Es interesante que siempre ha existido la tendencia hacia lo complejo, pero no siempre lo más complejo es lo más adaptado o lo mejor, y los ecólogos evolucionistas plantean una hipótesis interesante llamada “hipótesis de la reina negra” (BQH), donde la meta es tener el menor puntaje posible, caracterizada por el concepto de evolución reductiva. Este concepto nace del pensamiento que sólo es necesaria una mínima complejidad para sostener la vida, pero no existe un límite superior de complejidad, ahora bien las observaciones iniciales fueron que existen organismos derivados de otros más complejos, tipo parásitos micro y macroscópicos y simbiontes, donde tales organismos pierden la capacidad de realizar ciertas funciones que finalmente le serán provistas por sus hospederos. Por lo tanto la BQH, postula que ciertos genes o funciones biológicas, son análogas a la reina de espadas, y que tales funciones son costosas y muchas veces indeseables, por lo tanto son dirigidos hacia la selección para dejar de llevarlas a cabo. En bacterias, la reducción del genoma causa a menudo pérdida de la función, y la fuerza evolutiva detrás de esta reducción parece ser la deriva génica asociada a cuellos de botella y aislamiento de THG, además de la relajación de selección sobre ciertas funciones. Un par de ejemplos sobresalientes es el de Prochlorococcus y Candidatus Pelagibacter ambos de vida libre muy abundante en los océanos, sugieren que es la selección la responsable de la reducción del genoma esto respaldado por el tamaño efectivo de la población. La explicación más probable es la "racionalización" genómica y metabólica, que reduce la cantidad de carbono y otros nutrientes limitantes necesarios para producir una nueva célula, pero la racionalización requiere que las funciones perdidas sean dispensables al organismo, de modo que es costo de la pérdida sea menor que el del beneficio. Profundizando más en la racionalización, describen a detalle el caso de Prochlorococcus y Candidatus Pelagibacter, aunque son sensibles al estrés oxidativo, no codifican un gen (katG) de respuesta al estrés, pero son capaces de echar mano de la capacidad de otros miembros de la comunidad, que reducen el HOOH en las mismas aguas a un nivel que les permite prosperar. Posteriormente es introducido el concepto de interacciones ecológicas, donde se pueden encontrar “cooperadores” y “beneficiarios”, entonces la pérdida de resistencia a HOOH puede ser descrita como un evento adaptativo dependiente de comunidad.
Por lo que proponen que hay un proceso evolutivo que conduce esta dependencia, primero existe una ventaja selectiva de convertirse en beneficiario, que impulsa la pérdida de genes de algunos organismos y, por defecto, convierte a otros miembros de la comunidad en cooperadores. Los cooperadores son actores pasivos en este proceso, tal vez fueron desafortunados que lentamente cambiaron. Segundo, la ventaja de perder un gen y su función codificada debe ser dependiente de la frecuencia, de tal manera que cuando el cooperador se vuelva lo suficientemente raro el beneficio de cualquier pérdida adicional sea negado por el costo, evitando la extinción de la función de la comunidad. Por último, la remoción de HOOH difiere de muchas otras funciones al ser "permeable", de modo que su desintoxicación por parte de algunos miembros de la comunidad beneficia inevitablemente a otras células en su comunidad. Cumpliendo de dicha manera lo postulado por la BQH, que la función debe proveer un bien público indispensable, con la necesidad de que sea retenido por al menos un grupo de individuos en la comunidad, y que muy probablemente la pérdida de la función tenga un costo, que puede ser calculado, la teoría predice que una mutante con pérdida de la función será capaz de expandirse en su poblacional ancestral si el beneficio de aptitud relativa (B) es mayor que el costo de aptitud (C). Mientras que en una comunidad mezclada con organismos no relacionados se esperará que la mutante dirija a la extinción a su ancestro, pero la BQH predice que la pérdida de la función se procederá en cada especie en la comunidad hasta que B sea menos o igual que C para todos los individuos. Por último, cualquier función que sea costosa de llevar a cabo y defectuosa es un blanco potencial de pérdida, y algunos ejemplos mencionados fueron la fijación de nitrógeno, adquisición de nutrientes inorgánicos y la deposición en biofilmes, que cumplen algunas de las siguientes características: productos que son energéticamente o nutricionalmente caros, funciones y productos que son llevados a cabo por solo una fracción de la comunidad, funciones que son suficientemente defectuosas para resultar en un bien común, y productos que son vitales para la comunidad, no solo para el productor. El concepto de tramposos, es a mi parecer uno de los más complejos en este artículo, creo que finalmente pueden ser benéficos para el desarrollo de una comunidad, que aunque son costosos para un individuo son benéficos para el grupo, y es a la pequeña comuna a la que se trata de pertenecer.
