Anteojos rosados: Lenski, el Citrato y BioLogos —Michael Behe

Los lectores de mis posts saben que soy un fan del Profesor Richard Lenski, un microbiólogo de la Michigan State University y miembro de la National Academy of Sciences. En las últimas décadas él ha estado dirigiendo el experimento de evolución en laboratorio más largo que alguna vez se haya realizado. Cultivando en matraces a E. coli de forma continuada, ha estado siguiendo los cambios evolutivos en la bacteria durante más de 50.000 generaciones (lo cual equivaldría a millones de años para los animales grandes). Aunque es obvio que Lenski no es un proponente del diseño inteligente, su trabajo nos permite ver que es lo que hace la evolución cuando tiene a su disposición el recurso de un gran número de organismos a través de un número substancial de generaciones. En lugar de especular, Lenski y sus colegas de trabajo han observado el accionar de las mutaciones y la selección. Es por esto que los proponentes del DI debiéramos estar muy agradecidos. 

En una redacción publicada hace unos pocos años atrás en QuaterlyReview of Biology (Behe 2010), me he dedicado a analizar los resultados de la evolución en laboratorio que han surgido en las últimas cuatro décadas, incluyendo el de Lenski. Su laboratorio ha demostrado claramente que las mutaciones aleatorias y la selección han mejorado con el tiempo a la bacteria, teniendo en cuenta la cantidad de progenie que produjo en un periodo determinado. Sin duda él ha probado que las mutaciones beneficiosas existen y pueden esparcirse rápidamente en una población de organismos. Sin embargo, una vez que el laboratorio de Lenski identificaba el nivel en el ADN en el que se producían las mutaciones, muchas de esas mutaciones beneficiosas resultaban ser, de forma sorprendente, degenerativas. En otras palabras, al romper o eliminar algunos genes preexistentes o elementos reguladores genéticos en realidad se ayudaba al organismo a desarrollarse mejor bajo las circunstancias en la que era cultivado. Otras mutaciones benéficas alteraron de alguna manera a genes o elementos regulatorios preexistentes. 

Lo que no ha sido visto de forma conspicua en su trabajo es que mutaciones beneficiosas hayan construido lo que he denominado como Elementos Codificados Funcionales, o “FCT”. En términos generales, un FCT es una secuencia de ADN que afecta la síntesis o procesamiento de un gen o un producto génico (véase mi trabajo por una definición más rigurosa). En resumen, las mejoras se han alcanzado a través de la destrucción de genes existentes, o la alteración de estos en alguna forma menor, pero no produciendo genes nuevos o elementos regulatorios nuevos. A partir de ese dato he formulado “La Primera Regla de la Evolución Adaptativa”: Romper o mitigar cualquier elemento codificado funcional cuya pérdida daría una ganancia neta de aptitud (fitness). Por decir lo mínimo, la Primera Regla no es lo que esperarías de un proceso como la evolución darwiniana, la cual se promociona como si fuese capaz de producir maquinaria molecular increíblemente sofisticada. 

Antes de que se publicase mi revisión, el laboratorio de Lenski observó en sus experimentos a una cepa mutante que podía metabolizar citrato en presencia de oxígeno, algo que las E. coli normales no pueden hacer. (Blount et al. 2008) (La bacteria puede metabolizar importantes cantidades de citrato en ausencia de oxígeno). Esto permitió que las bacterias mutadas dejen fuera de competencia a sus contrapartes no-mutadas debido a que el medio de crecimiento  contenía una gran cantidad de citrato, como también de oxígeno. Se trató de un resultado intrigante, y que fue publicitado como si la “novedad” evolutiva constituyese una verdadera innovación, pero en aquel tiempo el laboratorio de Lenski fue incapaz de dar con el nivel exacto del ADN en el que se produjeron las mutaciones que ocasionaron el cambio.

