Cuando un pedazo de ADN se duplica por error, se añaden al genoma copias extra del gen o genes dentro de la región y, posteriormente, esos genes pueden mutarse separadamente. “Las duplicaciones son realmente importantes desde una perspectiva de la evolución porque agregaron muchas variaciones al genoma,” asegura Tomas Marques-Bonet, científico del laboratorio de Evan Eichler de la Universidad de Washington, en Seattle, que lideró la investigación. “Estas regiones están evolucionando rápidamente”, afirma Marques-Bonet.
La mayoría de las estimaciones de similitud entre los humanos y otros primates se han enfocado sobre los cambios de una sola letra en el genoma como la base primaria de un cambio evoluciotivo. Sin embargo, ahora los científicos están descubriendo la importancia de los cambios estructurales en el genoma, que incluyen la eliminación o duplicación de segmentos de ADN entre 1.000 y 10.000 letras de longitud. Estas regiones se encuentran flanqueadas por tiras repetitivas que se cree que causan errores en el proceso de replicación del ADN de las células, dando como resultado genes duplicados.
“Solo recientemente hemos obtenido los datos de las secuencias y las herramientas propicias para poder estudiar todo esto y comprender su rol dentro de la historia de la evolución,” asegura George Perry, científico de la Universidad de Chicago que no tomó parte en la investigación. El genoma del chimpancé se conoció en 2005, y los proyectos de genoma del orangután y el macaco se encuentran en pleno desarrollo. Además, los científicos ahora pueden crear microsecuencias de genes hechos a medida para detectar rápidamente un gran número de duplicaciones específicas.
Marques-Bonet y sus colegas analizaron la secuencia del genoma de cuatro especies de primates: humanos, chimpancés, orangutanes y macacos. Los humanos, chimpancés y los orangutanes descienden del linaje del gran simio africano, compartiendo un ancestro común alrededor de 12 millones de años en el pasado. A su vez, el macaco, clasificado como un mono del viejo mundo, se separó del linaje común de los primates hace más de 25 millones de años. Comparando las áreas de duplicación de ADN en la secuencia del genoma, los investigadores encontraron un impulso en la velocidad de duplicaciones justo antes de que los orangutanes se separaran, y un segundo impulso antes de que lo hiciesen los chimpancés y los humanos, de acuerdo a una investigación publicada esta semana en Nature. Este incremento se produjo aún cuando hubo una disminución en la velocidad de cambio de las letras únicas.
Los científicos son reacios a especular acerca de cómo la aceleración en la velocidad de duplicación surgió en el linaje de los humanos y los chimpancés, y cómo afectó la evolución humana. Por ejemplo, todavía no está claro si las duplicaciones que ocurrieron en ese período de tiempo confirieron una ventaja evolucionaria sobre sus portadores. “Creemos que las duplicaciones hacen que el genoma sea más dinámico”, declara Marques-Bonet. “Pero el tener un genoma dinámico es una navaja de doble filo, porque esos reacomodamientos pueden ser beneficiosos, o pueden estar ligados a enfermedades”, prosigue el científico. De hecho, invetigaciones recientes muestran que las duplicaciones en el genoma humano juegan un rol importante en enfermedades como el autismo, la esquizofrenia o el retraso mental.
nTampoco está muy claro si la aceleración vista en el chimpancé y el ancestro humano es única. “Estas mutaciones básicas se han estado desarrollando durante al menos 90 millones de años,” afirma Nick Patterson, genetista del Broad Institute en Cambridge. “La cuestión es si hay algo inusual en lo que le sucedió al linaje humano, y yo dudo que tengamos suficientes datos cómo para contestar eso”, declara Patterson. Para hacer este tipo de comparación se necesitarían secuencias de genomas de muchas especies relacionadas de mamíferos.
Es probable que las duplicaciones tengan propiedades evolutivas muy diferentes a los cambios de una sola letra. Ambos surgen de errores a nivel molecular, que luego podrían ayudar o dañar o no hacer nada sobre la aptitud reproductiva del organismo. La mayoría de los cambios de una sola letra caen dentro de una categoría neutral. Sin embargo, como los cambios de duplicación muchas veces incrementan el número de copias de un gen y, por lo tanto, potencialmente incrementan la concentración de proteína que produce ese gen, son más propensos a producir un efecto sobre el portador.
Además, mientras que cambios de una sola letra podrían hacer que una proteína en particular sea más o menos efectiva al recortar de manera ínfima su estructura, las duplicaciones que crean copias adicionales de genes específicos dejan vía libre a que las nuevas copias puedan evolucionar para un propósito completamente nuevo. "Se tiene dos copias que pueden separarse,” explica Perry. “Una copia luego puede sufrir una mutación y adquirir una nueva función que podría ser importante para la biología de ese organismo", prosigue. Por ejemplo, la visión a color en los primates surgió gracias a la duplicación del gen de pigmento visual. "Con este tipo de análisis -según el científico de la Universidad de Chigado- podemos empezar a identificar a otros genes específicos a diferentes linajes, y luego estudiar el efecto potencial que podría tener sobre la biología de esas especies".
Casi todas las duplicaciones analizadas en el estudio -más del 80%- son compartidas por los humanos, los chimpancés y los gorilas. Pero los genes en regiones duplicadas únicas a los humanos son, en gran parte, aquellos que aún no han sido caracterizados. “Hemos encontrado más de 30 genes que se encuentran duplicados solamente en los humanos”, aclara Marques-Bonet. “Pero todavía no sabemos su función”, concluye el experto.