Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli Se trata de un artículo complejo sobre la aplicación de la evolución experimental, y en ocasiones difícil de seguir en mi caso, en cuanto a los conceptos utilizados. La adaptación se trata de un proceso gradual, Darwin es citado con la frase “No vemos nada de estos pequeños cambios en progreso, hasta que la mano del tiempo ha marcado el largo periodo de la edad”. Es decir que no se da un cambio repentino, sino que es necesaria la acumulación de pequeños cambios para observar uno de mayor magnitud y que sea cuantificable. Y esta variación es dada por cambios en el ambiente y como causa de bloqueos en el flujo de genes, y fluctuaciones de otros factores. Y es finalmente uno de los objetivos de este pequeño pero complejo artículo, el cual da seguimiento a una cepa de E. coli por 40,000 generaciones, que es dar a conocer las tasas de evolución genómica y la adaptación del microorganismo a los largo del tiempo. Secuenciando cada 2K, 5K, 10K, 15K, 20K y 40K generaciones, para dilucidar los cambios genéticos (inserciones, deleciones, sustituciones y mutaciones), que dan paso a la adaptación, observaron la diferencia genómica entre el ancestro y las generaciones posteriores con un comportamiento lineal, y esto es tomado como un comportamiento muy particular de evolución neutral, mientras que la aptitud mostró profunda adaptación con un comportamiento no lineal y esta tasa de aptitud desacelera con el tiempo. Los autores intentan entonces crear ciertas hipótesis y explicar los fenómenos observados, algunas de ellas son más aceptables bajo el contexto de la deriva génica.
Enrique Martínez Carranza Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli
La capacidad para obtener secuencias genómicas con gran facilidad ha permitido el diseño de experimentos de evolución experimental como el que ahora tenemos, donde a partir de una población bacteriana crecida en el laboratorio de Escherichia coli se pudo obtener que el genoma de la población está mutando constantemente a lo largo de la secuencia genómica, lo que podría hacer pensar que las mutaciones son neutrales y en acorde con esta teoría, sin embargo con un análisis de mayor profundidad se logró ver que la mayoría de estas mutaciones podrían ser benéficas. Con el análisis de esta población de E. coli se observó que la misma población evolucionó posteriormente con una elevada tasa de mutación y acumuló cientos de mutaciones adicionales dominadas por una firma neutral. En particular, las sustituciones beneficiosas fueron sorprendentemente uniformes a lo largo del tiempo, mientras que las sustituciones neutras fueron altamente variables. Este es un estudio que trata de abordar la interacción entre la evolución del genoma y la adaptación al ambiente en E. coli abordando varios conceptos evolutivos y abre la puerta a un enfoque de estudio de gran interés en la actualidad.
En este artículo los autores examinan la relación entre la evolución a nivel genómico y la adaptación fenotípica durante el experimento de 40,000 generaciones en E. coli. Gracias a que para el tiempo en que se realizó este trabajo, los métodos de secuenciación masiva aparecen y se hacen más disponibles los autore tienen la posibilidad de analizar este experimento desde el punto de vista genómico. En particular, los autores secuenciaron los genomas completos en distintos tiempos del experimento y los compararon con el genoma de la población ancestral. De forma interesante, los autores encontraron varios tipos de mutaciones como SNPs, deleciones, inserciones e inversiones (incluso un fenotipo altamente mutante) que fueron adquiridas de forma más o menos lineal, pero, la tasa de incremento en la adecuación se presenta como una curva cuya pendiente decrecía sin que la tasa de mutación lo hiciera. Lo anterior es diferente a lo esperado teóricamente de acuerdo a la neutralidad de la selección, por lo que los autores intentan explicar estos resultados. Algunas de las hipótesis planteadas para explicar esta discrepancia involucran escenarios ecológicos, interferencia clonal y la variación en el tipo de mutaciones en cuanto a su efecto en la adecuación (e.g. neutralidad) aunque en general no alcanzan conclusiones muy sólidas. Sin embargo, este artículo provee una mirada más realista a la relación entre adecuación y mutaciones por lo que sus resultados deben tomarse en cuenta al momento de utilizar modelos de evolución o hacer generalizaciones al respecto. Estos resultados también resultan sorpresivos tomando en cuenta el tiempo relativamente corto en el que se lleva a cabo y a la simplicidad del sistema.
