Los pulpos pueden remodelar por completo su propio material genético

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pulpo Manolo

Podría estar conectado a su extraordinaria inteligencia

Los pulpos tienen tres corazones, picos de loro, mordeduras venenosas y ocho brazos semiautónomos que pueden saborear el mundo. Expulsan tinta, se introducen a través de los más pequeños espacios y se funden con el mundo, cambiando el color y la textura.

Son increíblemente inteligentes, capaces de manejar herramientas, solucionar problemas y sabotear equipos. Como escribió una vez Sy Montgomery, "ningún extraterrestre de ciencia ficción es tan sorprendentemente extraño" como un pulpo. Pero su alteridad no termina con sus cuerpos. Sus genes también son muy raros.

Un equipo de científicos liderados por Joshua Rosenthal en el Laboratorio Biológico Marino y Eli Eisenberg en la Universidad de Tel Aviv han demostrado que los pulpos y sus parientes - los cefalópodos - practican un tipo de alteración genética llamada RNA que es muy rara en el resto del reino animal. La utilizan para afinar la información codificada por sus genes sin alterar los propios genes. Y lo hacen extensivamente, en un grado mucho mayor que cualquier otro grupo de animales.

"Presentaron este trabajo en una reciente conferencia, y fue una gran sorpresa para todos", dice Kazuko Nishikura del Instituto Wistar. "Estudio edición de RNA en ratones y seres humanos, donde es muy restringido. La situación es muy diferente aquí. Me pregunto si tiene que ver con sus cerebros muy desarrollados".

Ciertamente parece ser así. Rosenthal y Eisenberg encontraron que la edición de RNA es especialmente abundante en las neuronas de los cefalópodos. Lo usan para codificar genes que son importantes para su sistema nervioso - los genes que, como dice Rosenthal, "hacen de una célula nerviosa una célula nerviosa". Y sólo los inteligentes coleóides cefalópodos - pulpos, calamares y sepias - lo hacen. Los nautilus relativamente más pequeños no. "Los humanos no tienen esto. Los monos no. Nada tiene esto excepto los coleóides", dice Rosenthal.

Es imposible decir si su uso prolífico de la edición de ARN es responsable de su intelecto alienígena, pero "eso definitivamente sería mi suposición", dice Noa Liscovitch-Brauer, un miembro del equipo de Rosenthal que encabezó el nuevo estudio. "A mis ojos parece una hipótesis muy convincente".

Así es como funciona la edición de RNA. Los genes codifican instrucciones en forma de DNA - en una secuencia de cuatro bloques de construcción representados por las letras A, C, G y T. Para que las instrucciones que se utilizan, el DNA debe ser transcrito en primer lugar en una molécula similar llamada RNA, que contiene aproximadamente los mismos bloques de construcción. El RAN se traduce y se utiliza para construir proteínas - las máquinas moleculares que llevan a cabo todos los trabajos importantes dentro de nuestras células. Así que el DNA almacena información, el RNA la lleva, y las proteínas son el resultado de ello.

Esa es la versión sencilla. Pero el RNA a menudo se altera antes de que se utiliza para hacer proteínas. Algunos de los cambios son grandes - se cortan grandes secciones, y las piezas restantes se pegan de nuevo juntas. Otros cambios son pequeños - a veces, una solo A se convierte en una I (que es funcionalmente equivalente a una G). Eso es edición de RAN. Es realizado por un grupo de enzimas llamadas ADARs, que reconocen secuencias específicas de RNA y hacen esos cambios A-a-I.

¿Pero con qué finalidad? La edición de RNA sigue siendo misteriosa, y su propósito no está claro. Técnicamente, un animal podría usarla para cambiar la naturaleza de sus proteínas sin alterar las instrucciones subyacentes del DNA. Pero en la práctica este tipo de recodificación es extremadamente raro. Sólo alrededor del 3 por ciento de los genes humanos se editan de esta manera, y los cambios suelen estar restringidos a las partes de RNA que se cortan y descartan. En la medida en que sucede, no parece ser adaptable.

