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Borja TosarIgnacio CrespoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetluca hace unos 4200 millones añosgenoma de luca 27 millones paresproteínas en el genoma de lucamembrana funcional en lucacódigo genético canónico de lucametabolismo anaerobio acetogénico lucaatp sintasa y gradiente protonesnucleótidos aminoácidos azúcares lucaLucaMoodyADNJuan Carlos GilATP sintasaIgnacio CrespoOparínHéctorfigura 1Cell GenomicsAlphaFoldRegulinchigen AFrancis VillatoroHéctor Socas
Proteínas en el genoma de Luca
Con
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Juan Carlos Gil continúa explicando un trabajo de investigación de Moody y colaboradores publicado en 2024 sobre la reconstrucción del primer ancestro universal, Luca.
…que a su vez era de 2024 de Moody, donde Moody y otros colaboradores intentaban reconstruir cuándo vivió y cómo era el primer ancestro universal. Esto de ancestro universal significa que de ahí múltiples ramas evolucionaron y salieron todos los bichitos. todos los seres vivos que conocemos, incluidos nosotros, pero efectivamente habría otros con toda seguridad que no llegaron, su descendencia acabó extinguiéndose por distintos motivos y también había cosas antes que Luca y en eso se intenta adentrar lo que os voy a contar En ese trabajo de Moody en el 2024 databan a Luca en hace unos 4.200 millones de años con un genoma de 2,7 millones de pares que codificaba unas 2.700 proteínas, o sea que no, ya lo dije entonces, no era un bichito de andar por casa, era bastante complejo, tenía ya membrana funcional, tenía un genoma que con toda probabilidad era de ADN, un sistema de traducción a proteínas prácticamente completo con sus ribosomas, El código genético canónico, el de las cuatro Letras de hoy o la quinta en el ARN y las principales proteínas relacionadas, capacidad para sintetizar o al menos interconvertir nucleótidos, aminoácidos y azúcares y también tenía ATP sintasa, la que sirve para fabricar ATP y por tanto gradiente de protones de los que hablamos en el episodio anterior. Y bueno, se cree que tenía un metabolismo anaerobio acetogénico, que era capaz de metabolizar el ácido acético. O sea, la evolución ya había hecho bastantes cosas cuando llegó Luca, y a pesar de que fue 300 millones de años después de que esto fuese una bola de fuego, por simplificar, o sea, es fascinante lo rápido que surgió. Pero ¿qué había antes? Pues en general podemos acceder al origen de la vida de varias formas: estudios de química prebiótica, simulaciones, indicios geológicos, indicios geoquímicos y bueno, fósiles cuando ya los hay, que no es hasta muchísimo más tarde. Pero una herramienta que es…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando un trabajo de investigación de Moody y colaboradores publicado en 2024 sobre la reconstrucción del primer ancestro universal, Luca.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1luca hace unos 4200 millones añosgenoma de luca 27 millones paresproteínas en el genoma de lucamembrana funcional en lucacódigo genético canónico de lucametabolismo anaerobio acetogénico lucaatp sintasa y gradiente protonesnucleótidos aminoácidos azúcares luca…que a su vez era de 2024 de Moody, donde Moody y otros colaboradores intentaban reconstruir cuándo vivió y cómo era el primer ancestro universal. Esto de ancestro universal significa que de ahí múltiples ramas evolucionaron y salieron todos los bichitos. todos los seres vivos que conocemos, incluidos nosotros, pero efectivamente habría otros con toda seguridad que no llegaron, su descendencia acabó extinguiéndose por distintos motivos y también había cosas antes que Luca y en eso se intenta adentrar lo que os voy a contar En ese trabajo de Moody en el 2024 databan a Luca en hace unos 4.200 millones de años con un genoma de 2,7 millones de pares que codificaba unas 2.700 proteínas, o sea que no, ya lo dije entonces, no era un bichito de andar por casa, era bastante complejo, tenía ya membrana funcional, tenía un genoma que con toda probabilidad era de ADN, un sistema de traducción a proteínas prácticamente completo con sus ribosomas, El código genético canónico, el de las cuatro Letras de hoy o la quinta en el ARN y las principales proteínas relacionadas, capacidad para sintetizar o al menos interconvertir nucleótidos, aminoácidos y azúcares y también tenía ATP sintasa, la que sirve para fabricar ATP y por tanto gradiente de protones de los que hablamos en el episodio anterior. Y bueno, se cree que tenía un metabolismo anaerobio acetogénico, que era capaz de metabolizar el ácido acético. O sea, la evolución ya había hecho bastantes cosas cuando llegó Luca, y a pesar de que fue 300 millones de años después de que esto fuese una bola de fuego, por simplificar, o sea, es fascinante lo rápido que surgió. Pero ¿qué había antes? Pues en general podemos acceder al origen de la vida de varias formas: estudios de química prebiótica, simulaciones, indicios geológicos, indicios geoquímicos y bueno, fósiles cuando ya los hay, que no es hasta muchísimo más tarde. Pero una herramienta que es…
