Científicos de la Universidad de Granada están empeñados en reconstruir la versión primitiva de una proteína. Rebobinar en la historia de la evolución permite entender, por ejemplo, cuándo empezamos a tomar alcohol o a sufrir gota. También sirve para proteger cultivos que enferman por infecciones virales.
En el complejo mapa de las lenguas del mundo, el español pertenece a la rama de las lenguas romances, en la que se encuentran también el catalán, el gallego, el francés, el italiano y el rumano. Esta rama nuestra pertenece a la familia de lenguas más hablada del mundo, las indoeuropeas, que incluye también las celtas, las bálticas, las eslavas, las germanas o las griegas.
Todas ellas tienen un ancestro común, el idioma protoindoeuropeo. Nadie vivo hoy lo ha escuchado porque se extinguió hace miles de años a base de evolucionar de forma diferente en cada territorio, pero es posible formular una hipótesis de cómo sonaba gracias a métodos de reconstrucción de lenguas ancestrales. Se cogen palabras similares de idiomas relacionados y, conociendo previamente el camino evolutivo que han seguido esos idiomas, se rebobinan las palabras hacia atrás para encontrar el momento en que la original se bifurcó.
Andrew Byrd, lingüista de la Universidad de Kentucky, grababa en 2015 para la revista Archeology una serie de cuentos basándose en la pronunciación hipotética de ese idioma protoindoeuropeo (pueden escucharse aquí).
Esto se llama resurrección o recuperación ancestral y no se aplica solo en lingüística, sino también en otras áreas científicas para recuperar características ya perdidas. En el campo de la bioquímica, la recuperación de proteínas ancestrales permite echar un vistazo atrás en nuestra evolución para reconstruir momentos enigmáticos.
Es a lo que se dedica José Manuel Sánchez Ruiz, catedrático de Química de la Universidad de Granada. Las proteínas son estructuras formadas por cadenas de aminoácidos siguiendo una determinada frecuencia. Se sabe que algunas provienen de una misma proteína ancestral común, hoy extinta. "Si sabemos que dos proteínas tienen el mismo origen y conocemos el proceso evolutivo que han seguido, podemos retroceder en el tiempo y hacer una estimación razonable de esa proteína ancestral común", explica.
Después, gracias a técnicas de sintetización en el laboratorio, estos investigadores pueden cocinar esa proteína ya desaparecida "para ver sus propiedades y observar si son coherentes con lo que sabemos sobre la evolución". Explica, por ejemplo, que la vida primitiva era termofílica, es decir, resistente a altas temperaturas. Por tanto, las proteínas que formaban parte de esos organismos deben ser estables en condiciones de calor.
Gracias a la recuperación de proteínas ancestrales ha sido posible echar un vistazo atrás y resolver enigmas en torno a momentos evolutivos cruciales. Utilizando esta técnica, por ejemplo, tenemos una idea más concreta de cuándo el ser humano comenzó a consumir alcohol.
Para procesar el alcohol hacen falta una serie de enzimas (proteínas) que no todos los mamíferos poseen y que se encargan de degradar las moléculas del alcohol y convertirlas en azúcares más simples que nuestro cuerpo pueda procesar. ¿En qué momento evolucionó nuestra especie para favorecer a los individuos con más cantidad de estas enzimas y, por tanto, más eficaces a la hora de procesar el alcohol?
Una posibilidad era que esto hubiese ocurrido hace unos 10.000 años, el momento en el que surgió la agricultura y pudo generalizarse la fermentación de fruta y cereales. Pero al resucitar las enzimas se pudo observar que de hecho esto ocurrió mucho antes, hace unos 10 millones de años, tal y como explicaban los autores de una investigación publicada en la revista PNAS en 2014.
"Este cambio ocurrió cuando nuestros ancestros bajaron de los árboles y adoptaron un estilo de vida terrestre, y debió de ser una ventaja para los primates que vivían en el suelo, donde la fruta fermentada era más frecuente", explicaban en ese estudio.