Ahora si contamos con esa información. En una publicación reciente en Nature (Blount et al.2012) se informaron acerca de las múltiples mutaciones que le confirieron e incrementaron la habilidad de transportar citrato en una atmósfera rica en oxígeno. Se dividen a las mutaciones conceptualmente en tres categorías: 1) potenciación; 2) actualización: y 3) calibración. “Actualización” es el nombre que los investigadores le dieron a la mutación que primero le confirió a E. coli una débil capacidad de transportar citrato en el laboratorio. (Resulta ser que la bacteria carece solamente de una proteína requerida para el transporte de citrato en la célula en presencia de oxígeno; el resto de las enzimas que se necesitan ya se encuentran presentes). El gen para el transportador de citrato, citT, que trabaja en ausencia de oxígeno se encuentra por encima de los genes que codifican a otras dos proteínas cuyos promotores de secuencia son activos en la presencia de oxígeno. Una duplicación del segmento de esta región colocó de forma casual al gen citT próximo a esos promotores, y así el gen citT luego puedo expresarse en presencia de oxígeno. La duplicación génica es una mutación que se conoce por ser bastante común, por lo que este resultado, a pesar de que requiere un gran esfuerzo de investigación, no es sorprendente.

Con el tiempo la cepa mutante se volvió más eficiente en la utilización del citrato, algo que los autores han caracterizado como “calibración”. Se demostró que esto es debido a múltiples duplicaciones de la región génica mutante, desde 3 hasta 9 copias. Otra vez, la duplicación génica es un proceso frecuente y común, por lo que una vez más esto no es sorprendente. En otro experimento Lenski y sus colegas demostraron que con solo aumentar la concentración del gen del transportador de citrato, es suficiente en si como para explicar la capacidad de crecimiento incrementada de la E. Coli en el citrato. No se necesitó de otro tipo de mutaciones.

La parte más misteriosa de todo el proceso fue aquella que el grupo llego a denominar como “potenciación”. Resulta que la E. coli original con la que ellos iniciaron los experimentos décadas atrás, podría no haberse beneficiado de la duplicación génica que logró reunir al gen citT con un promotor tolerante al oxígeno. Antes de que pudiera beneficiarse, tenía que ocurrir una mutación preliminar en la bacteria en algún otro sitio que no sea el de la región que contiene los genes para el metabolismo del citrato. Qué mutación fue exactamente, Lenski y sus colegas no fueron capaces de determinar. Sin embargo, examinaron aquellas mutaciones que podrían haber contribuido a esta “potenciación”, y especularon que “una mutación en arcB, que codifica a una histidina quinasa, es de destacar debido a que deshabilita este gen que regula el ciclo del ácido tri-carboxílico.” (A pesar de sus intentos, han sido incapaces de comprobar esta hipótesis). En otras palabras, la “potenciación” puede involucrar la degradación de un gen no relacionado.

El laboratorio de Lenski ha reunido una inmensa cantidad de trabajo delicado y esto se merece gran elogio. Dejando de lado esto, la pregunta de US$ 64,000 es ¿Qué demuestran estos resultados acerca del poder del mecanismo Darwiniano? La respuesta es que no lo muestran capaz de realizar alguna otra cosa de la que no se haya sabido ya. Por ejemplo, en mi revisión de los experimentos de evolución en laboratorio he discutido el trabajo de Zinser et al. (2003) en donde un reordenamiento de secuencia dejo a un promotor en una ubicación próxima a un gen que carecía de promotor. También he discutido experimentos tales como el de Licis y van Duin (2006) en donde múltiples mutaciones secuenciales lograron incrementar la habilidad de un FCT. A pesar de lo sorprendente que fue el resultado de Lenski a simple vista —donde un recipiente que usualmente estaba limpio se volvió turbio con el afloramiento de bacterias sobre citrato— nada novedoso ocurrió en el nivel molecular.

Otra persona que ha estado siguiendo muy de cerca los resultados de Lenski es Dennis Venema, jefe del departamento de Biología de la Trinity Western University y también un redactor del sitio web BioLogos. Fundado por Francis Collins, BioLogos defiende la compatibilidad entre la ciencia Darwinista y la teología Cristiana. Estoy de acuerdo en que el mecanismo Darwiniano (entendido correctamente) es compatible teoréticamente con la teología Cristiana. No obstante, también pienso que el Darwinismo es groseramente inadecuado dentro del mundo científico. Un cierto número de escritores de BioLogos piensa que es adecuado, e intenta defender esa idea contra los escépticos del Darwinismo, más específicamente, contra los proponentes del diseño inteligente como yo.