The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss
Con el estudio de las comunidades microbianas y sus interacciones, y con ayuda de las ciencias ómicas se ha observado que en muchas de ellas hay una tendencia reduccionista de determinados fenotipos, es decir, de la producción de determinado metabolito o expresión de genes que realizan funciones que ayudan a la célula y a la comunidad a sobrevivir en determinado ambiente. Esto es posible, de acuerdo a la hipótesis de la Reina Negra, gracias a que algunos miembros de la comunidad, que no necesariamente deben estar filogenéticamente relacionados, siguen produciendo dicho metabolito o expresando aquellos genes que los demás miembros de la comunidad han dejado de producir. Los miembros de la comunidad que mantienen la producción o expresión de estos genes son denominados "aportadores o ayudantes" (helpers) y aquellos que dejaron de producirlos pero que siguen subsistiendo gracias al aporte de los aportadores se denominan "beneficiarios". Es importante resaltar que no es necesario que haya relación de ancestría entre ambos, que es lo que diferencia a este modelo del que plantea los organismos "cheaters" (tramposos) en una comunidad, donde si hay una relación entre el ancestro y el "cheater". También es importante diferenciar las interacciones ecológicas que se llevan a cabo entre ambos modelos, ya que en la hipótesis de la reina negra no es necesario que los diferentes miembros de la comunidad compitan por los recursos del ambiente, mientras que en el modelo del "cheater" si hay una competencia por los recursos. Este nuevo modelo de la Reina Negra intenta explicar la tendencia reduccionista de los genomas en las comunidades microbianas de vida libre.
The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss
En este trabajo se describe una de las hipótesis más recientes y llamativas para intentar explicar algunas dinámicas genómicas y la evolución y consecuencias de mutualismos entre bacterias. En breve, la hipótesis explica que ante la existencia de funciones públicas en las comunidades bacterianas, algunos de sus miembros las pierden, mientras que sólo unos pocos las siguen produciendo. De esta forma algunas funciones, sólo son realizadas por algunos miembros de la comunidad mientras que el resto se beneficia de ellas. Esta funciones deben ser vitales para la comunidad y representar un costo para producirlas. Esto es importante puesto que si no fuera así, no se crearía una dependencia en el productor beneficiario. Esta dependencia es relevante porque de ahí parten posibles consecuencias en el receptor que lleven a la reciprocidad. Esta reciprocidad es una de las probables causas de no poder cultivar muchos microorganismos dado que no podemos conocer cuáles compuestos o funciones requieren para crecer y sólo por medio del organismo que lo provee puede subsistir. Aunque esta hipótesis tiene sólidas bases teóricas, falta por analizar la evidencia experimental que sustente esto. No sólo el análisis de los genomas sino también por medio de microbiología clásica y evolución experimental. De forma general, se ha estudiado poco el comportamiento cooperativo en bacterias. Incluso, los pocos trabajos realizados se han hecho generalmente, con una sola especie o de forma teórica. Entender cómo surgen y se mantienen los mutualismos entre bacterias podría ayudar a modelar y entender mejor las dinámicas ecológicas y evolutivas de los consorcios microbianos y de esta forma diseñar y mejorar su funcionamiento en bioremediación o la industria y prevenir enfermedades.