Otro equipo estadounidense utilizó la misma técnica para entender por qué padecemos gota. Esta enfermedad, causada por una acumulación de ácido úrico, es propia del ser humano que, junto con otros grandes primates, no genera uricasa, una proteína que ayuda a degradar el ácido úrico y convertirlo en otras moléculas más fáciles de expulsar. Por eso se acumula en nuestro cuerpo causando problemas de salud. ¿Por qué perdimos la capacidad de generar una enzima tan útil?
Recuperando formas primitivas de esa proteína, los científicos determinaron que el gen de la uricasa fue perdiendo actividad progresivamente hasta que llegó un momento en el que se silenció por completo. Ocurrió durante el Mioceno, un periodo en el que hubo una bajada generalizada de las temperaturas que dificultaba la alimentación y nutrición de los seres vivos del planeta.
Ante la escasez de alimentos, especialmente de fruta, la acumulación de grasa indispensable para vivir se puso peliaguda y la uricasa la dificultaba aun más. Por eso los individuos con menor actividad de la uricasa tenían mayor probabilidad de supervivencia y, con ello, de pasar sus genes a las siguientes generaciones.
Publicaron los resultados de nuevo en PNAS. La pena es que hoy la acumulación de grasa no es tan difícil y un poco más de resistencia a la acumulación de ácido úrico no nos vendría mal.
Resucitar proteínas ancestrales tiene otras utilidades además de la resolución de enigmas evolutivos. Una de ellas es ganar ventaja en la lucha contra algunas enfermedades causadas por virus.
Los virus son seres vivos muy pequeños y sencillos, tanto que son capaces de codificar solo unas pocas proteínas, así que para expandirse y reproducirse necesitan reclutar proteínas del huésped al que han infectado. Es lo que se llaman factores provirales y evolucionan a la par que el propio virus. "Piensa en ello como una carrera armamentística: las proteínas del huésped evolucionan, entonces el virus evoluciona también para poder utilizarlas, y así continuamente".
La diferencia es que en este caso, el ser humano ha aprendido a dar un paso atrás en esa evolución y los virus no. "Damos un salto hacia atrás y de pronto el virus ya no puede utilizar los factores provirales que necesita para infectar a su huésped".
El equipo de Sánchez Ruiz llevó a cabo una prueba de concepto. Reconstruyeron versiones ancestrales de una proteína denominada tiorredoxina mediante ingeniería genética y las introdujeron en una bacteria actual, E. coli. Así comprobaron que estas proteínas la protegen frente a infecciones víricas. Lo que hicieron fue estropear y desmontar toda la estrategia del virus, al utilizar una proteína fósil en lugar de la actual.
Se puede utilizar esta técnica para proteger cultivos ante los virus que los amenazan, lo que podría ser de vital importancia en países que dependen del monocultivo para alimentar a su población. Sus resultados se publicaron en 2017 en la revista Cell.
Parte del grupo de investigación de la UGR que ha resucitado una proteína denominada tiorredoxina mediante ingeniería genética y las ha introducido en una bacteria actual, E. coli. Estas proteínas la protegen frente a infecciones víricas. / UGR
Por último, recuperar proteínas ancestrales es de gran interés para la ingeniería de proteínas que lleva a cabo la industria química. Las enzimas son catalizadores excelentes que desencadenan todo tipo de reacciones químicas en los seres vivos. Consumen poca energía y generan pocos residuos, además de funcionar bien a bajas temperaturas (en el cuerpo humano, a unos 37 ºC).
El problema es que, al ser resultado de la evolución, sirven para lo que los seres vivos han ido necesitando y funcionan solo en reacciones con componentes orgánicos. Las moléculas ancestrales pueden ofrecer una ventaja ante este obstáculo, ya que cuanto más antiguas sean las proteínas recuperadas, más estables, versátiles y flexibles son.
"Si te vas lo suficientemente atrás, llegas a un momento en el que había pocas proteínas con muchas funciones. Es lo que llamamos correr de nuevo la cinta de la vida, y a partir de ahí puedes dirigir su orientación hacia donde tú quieras. Cuanto más atrás retrocedes, más incierto es el resultado, pero también tienes más posibilidades a tu alcance".
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