El artículo es un ejemplo de evolución experimental realizada a partir de generaciones de E. coli. El objetivo consistió en estudiar la velocidad de cambio de la evolución genética de cultivos de E. coli crecidos en condiciones limitantes de fuente de glucosa, para estudiar la relación entre la tasa de evolución genética y la tasa de adaptación, o fitness, a lo largo de 40 000 generaciones. El primer resultado que observaron es que durante todas las generaciones, el comportamiento de la tasa de evolución es lineal, mientras que la tasa de fitness tiene un comportamiento desacelerado a partir de la generación 2000. Lo cual sugiere que la tasa de apariencia de nuevas mutaciones benéficas declina y que la cobertura de las mutaciones ventajosas se vuelven más pequeñas. Y segundo, que la tasa de evolución genética se incrementó cuando un linaje mutador comenzó a establecerse. Para discutir sus resultados, proponen tres posibles escenarios para explicar la relación entre la tasa de evolución genética y la tasa de adaptación. -La sustitución de cualquier mutación beneficiosa no afecta el coeficiente de selección o la tasa de mutación beneficiosa. -La tasa de fitness mejora y la evolución del genoma debe ser constante sobre el tiempo por lo tanto la tasa de mutación beneficiosa declina cuando incrementan las sustituciones. -La ventaja de nuevas mutaciones beneficiosas declina cuando el fitness aumenta. Bajo estos criterios, el modelo de sustitución predice tasas de declinación tanto de la evolución genética y adaptativa o, alternativamente no hay desaceleración en cualquier trayectoria. En la discusión del artículo, de acuerdo a la sustitución de mutaciones beneficiosa, esta puede estar concentrada en la primera fase de adaptación en un tiempo corto, debido a las condiciones del experimento, además posiblemente también se deba a la acumulación de mutaciones neutrales como efecto de la deriva génica. Como la interferencia clonal ocurre en organismos asexuales cuando sublinajes con mutaciones beneficiosas son extintas por competición con otras mutaciones de otro sublinaje que son incluso más beneficionas. Este proceso puede contribuir a una tasa relativamente constante de cambio genético. En particular, las principales mutaciones beneficiosas pueden dominar las primeras fases de la evolución para grandes poblaciones en nuevos ambientes. Finalmente, los autores concluyen que es conveniente evaluar otro tipo de aspectos que complementen la evolución experimental; como el efecto de la interferencia clonal, la adaptación compensatoria y las tasas de mutación de cambio.
Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli
ResponderBorrarSe trata de un artículo complejo sobre la aplicación de la evolución experimental, y en ocasiones difícil de seguir en mi caso, en cuanto a los conceptos utilizados. La adaptación se trata de un proceso gradual, Darwin es citado con la frase “No vemos nada de estos pequeños cambios en progreso, hasta que la mano del tiempo ha marcado el largo periodo de la edad”. Es decir que no se da un cambio repentino, sino que es necesaria la acumulación de pequeños cambios para observar uno de mayor magnitud y que sea cuantificable. Y esta variación es dada por cambios en el ambiente y como causa de bloqueos en el flujo de genes, y fluctuaciones de otros factores.
Y es finalmente uno de los objetivos de este pequeño pero complejo artículo, el cual da seguimiento a una cepa de E. coli por 40,000 generaciones, que es dar a conocer las tasas de evolución genómica y la adaptación del microorganismo a los largo del tiempo. Secuenciando cada 2K, 5K, 10K, 15K, 20K y 40K generaciones, para dilucidar los cambios genéticos (inserciones, deleciones, sustituciones y mutaciones), que dan paso a la adaptación, observaron la diferencia genómica entre el ancestro y las generaciones posteriores con un comportamiento lineal, y esto es tomado como un comportamiento muy particular de evolución neutral, mientras que la aptitud mostró profunda adaptación con un comportamiento no lineal y esta tasa de aptitud desacelera con el tiempo. Los autores intentan entonces crear ciertas hipótesis y explicar los fenómenos observados, algunas de ellas son más aceptables bajo el contexto de la deriva génica.
Enrique Martínez Carranza
ResponderBorrarGenome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli
La capacidad para obtener secuencias genómicas con gran facilidad ha permitido el diseño de experimentos de evolución experimental como el que ahora tenemos, donde a partir de una población bacteriana crecida en el laboratorio de Escherichia coli se pudo obtener que el genoma de la población está mutando constantemente a lo largo de la secuencia genómica, lo que podría hacer pensar que las mutaciones son neutrales y en acorde con esta teoría, sin embargo con un análisis de mayor profundidad se logró ver que la mayoría de estas mutaciones podrían ser benéficas.