Juan Carlos Gil explica cómo Moody y sus colaboradores utilizaron pares de parálogos presentes en Luca para datar a este último antepasado común de toda la vida.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #19luca antepasado común vidaparálogos presentes en lucaárbol del gen a bacterias arqueasárboles filogenéticos convergiendo paralelomarcas especiación árbol filogenético…la hemoglobina. Pero es que se estima que el 70% de los genes codificantes, no del ADN mal llamado basura, el 70 % de los genes codificantes forman parte de alguna familia de parálogos en el ser humano. O sea que no es realmente algo así lateral o rarísimo. Pues para datar a Luca, para enraizar el árbol de la vida, Moody y colaboradores utilizaron 5 pares de parálogos que ya estaban presentes en Luca y que fueron obviamente posteriormente heredados por las dos primerísimas grandes linajes de la evolución, bacterias y arqueas. Así que podemos reconstruir el árbol del gen A hacia atrás que llega al gen A de Luca por dos caminos, bacterias y arqueas, y lo mismo para el otro gen B. Con lo cual tenemos dos árboles filogenéticos convergiendo en paralelo y como todos han evolucionado en el mismo contexto, en ellos quedan marcas de acontecimientos de especiación, lo que nos van poniendo mojones en la carretera, marcas de tiempo Bueno, pues con esos árboles hacia atrás y esas marcas de tiempo somos capaces de extrapolar. Es lo que hicieron Moody en colaboradores y llegaron a estos sorprendentes 4.200 millones de años. No he repasado si este estudio se ha revisado porque a mí me explota la…
Juan Carlos Gil explica que aunque Luca representa el límite actual para reconstruir árboles filogenéticos, su herencia contiene elementos más antiguos que él mismo.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9 · Palabras #16luca límite árboles filogenéticosherencia de luca elementos más antiguosparálogos de luca duplicación pre-lucadiferencias parálogos luca territorio pre-luca…estudio se ha revisado porque a mí me explota la cabeza que la Tierra se formase hace 4.540; creo que es la cifra actual, y 340 millones de años después ya estuviese el UCA este que no era nada sencillo. Vale, por lo que os he contado, esta convergencia hacia Un antepasado común parecería que hasta ahí podemos llegar, ¿no? Si todo converge en Luca, no parece que podamos llegar antes a Luca, ¿no? Porque Luca es obviamente el límite de los árboles de especies que podemos reconstruir mediante inferencia filogenética. Nos quedamos sin método, ¿no? Bueno, pues no estemos tan seguros, porque efectivamente Luca es nuestro tátara, tátara abuelo, pero en su ajuar, en su herencia, nos dejó cosas más antiguas que él mismo. Él ya tenía parejas o familias de parálogos, si Luca ya atesoraba dos de estos manuscritos, obviamente la duplicación ocurrió antes de Luca. Así que comparando las diferencias que fueron acumulando estos parálogos ya presentes en Luca, nos podemos avistar ligeramente en territorio pre-Luca y es a esto. A lo que se llama Parálogos Universales y es más o menos de lo que va a hablar el artículo que aparece en este contexto titulado: Los parálogos universales ofrecen una ventana a la evolución anterior al último ancestro común universal. Se publicó en Cell…
Juan Carlos Gil resume la información presentada en la figura 1 del artículo sobre parálogos universales, destacando su representación idealizada y aplicada con un ejemplo de factores de iniciación y elongación de la traducción.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #14parálogos universales figura 1genes y proteínas traducciónfactores iniciación elongación traducciónramas bacterianas arqueanas lucadiagrama parálogos emparentados luca…qué hemos conseguido con ellos y sobre todo al final extrapolan que nos puede deparar el futuro con todas las herramientas filogenéticas y las capacidades de análisis nuevas que tenemos en torno a estas fantásticas herramientas de los parálogos universales. Para empezar, todo lo que os he contado se ve fenomenal en la figura 1 del artículo, de forma idealizada en el panel A de la izquierda y de forma aplicada en el panel B, donde se ilustra el caso real de unos genes y proteínas que son los factores de iniciación y elongación de la traducción. Bueno, quien tenga acceso al dibujo ahora o más tarde se ven las ramas bacterianas y arqueanas correspondientes a los distintos parálogos y como al retroceder vemos que nos llevan hacia Luca, pero como ambos parálogos están emparentados entre sí, resulta que ambas ramas terminan conectándose todavía más atrás, todavía antes a Luca. Ese es el diagrama para los que estéis viendo el YouTube. Es muy sencillo, prácticamente se entiende casi con lo que he dicho. Vale, pues si el 70% de nuestros genes son codificantes, son parálogos, pues debemos tener mogollón de parálogos universales para hacer estudios de todo tipo. Bueno, pues…