En varios posts en BioLogos, el Profesor Venema comparó los resultados del trabajo de Lenski acerca del citrato con mis argumentos planteados en mi revisión en el Quarterly Review of Biology y en mi libro de 2007, The Edge of Evolution. Mientras que he afirmado que existía un límite en el número de mutaciones no seleccionadas (perjudiciales o neutras) que razonablemente esperaríamos que un proceso Darwiniano no dirigido tenga a su disposición en la producción de un sistema complejo, Venema pensó que el trabajo reciente de Lenski mostraba que el límite había sido excedido. Y por añadido, cuando he insistido en que ninguna de las mutaciones observadas en el trabajo de Lenski hasta la fecha de mi revisión constituía una ganancia de FCT, Venema escribió que las mutaciones de las que se había publicado recientemente conformaban tal cosa. 

No estoy de acuerdo con ninguna de sus afirmaciones. La duplicación génica que coloco a un promotor tolerante al oxígeno cerca del gen citT no llego a producir ningún elemento funcional nuevo. Más bien, simplemente duplicó caracteres existentes. Los dos FCT que comprenden el locus del transportador de citrato tolerante al oxígeno —el promotor y el gen— fueron funcionales antes de la duplicación y después de esta. He expresado en mi revisión que un tipo de mutación que podría haber sido caracterizada como una ganancia de FCT sería una duplicación génica con una subsecuente modificación en la secuencia, que le permitan al gen especializarse en algún trabajo. Venema piensa que la mutación observada en el trabajo de Lenski constituye tal evento. Ha pasado por alto el hecho de que no hubo ninguna subsecuente modificación en la secuencia; se trato simplemente de una secuencia de ADN duplicada en tándem, que reunió de esa forma a dos FCT preexistentes. (Si bien es cierto que la proteína codificada por el gen duplicado incluye el fragmento de un gen próximo, no existe evidencia ni razón para pensar que el fragmento fusionado es necesario para la actividad de la proteína). En mi revisión lo he clasificado como un evento de modificación de la función. Un verdadero ejemplo de ganancia de FCT por duplicación que he citado en mi revisión fue el trabajo de Olsthoorn y van Duin (1996) en donde una duplicación que involucro a 14 nuecleótidos dio lugar a la formación de elementos codificados funcionales nuevos (no se trató de la simple repetición de elementos preexistentes), y no fue solo una mutación de modificación de función. La mutación del citrato no tiene nada que ver con esto.

Venema hizo un conteo del número de mutaciones que se precisaron para generar un funcionamiento pleno y activo en la importación de citrato, y concluyo en media docena. Desafortunadamente, varias de estas eran duplicaciones en tándem del aun débil transportador citT, las cuales son mutaciones beneficiosas y claramente seleccionables. Al acercarnos al límite del Darwinismo, he enfatizado en el hecho de que obviamente este mecanismo funcionaría si una serie de mutaciones graduales y benéficas pudieran hacer el trabajo. Por consiguiente tales mutaciones no se deben tener en cuenta a la hora de estimar el límite. Necesitamos contar solo a las mutaciones deletéreas o neutras en lo que respecta al límite de la evolución Darwiniana. Venema afirma que quizás toda la biología compleja y funcional podría ser alcanzada por mutaciones graduales y beneficiosas. Genial, el cielo bendiga a este corazón optimista; pero los datos no nos dan ninguna razón para creer que, debido a que un aumento gradual de la actividad celular total de una proteína mediante duplicación génica es sucesivamente beneficioso, que todas las rutas evolutivas hacia los sistemas complejos que involucren múltiples elementos distintos lo será también. Es ciertamente lo contrario, como he fundamentado con frecuencia. 

