Decodificado el genoma del gran tiburón blanco

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gran tiburón blanco (Carcharodon carcharias)

Revela intrigantes adaptaciones evolutivas en los genes vinculados a las vías de curación de heridas

El gran tiburón blanco (Carcharodon carcharias) es una de las criaturas marinas más reconocidas en la Tierra, generando una gran fascinación pública y atención de los medios de comunicación, incluida la creación de una de las películas más exitosas en la historia de Hollywood.

Este tiburón posee notables características, incluyendo su enorme tamaño (hasta 6 metros y más de 3 toneladas) y sus inmersiones a casi 4.000 pies de profundidad (1.200 metros). Los grandes blancos también son una gran preocupación para la conservación debido a su número relativamente bajo en los océanos del mundo.

En un importante paso científico para comprender la biología de este icónico depredador y los tiburones en general, ahora se ha descodificado en detalle el genoma completo del tiburón blanco.

Un equipo liderado por científicos del Centro de Investigación de Tiburones de la Fundación Save Our Seas de Nova Southeastern University (NSU) y el Instituto de Investigación Guy Harvey (GHRI), el Colegio de Medicina Veterinaria de la Universidad de Cornell y el Acuario de la Bahía de Monterey, completó el genoma del tiburón blanco y lo comparó con los genomas de una variedad de otros vertebrados, incluido el gigante tiburón ballena y los humanos.

La decodificación del genoma del tiburón blanco no solo reveló su enorme tamaño, una vez y media el tamaño del genoma humano, sino también una gran cantidad de cambios genéticos que podrían estar detrás del éxito evolutivo de los tiburones de gran cuerpo y larga vida.

Los investigadores encontraron sorprendentes ocurrencias de cambios específicos en la secuencia de ADN que indican la adaptación molecular (también conocida como selección positiva) en numerosos genes con importantes funciones en el mantenimiento de la estabilidad del genoma - los mecanismos de defensa genética que contrarrestan la acumulación de daños en el ADN de una especie, preservando así la integridad del genoma.

Estos cambios de secuencia adaptativa se encontraron en genes íntimamente relacionados con la reparación del ADN, la respuesta al daño del ADN y la tolerancia al daño del ADN, entre otros genes. El fenómeno opuesto, la inestabilidad del genoma, que resulta del daño acumulado en el ADN, es bien conocido por predisponer a los humanos a numerosos cánceres y enfermedades relacionadas con la edad.

"No solo hubo un número sorprendentemente alto de genes de estabilidad del genoma que contenían estos cambios adaptativos, sino que también hubo un enriquecimiento de varios de estos genes, destacando la importancia de este ajuste genético en el tiburón blanco", dijo Mahmood Shivji, Ph.D., director del Centro de Investigación de Tiburones de la Fundación Save Our Seas de NSU y GHRI. Shivji co-dirigió el estudio con Michael Stanhope, Ph.D., de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Cornell.

gran tiburón blanco (Carcharodon carcharias)También fue notable que el genoma del tiburón blanco contenía un número muy alto de "genes saltarines" o transposones, y en este caso un tipo específico, conocido como LINEs. De hecho, esta es una de las proporciones más altas de LINEs (casi el 30%) descubiertas en vertebrados hasta ahora.

"Se sabe que estos LINEs causan inestabilidad genómica al crear rupturas de doble cadena en el ADN", dijo Stanhope. "Es plausible que esta proliferación de LINEs en el genoma del tiburón blanco pueda representar un fuerte agente selectivo para la evolución de mecanismos de reparación de ADN eficientes, y se refleja en la selección positiva y el enriquecimiento de tantos genes de estabilidad del genoma".

El equipo de investigación internacional, que también incluyó a científicos de la Universidad Estatal de California, Bahía de Monterey, Universidad de Clemson, Universidad de Oporto, Portugal, y el Centro Theodosius Dobzhansky para Bioinformática del Genoma, Rusia, también encontró que muchos de los mismos genes de estabilidad del genoma en el tiburón blanco también estaban bajo selección positiva y enriquecidos en el tiburón ballena de gran cuerpo y larga vida.

El descubrimiento de que el tiburón ballena también tenía estas adaptaciones clave de la estabilidad del genoma fue significativo porque, en teoría, el riesgo de desarrollar cáncer debería aumentar tanto con el número de células (cuerpos grandes) como con la vida útil de un organismo - existe un soporte estadístico para una relación positiva entre el tamaño corporal y el riesgo de cáncer dentro de una especie. Curiosamente, esto no tiende a aguantar entre especies.

Al contrario de lo que se espera, los animales de cuerpo muy grande no padecen cáncer con más frecuencia que los humanos, lo que sugiere que han desarrollado capacidades superiores de protección contra el cáncer. Las innovaciones genéticas descubiertas en los genes de estabilidad del genoma en el tiburón blanco y el ballena podrían ser adaptaciones que faciliten la evolución de sus grandes cuerpos y su larga vida útil.

"Descifrar el genoma del tiburón blanco es proporcionar a la ciencia un nuevo conjunto de claves para descubrir misterios persistentes sobre estos temidos e incomprendidos depredadores: por qué los tiburones han prosperado durante unos 500 millones de años, más que casi cualquier vertebrado en la tierra", dijo el Dr. Salvador Jorgensen, investigador científico senior en el acuario de la Bahía de Monterey, quien fue coautor del estudio.

Pero las innovaciones no terminaron ahí.

El genoma del tiburón reveló otras intrigantes adaptaciones evolutivas en los genes vinculados a las vías de curación de heridas. Los tiburones son conocidos por su impresionante y rápida curación de heridas.

"Encontramos una selección positiva y enriquecimientos en el contenido de genes que involucran varios genes vinculados a algunas de las vías más fundamentales en la curación de heridas, incluso en un gen clave de coagulación de la sangre", dijo Stanhope. "Estas adaptaciones que involucran genes de cicatrización de heridas pueden subyacer a la capacidad de los tiburones para curarse eficientemente incluso de grandes heridas".

Los investigadores dicen que acaban de explorar la "punta del iceberg" con respecto al genoma del tiburón blanco.

"La inestabilidad del genoma es un tema muy importante en muchas enfermedades humanas graves. Ahora descubrimos que la naturaleza ha desarrollado inteligentes estrategias para mantener la estabilidad del genoma en estos tiburones de gran cuerpo y de larga vida", dijo Shivji. "Todavía hay mucho que aprender de estas maravillas evolutivas, incluida la información que podría ser útil para combatir el cáncer y las enfermedades relacionadas con la edad, y mejorar los tratamientos de curación de heridas en humanos, a medida que descubrimos cómo lo hacen estos animales".

La decodificación del genoma del tiburón blanco también ayudará a la conservación de este y otros tiburones relacionados, muchos de los cuales tienen poblaciones en rápido declive debido a la sobrepesca", dijo Steven O'Brien, genetista de la conservación de la NSU, quien co-concibió este estudio. "Los datos del genoma serán un gran activo para comprender la dinámica de la población de tiburones blancos para conservar mejor esta increíble especie que ha capturado la imaginación de tantos".

Los hallazgos se informarán en la sección "Últimos artículos" de la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias, EE. UU.: https://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1819778116

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