Juan Carlos Gil explica las razones por las cuales se ha identificado un bajo número de parálogos universales a pesar de su potencial para revelar información sobre la evolución temprana de la vida. Menciona dos problemas principales: la pérdida de genes y la divergencia de secuencia.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #6 · Palabras #12pérdida de genes lucadivergencia de secuencia proteínasproteínas homólogas evolución temprana…de trazar la pista a tan poquitos? Jolín, chicos, porque han pasado 4.000 millones de añazos y durante todo ese tiempo la señal se ha ido deteriorando. Afortunadamente, si no, no estaríamos hablando de ello; seríamos todavía Lucas en un charco templado. Los autores destacan tres problemas principales por los que esto ha ocurrido. Primero, la pérdida de genes. Claro, Lucas pudo tener A y B, pero si en muchas ramas evolutivas B acaba perdiéndose, cuando miramos ahora, pues no tenemos suficiente señal de B como para determinar que ya estaba presente en Luca. Segundo, lo que se llama divergencia de secuencia; claro, dos proteínas pudieron ser, han sido homólogas en el pasado, pero durante todo este tiempazo han ido evolucionando y ahora es que no hay forma ni de reconocer que viniesen de La misma y la tercera, súper chulo, la transferencia horizontal de genes, que es un mecanismo fascinante que no se suele contar en cursos de biología de introducción y que me gustaría tener eso en ella un pelín. Afecta sobre todo a bacterias y arqueas en los…
Juan Carlos Gil describe cómo se ha reconstruido un ancestro preluca de dos proteínas implicadas en la traducción, sugiriendo que esta proteína ancestral era más generalista y capaz de desempeñar múltiples funciones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #18proteína ancestral regulinchireconstrucción ancestro preluca traducciónespecialización proteínas parálogas descendientesduplicación gen regulinchi…este caso no tenemos ADN antiguo, que es lo típico de la paleogenómica, como se hace con neardentales o con lo que sea, sino que además de no tener el ADN tenemos que reconstruirlo a partir de huellas, de indicios que ha dejado en genes actuales y esto se ha Hecho, se ha reconstruido un ancestro preluca de dos proteínas implicadas en la traducción, dos de las que mencionábamos antes y esta reconstrucción sugiere que el ancestro del cual salieron era a su vez una proteína más generalista, posiblemente era capaz de desempeñar funciones que después las han adquirido y se han especializado estas dos proteínas parálogas descendientes, si me permitís abusar de la metáfora. Esto mola un montón, ¿no? Una proteína ancestral hacía varias cosas, Regulinchi, su gen se duplica, tenemos dos copias de las proteínas que van evolucionando, de nuevo si me permitís la analogía, se van especializando, se van repartiendo el trabajo y así acabamos monos parlantes y pensantes, ¿no? Es la leche. El libro de Parálogos Universales, ¿no? Es el caso, y vamos a saltar a la figura 2 del panel A, está en la página 5, de la subunidad catalítica y no catalítica de la ATP sin tasa, que es así, del libro. En esta figura 2, que ya estaré un ratito hablando de…
Juan Carlos Gil explica la dificultad para detectar duplicaciones genéticas antiguas, tanto antes como después de Luca (Last Universal Common Ancestor), que se ocultan en nuestros genes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #3duplicación genética pre lucaproteínas en luca moodyparálogos identificados por moodyfamilias de parálogos no siempre parejas…los que estoy viendo la figura no aparece nada naranja arriba a la derecha. Como os digo, la explicación más probable es una duplicación preluca y pérdida posterior de una de las copias. Esto indica que esto puede estar ocurriendo decenas de miles de veces. Es muy posible que hubo duplicación, Luca; post Luca y también pre Luca escondidas ahí en nuestros genes, que con cosas como estas no somos capaces de ver. De hecho, Moody estimaba esas 2700 proteínas en Luca, que os contaba antes, pero solo podía identificar con alta verosimilitud 400 familias: 400 familias de parálogos. Digo familias a veces porque no son siempre parejas, pueden ser tríos e incluso Más, y el panel C... Perdona un momento Juan Carlos porque estoy viendo en el chat que hay quien pregunta si puedes repetir el concepto de lo que son parálogos. Porque es un concepto que es muy importante aquí, que lo está usando mucho en la explicación y…
