Tracking
Winners and Losers
in E. coli Evolution Experiments
Lindsey
N. Wolf and Jeffrey E. Barrick
Microbe / Volume 7, Number 3, 2012
Por Tania Lucero Vargas Luna
Es muy difícil
imaginar como pasamos de tener un ancestro en común, sumar diferencias y
diferenciarnos tanto de E. Coli. Esta es una pregunta que nos a acosado desde hace
mucho tiempo, y es difícil de responder. Sin embargo, para respondernos estas
preguntas podemos observar como ocurre la evolución de poblaciones de la
naturaleza, como con los Pinzones de Darwin; pero los principios mas
importantes pueden ser difíciles de extrapolar o diferenciar, como el papel esencial
que tiene el azar en la evolución y el tiempo.
Para
tratar de superar estas y muchas mas limitaciones en el estudio experimental de
la evolución, se utilizan poblaciones microbianas de laboratorio, aprovechando
su rápida capacidad de replicación y asi poder ver cientos o miles de
generaciones en cuestión de semanas o meses, lo que nos permite observar algún cambio
evolutivo significativo.
Además,
tenemos muchas herramientas para manipular genéticamente bacterias, como es el
caso de E. Coli, lo cual hacen posible diseccionar las trayectorias evolutivas
por mutaciones. Sumándole a la caja de herramientas de la biología décadas de
conocimiento sobre la fisiología microbiana, podemos comenzar a entender los
detalles moleculares de cómo las mutaciones conducen a tantas diferencias en la
replicación y supervivencia que debermina el éxito evolutivo del organismo.
En 1988
, Richard Lenski, comenzó un experimento “sencillo” a partir de colonias de E.
Coli en una caja de Petri, colocó 12 poblaciones en frascos llenos de glucosa y
otros nutientes, permitió que se multiplicaran. Al dia siguiente traslado un
poco de cada cultivo a una nueva serie de 12 frascos llenos con los mismos
nutrientes y la dejo crecer. No dejaron de alimentar las poblaciones y de congelar periódicamente muestras
de las poblaciones por mas de 20 años, acumulando mas de 50000 generaciones.
Cada frasco
comenzó con una población uniforme de E. Coli pero la copia de errores y daño
del ADN llevaron a diversas mutaciones en la descendencia. Estos cambios
pudieron ser perjudiciales pero no fatales, no tenían efecto sobra su función celular.
Muchos millones de bacterias hicieron muchas ramas de descendencia, cada uno
con sus caminos de mutaciones en sus respectivos frascos.
La diversificación
comienza a notarse en comparación con las células ancestrales de E. Coli. Las nuevas
generaciones se reproducen más rápido, aproximadamente 100 celulas por cada
antepasado.
Sin
embargo la tasa de cambio es sorprendentemente lenta, mas o menos una mutación
cada dos meses y medio. Alrededor de dos tercios de las mutaciones son
sustituciones de bases que cambian una sola letra del genoma. El tercio
restante de las mutaciones incluye elementos móviles de ADN, inserciones,
deleciones o reordenamientos. Muchos de estas mutaciones mejoran la capacidad
de E.Coli para competir por la glucosa.
A pesar
de que aun no entendemos del todo como casa cambio afecta la fisiología
celular, estas mutaciones pueden clasificarse como lo que afecta principalmente cualquiera de
los procesos metabólicos. Sin embargo las mutaciones que afectan a la topología
cromosómica y las respuestas al hambre de nutrientes son las mutaciones mas
tempranas y mas beneficiosas que se producen en los experimentos a largo plazo
con la evolución de E.Coli. Parte de este beneficio aparentemente se debe a que
reprimen ciertos genes costosos que no son necesarios en ese entorno.
Al
trazar la suerte de mas mutaciones beneficiosas, se dieron cuenta que otras
subpoblaciones (“Perdedores”) con otras mutaciones compitieron con las otras “Ganadoras”
por un largo tiempo por el dominio, por 500 generaciones y persistieron por lo
menos 1500. Sin embargo cuando una muestra de estas generaciones “Perdedoras”
fueron revividos, se les permitió competir cabeza a cabeza, esta vez los
ganadores fallaron contra los nuevos ganadores.
Las
cepas competidoras deben tener tiempo para explotar sus múltiples caminos de mutación.
Cuando mayor sea la población y mas alta la tasa de mutación, mas
probabilidades tienen de que sus linages sean divergentes y coexistan y se
evite la extinción.
Estos
experimentos con bacterias siguen un ambiente controlado, lo cual nos ayuda a
ilustrar lo que puede suceder fuera del tubo de ensayo.
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