Es interesante que siempre ha existido la tendencia hacia lo complejo, pero no siempre lo más complejo es lo más adaptado o lo mejor, y los ecólogos evolucionistas plantean una hipótesis interesante llamada “hipótesis de la reina negra” (BQH), donde la meta es tener el menor puntaje posible, caracterizada por el concepto de evolución reductiva. Este concepto nace del pensamiento que sólo es necesaria una mínima complejidad para sostener la vida, pero no existe un límite superior de complejidad, ahora bien las observaciones iniciales fueron que existen organismos derivados de otros más complejos, tipo parásitos micro y macroscópicos y simbiontes, donde tales organismos pierden la capacidad de realizar ciertas funciones que finalmente le serán provistas por sus hospederos. Por lo tanto la BQH, postula que ciertos genes o funciones biológicas, son análogas a la reina de espadas, y que tales funciones son costosas y muchas veces indeseables, por lo tanto son dirigidos hacia la selección para dejar de llevarlas a cabo. En bacterias, la reducción del genoma causa a menudo pérdida de la función, y la fuerza evolutiva detrás de esta reducción parece ser la deriva génica asociada a cuellos de botella y aislamiento de THG, además de la relajación de selección sobre ciertas funciones. Un par de ejemplos sobresalientes es el de Prochlorococcus y Candidatus Pelagibacter ambos de vida libre muy abundante en los océanos, sugieren que es la selección la responsable de la reducción del genoma esto respaldado por el tamaño efectivo de la población. La explicación más probable es la "racionalización" genómica y metabólica, que reduce la cantidad de carbono y otros nutrientes limitantes necesarios para producir una nueva célula, pero la racionalización requiere que las funciones perdidas sean dispensables al organismo, de modo que es costo de la pérdida sea menor que el del beneficio. Profundizando más en la racionalización, describen a detalle el caso de Prochlorococcus y Candidatus Pelagibacter, aunque son sensibles al estrés oxidativo, no codifican un gen (katG) de respuesta al estrés, pero son capaces de echar mano de la capacidad de otros miembros de la comunidad, que reducen el HOOH en las mismas aguas a un nivel que les permite prosperar. Posteriormente es introducido el concepto de interacciones ecológicas, donde se pueden encontrar “cooperadores” y “beneficiarios”, entonces la pérdida de resistencia a HOOH puede ser descrita como un evento adaptativo dependiente de comunidad.
ResponderBorrarPor lo que proponen que hay un proceso evolutivo que conduce esta dependencia, primero existe una ventaja selectiva de convertirse en beneficiario, que impulsa la pérdida de genes de algunos organismos y, por defecto, convierte a otros miembros de la comunidad en cooperadores. Los cooperadores son actores pasivos en este proceso, tal vez fueron desafortunados que lentamente cambiaron. Segundo, la ventaja de perder un gen y su función codificada debe ser dependiente de la frecuencia, de tal manera que cuando el cooperador se vuelva lo suficientemente raro el beneficio de cualquier pérdida adicional sea negado por el costo, evitando la extinción de la función de la comunidad. Por último, la remoción de HOOH difiere de muchas otras funciones al ser "permeable", de modo que su desintoxicación por parte de algunos miembros de la comunidad beneficia inevitablemente a otras células en su comunidad. Cumpliendo de dicha manera lo postulado por la BQH, que la función debe proveer un bien público indispensable, con la necesidad de que sea retenido por al menos un grupo de individuos en la comunidad, y que muy probablemente la pérdida de la función tenga un costo, que puede ser calculado, la teoría predice que una mutante con pérdida de la función será capaz de expandirse en su poblacional ancestral si el beneficio de aptitud relativa (B) es mayor que el costo de aptitud (C). Mientras que en una comunidad mezclada con organismos no relacionados se esperará que la mutante dirija a la extinción a su ancestro, pero la BQH predice que la pérdida de la función se procederá en cada especie en la comunidad hasta que B sea menos o igual que C para todos los individuos. Por último, cualquier función que sea costosa de llevar a cabo y defectuosa es un blanco potencial de pérdida, y algunos ejemplos mencionados fueron la fijación de nitrógeno, adquisición de nutrientes inorgánicos y la deposición en biofilmes, que cumplen algunas de las siguientes características: productos que son energéticamente o nutricionalmente caros, funciones y productos que son llevados a cabo por solo una fracción de la comunidad, funciones que son suficientemente defectuosas para resultar en un bien común, y productos que son vitales para la comunidad, no solo para el productor. El concepto de tramposos, es a mi parecer uno de los más complejos en este artículo, creo que finalmente pueden ser benéficos para el desarrollo de una comunidad, que aunque son costosos para un individuo son benéficos para el grupo, y es a la pequeña comuna a la que se trata de pertenecer.