En los cefalópodos, es una historia diferente. En el 2015 Rosenthal y Eisenberg descubrieron que la edición de RNA se ha vuelto loca en el calamar costero - un animal de un pie de largo que se utiliza comúnmente en la investigación de la neurociencia. Mientras que un mamífero típico edita su RNA en sólo unos pocos cientos de sitios, el calamar estaba realizando unas 57.000 modificaciones. Estos cambios no estaban ocurriendo en las secciones descartadas de RNA, sino en las que realmente van hacia la construcción de proteínas - las llamadas regiones de codificación. Eran diez veces más comunes en las neuronas del calamar que en sus otros tejidos, y afectaron desproporcionadamente a las proteínas implicadas en su sistema nervioso.

nautilusHabiendo sido sorprendido por un cefalópodo, el equipo decidió estudiar a otros. Liscovitch-Brauer se centraron en la sepia común, el pulpo común y el pulpo de dos puntos. Todos estos mostraron signos de extensa edición de RNA con entre 80.000 y 130.000 sitios de edición cada uno. Por el contrario, el nautilus - un antiguo cefalópodo conocido para su caparazón duro en espiral - tenía solamente 1.000 de tales sitios.

Esta distinción es crucial. Los nautilus pertenecen al primer linaje de cefalópodos, que se separaron de los otros entre hace 350 y 480 millones de años. Se han mantenido mucho igual desde entonces. Tienen cerebros sencillos y un comportamiento poco común, y dejan su RNA en gran parte sin editar. Mientras tanto, los otros cefalópodos - los coleóides - llegaron a utilizar ampliamente la edición de RNA, y al mismo tiempo desarrollaron cerebros complejos y un comportamiento extraordinario. ¿Coincidencia?

Liscovitch-Brauer también encontraron que alrededor de 1.000 de los lugares editados fueron compartidos entre las especies de coleóides - mucho más de los 25 o más sitios que se comparten entre los seres humanos u otros mamíferos. Estos sitios se han conservado durante cientos de millones de años de evolución. "Esa es una evidencia bastante convincente de que estas ediciones están integradas en el cableado de estos genomas, y que interrumpir esta red de ediciones sería de alguna manera perjudicial", dice Daniel Rokhsar de la Universidad de California, Berkeley, que no participó en el estudio.

De hecho, las ediciones parecen ser tan importantes que los cefalópodos han ido a longitudes inusuales para preservarlas. Para encontrar y editar una determinada carta de RNA, las enzimas ADAR dependen de todas las letras circundantes para buscar pistas. Es como encontrar una simple 'A' buscando todas las palabras de este párrafo. Esto significa que los sitios de edición efectivamente acordonan una gran parte del genoma de un cefalópodo - entre el 23 y el 41 por ciento, según cuentas de Rosenthal. Esos sitios deben permanecer en gran parte sin cambios, o las enzimas de edición no será capaces de encontrar sus objetivos. Y esto significa que los genomas de pulpo y calamar evolucionan a un ritmo más lento que los de otros animales. Pueden ser iconos de flexibilidad y cambio, pero sus genomas son rígidos y estancados.

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Rosenthal piensa que pagan por este sacrificio con un tipo diferente de flexibilidad. Al cambiar su RNA en lugar de su DNA, podrían ser más eficaces para adaptarse sobre la marcha a los desafíos. Del mismo gen, podrían producir proteínas que, digamos, funcionan mejor en temperaturas calientes o frías. Y tales cambios serían temporales - las criaturas podrían encenderlas o apagarlas dependiendo de la circunstancia. Rosenthal se pregunta si podrían aprender o codificar experiencias de esta manera. "Estoy trabajando mucho en las enzimas ADAR del calamar y su distribución entre las células", dice. "Es asombroso lo variables que son. Una neurona tendrá altos niveles, pero su vecina no tendrá nada".

"Este estudio sugiere que la edición y recodificación de RNA es importante en la función de los cerebros de los invertebrados más grandes", dice Carrie Albertin de la Universidad de Chicago, que ayudó a la secuencia del primer genoma de cefalópodos. "Comparando los cerebros de los vertebrados y los cefalópodos, podemos entender cómo se agrupan los grandes sistemas nerviosos".

"Es un fenómeno realmente interesante, pero no está claro por qué necesitan tanto la edición de RNA", dice Jianzhi Zhang de la Universidad de Michigan. "No está absolutamente claro si tiene que ver con el comportamiento. Los seres humanos tienen cerebros y comportamientos muy complejos y, en nosotros, la edición de RNA es muy rara". La cuestión no es sólo por qué los cefalópodos colectóides son únicos en la adopción de la edición de RNA, sino por qué nadie más la tiene en la misma medida.

Hasta ahora, el equipo tiene una gran cantidad de correlaciones - convincentes pero, no obstante, correlaciones. El próximo paso de Rosenthal es desarrollar maneras de manipular cefalópodos genéticamente. Si tiene éxito, podría desactivar sus enzimas ADAR, detenerlas de editar su RNA, y ver qué pasa.

Artículo científico: Trade-off between Transcriptome Plasticity and Genome Evolution in Cephalopods

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