemplo plantas y animales. 

“Si tienes los genes que necesitas para una función situados cerca unos de otros en el cromosoma, se pueden co-regular de forma más coordinada y eficaz, según interesen”, explica Gabaldón.

Los investigadores primero desarrollaron un algoritmo capaz de identificar genes próximos en genomas de distintas especies siguiendo un criterio evolutivo, es decir, observando si eran clusters conservados a lo largo de la evolución en distintas especies de hongos, independientemente de la función que tienen. De esta forma predijeron más de 11.000 familias de genes agrupados o próximos en el genoma. Y vieron que, de los más de 300 genomas de hongos analizados, un tercio de todos los genes formaba parte de un grupo conservado.

“La selección hace que algunos genes estén cerca de otros por relevancia funcional. No es una organización fruto del azar, sino que ha sido seleccionada porque facilita la regulación. Y hemos visto que es bastante común y que afecta a una parte importante del genoma”, afirma Gabaldón. “La fuerza selectiva favorece las conformaciones de genes que permiten una inversión más pequeña de energía y una mejor regulación”, añade.

En estudios anteriores con grupos de genes del metabolismo secundario, se había visto que, para activarse y desactivarse, estos disponían de una especie de interruptor, un factor de transcripción que los activaba o apagaba. También se había observado que estos grupos de genes pasaban de unas especies a otras en bloque, en transferencia horizontal, aunque se desconocía el mecanismo.

En cambio, según han visto los investigadores del CRG, las observaciones en el metabolismo secundario no son representativas del genoma en su totalidad y la transferencia horizontal es menos común. Sin embargo, sí que observaron que un clusterformado por los mismos grupos de genes puede aparecer independientemente dos veces y de forma paralela en distintos linajes. 

Seguramente, los grupos de genes se encargan de desempeñar funciones específicas. “Cuando necesitas una cosa en un momento muy preciso, es cuando más necesitas que aquello esté co-regulado. Una función general, que está activa la mayor parte del tiempo, no necesita una regulación tan precisa”, explica Marina Marcet-Houben, primera autora del estudio.

“Ahora tenemos una lista de funciones que explorar. Algunas pueden tener una posible utilidad farmacéutica o industrial. Los genes candidatos que hemos encontrado afectan a muchas especies distintas y hasta ahora no se habían descubierto. Muchos de ellos son genes interesantes y es muy probable que codifiquen funciones con algún potencial aplicado”, valora Gabaldón.

Los genomas a partir de los cuales los científicos han desarrollado este trabajo pertenecen a bases de datos públicas. En este sentido, los investigadores del CRG también han hecho públicos sus resultados acerca de los grupos de genes primarios. “Queremos retornar a la comunidad científica el conocimiento que hemos generado gracias a la información y los datos que estaban en el dominio público”.

Artículo de referencia

Marina Marcet-Houben and Toni Gabaldón 

Evolutionary and functional patterns of shared gene clusters in fungi

Nature Microbiology(2019), DOI:10.1038/s41564-019-0552-0 

Fuente: CRG