Con el análisis de esta población de E. coli se observó que la misma población evolucionó posteriormente con una elevada tasa de mutación y acumuló cientos de mutaciones adicionales dominadas por una firma neutral. En particular, las sustituciones beneficiosas fueron sorprendentemente uniformes a lo largo del tiempo, mientras que las sustituciones neutras fueron altamente variables. Este es un estudio que trata de abordar la interacción entre la evolución del genoma y la adaptación al ambiente en E. coli abordando varios conceptos evolutivos y abre la puerta a un enfoque de estudio de gran interés en la actualidad.
En este artículo los autores examinan la relación entre la evolución a nivel genómico y la adaptación fenotípica durante el experimento de 40,000 generaciones en E. coli. Gracias a que para el tiempo en que se realizó este trabajo, los métodos de secuenciación masiva aparecen y se hacen más disponibles los autore tienen la posibilidad de analizar este experimento desde el punto de vista genómico. En particular, los autores secuenciaron los genomas completos en distintos tiempos del experimento y los compararon con el genoma de la población ancestral. De forma interesante, los autores encontraron varios tipos de mutaciones como SNPs, deleciones, inserciones e inversiones (incluso un fenotipo altamente mutante) que fueron adquiridas de forma más o menos lineal, pero, la tasa de incremento en la adecuación se presenta como una curva cuya pendiente decrecía sin que la tasa de mutación lo hiciera.
ResponderBorrarLo anterior es diferente a lo esperado teóricamente de acuerdo a la neutralidad de la selección, por lo que los autores intentan explicar estos resultados. Algunas de las hipótesis planteadas para explicar esta discrepancia involucran escenarios ecológicos, interferencia clonal y la variación en el tipo de mutaciones en cuanto a su efecto en la adecuación (e.g. neutralidad) aunque en general no alcanzan conclusiones muy sólidas. Sin embargo, este artículo provee una mirada más realista a la relación entre adecuación y mutaciones por lo que sus resultados deben tomarse en cuenta al momento de utilizar modelos de evolución o hacer generalizaciones al respecto. Estos resultados también resultan sorpresivos tomando en cuenta el tiempo relativamente corto en el que se lleva a cabo y a la simplicidad del sistema.
Marcelo Navarro
El artículo es un ejemplo de evolución experimental realizada a partir de generaciones de E. coli. El objetivo consistió en estudiar la velocidad de cambio de la evolución genética de cultivos de E. coli crecidos en condiciones limitantes de fuente de glucosa, para estudiar la relación entre la tasa de evolución genética y la tasa de adaptación, o fitness, a lo largo de 40 000 generaciones.
ResponderBorrarEl primer resultado que observaron es que durante todas las generaciones, el comportamiento de la tasa de evolución es lineal, mientras que la tasa de fitness tiene un comportamiento desacelerado a partir de la generación 2000. Lo cual sugiere que la tasa de apariencia de nuevas mutaciones benéficas declina y que la cobertura de las mutaciones ventajosas se vuelven más pequeñas.
Y segundo, que la tasa de evolución genética se incrementó cuando un linaje mutador comenzó a establecerse.
Para discutir sus resultados, proponen tres posibles escenarios para explicar la relación entre la tasa de evolución genética y la tasa de adaptación.
-La sustitución de cualquier mutación beneficiosa no afecta el coeficiente de selección o la tasa de mutación beneficiosa.
-La tasa de fitness mejora y la evolución del genoma debe ser constante sobre el tiempo por lo tanto la tasa de mutación beneficiosa declina cuando incrementan las sustituciones.
-La ventaja de nuevas mutaciones beneficiosas declina cuando el fitness aumenta. Bajo estos criterios, el modelo de sustitución predice tasas de declinación tanto de la evolución genética y adaptativa o, alternativamente no hay desaceleración en cualquier trayectoria.
En la discusión del artículo, de acuerdo a la sustitución de mutaciones beneficiosa, esta puede estar concentrada en la primera fase de adaptación en un tiempo corto, debido a las condiciones del experimento, además posiblemente también se deba a la acumulación de mutaciones neutrales como efecto de la deriva génica.
Como la interferencia clonal ocurre en organismos asexuales cuando sublinajes con mutaciones beneficiosas son extintas por competición con otras mutaciones de otro sublinaje que son incluso más beneficionas. Este proceso puede contribuir a una tasa relativamente constante de cambio genético. En particular, las principales mutaciones beneficiosas pueden dominar las primeras fases de la evolución para grandes poblaciones en nuevos ambientes.
Finalmente, los autores concluyen que es conveniente evaluar otro tipo de aspectos que complementen la evolución experimental; como el efecto de la interferencia clonal, la adaptación compensatoria y las tasas de mutación de cambio.