ResponderBorrarEnrique Martínez Carranza
ResponderBorrarThe Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss
Con el estudio de las comunidades microbianas y sus interacciones, y con ayuda de las ciencias ómicas se ha observado que en muchas de ellas hay una tendencia reduccionista de determinados fenotipos, es decir, de la producción de determinado metabolito o expresión de genes que realizan funciones que ayudan a la célula y a la comunidad a sobrevivir en determinado ambiente. Esto es posible, de acuerdo a la hipótesis de la Reina Negra, gracias a que algunos miembros de la comunidad, que no necesariamente deben estar filogenéticamente relacionados, siguen produciendo dicho metabolito o expresando aquellos genes que los demás miembros de la comunidad han dejado de producir. Los miembros de la comunidad que mantienen la producción o expresión de estos genes son denominados "aportadores o ayudantes" (helpers) y aquellos que dejaron de producirlos pero que siguen subsistiendo gracias al aporte de los aportadores se denominan "beneficiarios". Es importante resaltar que no es necesario que haya relación de ancestría entre ambos, que es lo que diferencia a este modelo del que plantea los organismos "cheaters" (tramposos) en una comunidad, donde si hay una relación entre el ancestro y el "cheater". También es importante diferenciar las interacciones ecológicas que se llevan a cabo entre ambos modelos, ya que en la hipótesis de la reina negra no es necesario que los diferentes miembros de la comunidad compitan por los recursos del ambiente, mientras que en el modelo del "cheater" si hay una competencia por los recursos. Este nuevo modelo de la Reina Negra intenta explicar la tendencia reduccionista de los genomas en las comunidades microbianas de vida libre.
The Black Queen Hypothesis: Evolution of Dependencies through Adaptive Gene Loss
ResponderBorrarEn este trabajo se describe una de las hipótesis más recientes y llamativas para intentar explicar algunas dinámicas genómicas y la evolución y consecuencias de mutualismos entre bacterias. En breve, la hipótesis explica que ante la existencia de funciones públicas en las comunidades bacterianas, algunos de sus miembros las pierden, mientras que sólo unos pocos las siguen produciendo. De esta forma algunas funciones, sólo son realizadas por algunos miembros de la comunidad mientras que el resto se beneficia de ellas. Esta funciones deben ser vitales para la comunidad y representar un costo para producirlas. Esto es importante puesto que si no fuera así, no se crearía una dependencia en el productor beneficiario. Esta dependencia es relevante porque de ahí parten posibles consecuencias en el receptor que lleven a la reciprocidad. Esta reciprocidad es una de las probables causas de no poder cultivar muchos microorganismos dado que no podemos conocer cuáles compuestos o funciones requieren para crecer y sólo por medio del organismo que lo provee puede subsistir. Aunque esta hipótesis tiene sólidas bases teóricas, falta por analizar la evidencia experimental que sustente esto. No sólo el análisis de los genomas sino también por medio de microbiología clásica y evolución experimental. De forma general, se ha estudiado poco el comportamiento cooperativo en bacterias. Incluso, los pocos trabajos realizados se han hecho generalmente, con una sola especie o de forma teórica. Entender cómo surgen y se mantienen los mutualismos entre bacterias podría ayudar a modelar y entender mejor las dinámicas ecológicas y evolutivas de los consorcios microbianos y de esta forma diseñar y mejorar su funcionamiento en bioremediación o la industria y prevenir enfermedades.