Juan Carlos Gil, continuando una explicación sobre parálogos, introduce el concepto de ortólogos como genes similares con un ancestro común presente en distintas especies.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #15genes ortólogos ancestro comúnluca primer organismo duplicación genéticaduplicación antes de ortólogos…provenían de un gen común. Es como si los genes también tuviesen familias o descendientes, que bueno, estamos estirando mucho el lenguaje, pero es que es bastante directa la analogía. Entonces, algunos de estos genes parálogos de hoy estaban antes de Luca. Luca es el primer organismo del que derivamos todos, pero hay genes que él tenía ya duplicados, por tanto se produjo antes la duplicación. Si me permites un detalle, Juan Carlos, quizás también habría que recordar el tema de ortólogos, que son los genes que son muy parecidos entre sí, que tienen un ancestro común, pero que están en especies diferentes. Los parálogos están dentro de la misma especie, de los individuos de la misma especie; los ortólogos son los que están en especies distintas, aunque provienen de un ancestro común, que era una especie ancestral a esas dos especies. Y así ocurre, gracias…
Juan Carlos Gil resume la información sobre la herencia de Luca y explica cómo los autores esperan encontrar más rastros preluca en el futuro gracias a nuevos genomas y métodos filogenéticos.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #15rastros preluca nuevos genomasmétodos filogenéticos linajes ocultosanálisis microorganismos ramas poco muestreadasparentescos luca nueva búsqueda…se extinguió, pero uno de sus genes pudo sobrevivir. Es como si en el ajuar, como si en la herencia de Luca, una rama de otra familia hubiera donado algún elemento para la herencia, un linaje antiguo que después desapareció y solo ha quedado ahí un anillo. Como parte de la herencia de otra familia, bueno pues este es el resumen de lo que había y a partir de aquí los autores miran hacia el futuro. Con toda probabilidad, argumentan: vamos a tener, hay mogollón de rastros preluca que quedan por descubrir y como tenemos dos cosas que nos van a permitir descubrirlos en los próximos años. Primero, mucho más genomas. Estamos haciendo ahora análisis de muchísimas ramas de microorganismos, incluso estaños, que estaban poco muestreadas. Y mejores, además, métodos filogenéticos. Esto permitirá que surjan copias raras que sobrevivieron en pocos linajes, de los cuales hay poca señal, que están ocultos en el ruido y que con estas herramientas aflorarán. Y es que además podemos buscar parentescos de otra manera. ¿recordáis uno de los problemas que también mencioné? Que era la divergencia de secuencia, donde al evolucionar van modificándose y es difícil reconocernas Bueno, pues resulta que la propia secuencia de aminoácidos en la proteína es más robusta, se suele…
Juan Carlos Gil explica cómo las herramientas de predicción estructural como AlphaFold permiten identificar familias genéticas pre-Luca que antes eran difíciles de detectar.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #14alphafold identifica familias genéticas prelucaherramientas predicción estructural arquitectura genéticaaprendizaje automático detecta parentesco preluca…pueda seguir plegándose casi como la anterior, de tal forma que se conserve la arquitectura tridimensional de su punto activo, de su sitio activo y permitir que la proteína siga haciendo la función. Así que dos proteínas que letra a letra son razonablemente distintas, pues pueden seguir conservando su arquitectura y eso delataría su parentesco. Con lo cual, con todas las herramientas de predicción estructural que tenemos ahora, vuelvo a mencionar al fantástico AlphaFold, herramientas de aprendizaje automático y demás, pues podemos de nuevo identificar familias pre-Luca que hasta ahora se nos estaba escapando. El artículo menciona también en esta lista de técnicas a los procesadores cuánticos, que bueno, yo creo que se ha tirado un triple claramente los autores porque quedaba bien mencionarlo, pero no hay, de momento no hay indicios de que esto, bueno, ya lo hemos comentado muchas veces. Sí, hay la compañía esta…