El Profesor Venema también cuenta  a las mutaciones de “potenciación” como si contribuyesen al sistema. Desafortunadamente, de lo que sea que se traten estas mutaciones, en si no forman parte del sistema del metabolismo del citrato. Si las especulaciones de Lenski y sus colaboradores son correctas (Blount et al. 2012), al menos una de las mutaciones de “potenciación” degrada a un gen no relacionado, y por consiguiente cuenta como una mutación de pérdida de FCT. Al hacer el conteo de las mutaciones en lo que respecta al límite de la evolución para la construcción de una característica, sólo se cuentan las que están directamente involucradas en dicho rasgo o función, no aquellas que contribuyen de manera indirecta a un trasfondo genético receptivo. De allí que, a diferencia de Venema, cuento tal vez tres o cuatro mutaciones —la duplicación original que ubicó al promotor tolerante al oxígeno próximo al gen citT, y adicionalmente varias rondas de duplicaciones de esta región. Bajo el sistema de clasificación que he descripto, todas las mutaciones son de modificación de función. Debería agregar que no existe razón para pensar que el proceso Darwiniano no puede producir mutaciones de ganancia de FCT, y yo mismo he reseñado varios de estos eventos. Pero los tales a están a su vez acompañados y muy sobrepasados por la pérdida de FCT y mutaciones benéficas de modificación de función.

En retrospectiva, bajo mi propia visión el aspecto más sorprendente de la mutación del citT tolerante al oxígeno fue que se demostró que es difícil de que se produzca. Si alguien me hubiese bosquejado algún dibujito de la duplicación original que produjo el cambio metabólico, antes de Lenski hiciese su trabajo, habría asumido que debería ser suficiente —que un único paso podría efectuarlo. Que fuese considerablemente más difícil que eso demuestra que incluso escépticos como yo sobreestiman la capacidad del mecanismo Darwiniano.

Autor: Michael Behe. Recibio el doctorado en Bioquimica de la Universidad de Pensilvania en el año 1978. Actualmente trabaja como profesor en la Universidad de Leigh, como investigador en el Discovery Institute. Es uno de los principales teóricos del Diseño Inteligente y ha escrito varios libros sobre la temática. Su libro Darwin's Black Box: The Biochemical Challengue to Evolution fue seleccionado por la revista National Review y World como uno de los 100 libros más importantes del siglo 20. 

Traductor: Daniel Alonso - Estudia Licenciatura en Ciencias Biológicas en la UNT, Argentina.

Fuente: http://www.evolutionnews.org/2012/11/rose-colored_gl066361.html

REFERENCIAS

Barrick, J.E.; Yu, D.S.; Yoon, S.H.; Jeong, H.; Oh, T.K.; Schneider, D.; Lenski, R.E.; y Kim, J. F. 2009. Genome evolution and adaptation in a long-term experiment with Escherichia coli. Nature 461: 1243-1247.

Behe, M. J. 2010. Experimental Evolution, Loss-of-function Mutations, and “The First Rule of Adaptative Evolution.” Q. Rev. Biol. 85: 1-27.

Behe, M. J. 2007. The Edge of Evolution: the Search of the Limits of Darwinism. Free Press: New York.

Blount, Z. D.; Borland, C. Z.; y Lenski, R. E. 2008. Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A 105: 7899-7906.

Blount, Z.D.; Barrick, J. E.; Davidson, C.J.; y Lenski, R. E. 2012.Genomic analysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population. Nature 489: 513-518.

Licis, N. y van, D. J. 2006. Structural constraints and mutational bias in the evolutionary restoration of a severe deletion in RNA phage MS”.  J. Mol. Evol. 63: 314-329.

Olsthoorn, R. C. y van Duin D. J. 1996. Evolutionary reconstruction of a hairpin deleted from the genome of an RNA virus. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A 93: 12256-12261.

Venema, D. 2012. Behe, Lenski and the “Edge” of Evolution, Part 1: Just the FCTs, Please. Lo pueden encontrar en el foro de biologos. http://biologos.org/blog/behe-lenski-and-the-edge-of-evolution-part-1.

Zinser, E. R.; Schneider, D.; Blot, M.; y Kolter, R. 2003. Bacterial evolution through the selective loss of beneficial Genes. Trade-offs in expression involving two loci. Genetics 164: 1271-1277.