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Borja TosarIgnacio CrespoJuan Carlos GilFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribetpérdida de genes lucadivergencia de secuencia proteínasproteínas homólogas evolución tempranaLucaJuan Carlos GilRegulinchiParque JurásicoADNATP sintasaD-Wave Systems4.000 millones de años
Proteínas homólogas Evolución temprana
Con
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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.
…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…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil continúa explicando las características de Luca, el último antepasado común de toda la vida en la Tierra, detallando su metabolismo anaerobio acetogénico y cómo la evolución ya había avanzado considerablemente cuando surgió.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #9metabolismo anaerobio acetogénico lucaatp sintasa y gradiente protonesnucleótidos aminoácidos azúcares luca…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 los genes duplicados, llamados genes parálogos, evolucionan independientemente y pueden llegar a realizar funciones diferentes.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12genes parálogos evolucionan independientementeproteínas parálogas codifican funciones diferentesduplicación gen ancestral genera parálogos…y pueden evolucionar de forma independiente Es como si nos encontramos dos manuscritos antiguos, que son dos copias de un mismo original, pero que cada uno sigue una vida de copia y requetecopia distinta y van acumulando errores y sus propias variaciones En biología, muchas veces una de estas dos copias acaba desapareciendo. Otras veces se conservan las dos y se diferencian. Esto es fascinante, ¿dos cosas que servían para lo mismo? Siguen evolucionando y acaban haciendo cosas distintas, funciones diferentes. Bueno, pues esos dos genes que proceden de una duplicación de un mismo gen ancestral es lo que se llama genes parálogos y por extensión las proteínas que permiten codificar se llaman proteínas parálogas. Juan Carlos, un ejemplo más famoso, el ejemplo quizás más famoso de toda la biología: la hemoglobina. Que tienes la globina A y la globina B, que son parálogas tal cual, están codificadas por genes diferentes que en su día correspondían a un mismo gen…
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 #1 · Palabras #1pérdida 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 #2árbol genealógico emborronamiento 4000 millonesparálogos universales reconstrucción ramitasproteínas actuales secuencia estadística gilproteínas ancestrales secuencia aminoácidosalfa-fold predicción estructura tridimensionalfunción proteínas inferencia laboratoriosíntesis cadena aminoácidos proteínaproteínas ancestrales prelucapaleogenómica extrema juan carlos gilrecreación proteínas parque jurásicoproteína ancestral regulinchireconstrucción ancestro preluca traducciónespecialización proteínas parálogas descendientesduplicación gen regulinchi…porque puede haber dos organismos que realmente sean muy alejados pero que en determinados genes nos parecen comunes, pero no porque fuesen parálogos hace muchísimo tiempo sino porque se los han transferido hace 20 minutos en términos evolutivos, ¿vale? Así que esto produce un emborronamiento del árbol genealógico que, claro, a lo largo de 4.000 millones de años ponte tú a buscar; ese es el problema. Bueno, a pesar de todo este lío hemos conseguido identificar algunos parálogos universales y reconstruir estas pequeñas ramitas que se internan ligeramente en territorio preluca. ¿Y qué hacemos con ellos? Pues comparando las proteínas actuales podemos inferir estadísticamente la secuencia. De aminoácidos que tenían aquellas proteínas ancestrales y a partir de ahí a su vez podemos predecir su estructura tridimensional o la alfa-fold, intentar determinar o inferir qué función podían hacer e incluso en algunos casos podemos sintetizar, porque en el laboratorio ya somos muy listos, esta cadena de aminoácidos y conseguir la proteína y estudiarla en el laboratorio, ¿no? O sea, de alguna forma somos capaces ya de resucitar experimentalmente proteínas ancestrales preluca. ¿Cómo os quedáis? Parque jurásico en versión un poquito venida menos, pero a mí me llama la misma atención. Es una especie de paleogenómica extrema, si queréis, ¿vale? En 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 aborda el problema de la divergencia de secuencia en la evolución genética y explica que la secuencia de aminoácidos de una proteína tiende a conservarse mejor que su estructura tridimensional.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7 · Palabras #4evolución genética divergencia de secuenciaproteína estructura tridimensional conservaciónsecuencia de aminoácidos robustez evolutivajuan carlos gil evolución proteínasmutaciones genes sin afectar funciónproteínas con secuencias diferentes estructura similararquitectura tridimensional sitio activo proteínasconservación función proteína tras mutación…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 conservar mucho mejor que la estructura tridimensional, quiero decir, se suele conservar con más robustez que la propia secuencia de aminoácidos ¿Por qué? Pues porque algunas mutaciones que dan lugar a cambios de Genes y luego de aminoácidos son tolerables. Es posible que la proteína 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…
Juan Carlos Gil explica cómo la extrapolación de información sobre proteínas ancestrales podría llevar al descubrimiento de nuevos catalizadores y motivos moleculares con aplicaciones en biotecnología.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5proteínas ancestrales estructura tridimensionalsimulaciones dinámica molecular proteínasreconstrucción secuencia ancestral proteínasforma proteína molécula reconocidaproteínas ancestrales y biotecnologíacatalizadores desde proteínas ancestralesdominios proteicos en extrapolación gil…la ventaja cuántica. De hecho no hay garantía de que todos los qubits estén en superposición ni mucho menos, pero bueno, oye, que han hecho cosas bastante interesantes, obviamente, bueno, ya lo hemos comentado otras veces. Y otra faceta de todo esto, también. Podemos reconstruir cómo eran y cómo funcionaban, o sea, primer peldaño: reconstruimos la secuencia ancestral como podamos. Con ello predecimos la estructura tridimensional y con la estructura podemos simular su comportamiento, por ejemplo, dinámica molecular. Estoy estirando de nuevo el chicle, pero es una vía posible. Podemos así averiguar qué forma tenía la proteína, qué molécula reconocía o incluso qué reacciones catalizaba, o sea, hasta llegar a función. Y dicen los autores que esto puede llegar a tener Aplicación práctica. Es posible que algunas proteínas ancestrales tuvieran funciones que ya no existen exactamente en esa forma en los organismos actuales. Así que, eventualmente, de nuevo extrapolando mucho el chicle, pues eso nos podría proporcionar nuevos catalizadores, dominios proteicos o motivos moleculares que pudieran ser útiles para biotecnología. Siempre hay que lanzar una posible aplicación de los descubrimientos. Entonces, de nuevo, es bastante chulo cómo rebuscando en el ajuar de la vida primitiva podemos descubrir algunas piezas, un mecanismo de Anticitera que nos pudiese ser útil miles de millones de años después. Obviamente, no podemos ir para atrás hasta los…