Juan Carlos Gil explica que los parálogos universales no permiten rastrear el origen químico de la vida hasta los coacervados de Oparín, sino que se limitan al código genético, pero sí ayudan a extender la filogenia más allá de Luca.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8coacervados de opari n origen vidafilogenia más allá de lucaparálogos universales código genéticomaquinaria molecular con historia evolutivaartículo aclara historia evolutiva lucaluca horizonte sucesos filogeniaparálogos universales oscilaciones acústicasgenes duplicados luca señal retrocederhuella historia antes de luca…Obviamente, no podemos ir para atrás hasta los 4.540 millones de años, hay una frontera y es la existencia del propio código genético. Si no hay código genético no hay nada que heredar que haya llegado hasta nuestros días y por tanto no hay nada donde mirar. Además, os decía: las pérdidas pueden haber borrado estos indicios y demás. Así que estos parálogos universales no nos llevan hasta el origen químico, si queréis, de la vida. Hasta los coacervados de Oparín, ¿no es así? Se queda en el código genético, claro, pero sí nos permite empujar la filogenia un poquito más allá de Luca y eso ha sido brutal. Concluyendo, ¿por qué me ha parecido importante lo que cuenta este artículo? Héctor, como te decía, porque demuestra o aclara o deja claro que Luca no es el principio de la vida. Cuando apareció ya había una maquinaria molecular que llevaba una razonablemente larga historia evolutiva a sus espaldas. A menudo se Piensa en Luca como una especie de horizonte de sucesos: más allá del cual la filogenia no puede decirnos nada. Una especie de fondo cósmico de microondas para la cosmología. Pero ocurre eso, algunos genes ya estaban duplicados en Luca y podemos tirar un poquito la señal hacia atrás. Y estos parálogos universales vienen a ser una especie de oscilaciones acústicas de variones, que no nos permiten observar lo que hay detrás del horizonte, pero sí que conservan una huella de lo que ocurrió antes de él. No tenemos fósiles anteriores a Luca, pero quizá conservemos fragmentos de su historia en todas las vidas, en todas las formas de vida actual, incluso en nosotros mismos. A mí, bueno, me parece flipante. Y hasta aquí lo que os quería contar. Bueno, pues muchas gracias Juan Carlos. No sé si hay comentarios o qué, porque tenemos que ir yendo un poco rapidito, pero... Sí, voy a hacer un comentario rápido porque me parece muy interesante este estudio y por muchos…
Ignacio Crespo plantea la posibilidad de que 'Luca', el último ancestro común universal, no fuera una célula o un sistema vivo completo, sino un metabolismo complejo autorreplicable en fumarolas hidrotermales.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #7luca metabolismo complejo autorreplicableintercambio horizontal genes orígenes indistinguiblesfumarolas hidrotermales fondo oceánicoalcalinas cavidades frontera espacioluca ancestro común universalgenes parálogos funciones celulareslínea filogenética único origencélula antes de lucaafirmaciones sobre luca con cautelacampo científico avanza y modifica lucafrancis villatoro recuerda contexto luca…¿Qué podemos sacar de ella y qué no? ¿Y qué podemos deducir que había antes? Porque has comentado lo de la transferencia horizontal de genes. Muy importante tener en cuenta que ha habido especulaciones sobre que la vida puede haber aparecido no una sino tal vez dos veces, pero que en estadios muy iniciales hubiera un intercambio horizontal de genes que hiciera que fueran indistinguibles esos orígenes. Y hay también especulaciones sobre, oye, Luca tal vez como concepto, ¿no? Aquella frontera de la que estamos hablando, que ahora vemos que podemos ver más allá, podía ser no una célula, no un sistema vivo como entendemos ahora, sino un metabolismo complejo, autorreplicable, que se encontraba en fumarolas hidrotermales, en el fondo de los océanos, en las alcalinas, que tienen como cavidades pequeñitas que pueden hacer también de frontera con el espacio. O sea, había muchas preguntas ahí no tan antiguas abiertas y este tipo de estudios nos da buenas pistas porque si realmente estos genes parálogos nos dicen esas funciones que estás comentando apuntan a que bueno al menos durante un tiempo previo a esa frontera sí que hablamos de una única línea filogenética por decirlo así un único origen y que ya había una célula como tal. Entonces todo eso son como aportes extras que ayudan a podar esas ramas de las especulaciones en torno al origen de la vida. Vale, pues muchas gracias Juan Carlos. Y después eso, que recordar a todos los oyentes que todo lo que digamos sobre Luca y más lo que digamos de antes de Luca, que hay que cogerlo muy entre comillas, ¿vale? Que estamos hablando de cosas que conforme avance el campo pueden echarse para atrás, ¿no? No sé, ¿acuerdas del estudio que tú contaste en 2024, Juan Carlos? ¿Ha sobrevivido más o menos? ¿Se mantiene? Porque ha sido muy poco estudiado, a pesar de que ha sido muy citado. Se mantiene casi todo, pero una de las cosas que se han perdido es que hablaba…