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| Los investigadores describen el genoma de Bothrops jararaca y sugieren el origen de los genes responsables de las toxinas de su veneno. Crédito: Rafael Marques Porto/Instituto Butantan |
Un grupo dirigido por investigadores del Instituto Butantan y financiado por la Fundación de Investigación de São Paulo-FAPESP ha completado la primera secuenciación del genoma de una serpiente brasileña. El estudio se recoge en un artículo publicado en la revista PNAS. Sugiere que los nueve genes que codifican las toxinas producidas por la víbora jararaca Bothrops jararaca probablemente se originaron en genes que tenían funciones diferentes en la especie ancestral.
"Al secuenciar el genoma de la serpiente, identificamos marcadores que nos permitieron comparar los genes de las toxinas con genes en la misma posición en los genomas de otros animales, como serpientes sin veneno, lagartos y anfibios. Encontramos que nueve de los 12 genes de toxinas de la jararaca son muy similares a los que ocupan la misma posición en el ADN de estas otras especies. Llegamos a la conclusión de que la mayoría de los genes de las toxinas probablemente surgieron de elementos que ya existían en la misma parte del genoma del ancestro común a todos estos animales", dijo Inácio Junqueira de Azevedo, investigador del Instituto Butantan y último autor del artículo.
Azevedo es investigador principal del Centro de Investigación de Toxinas, Respuesta Inmune y Señalización Celular (CeTICS), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (RIDC) financiados por la FAPESP.
"Estos genes tenían funciones fisiológicas en el ancestro común de todas estas especies. En algún momento probablemente empezaron a desempeñar un papel similar al de los genes de las toxinas o fueron seleccionados para esta vía y perdieron sus funciones originales. Nuestro estudio localizó elementos que ayudarán a los científicos a entender la evolución de las toxinas y los mecanismos que llevaron al reclutamiento de ciertos genes para realizar esta nueva función en la producción de veneno", dijo Diego Dantas Almeida, primer autor del artículo. El estudio se realizó durante su investigación de doctorado, que contó con el apoyo de la FAPESP.
La secuenciación también mostró que dos genes que codifican importantes toxinas probablemente se originaron por duplicación. En cualquier organismo, un gen normalmente evoluciona más libremente y acaba realizando funciones diferentes cuando una copia realiza sus funciones originales.
En la jararaca, las copias deben haber sufrido una presión selectiva para producir dos familias de toxinas que son responsables de la mayor parte de la acción del veneno: las metaloproteinasas del veneno de serpiente (SVMP) y las fosfolipasas A2 (PLA2). Ya se pensaba que la mayoría de los genes que codifican las toxinas de esta serpiente se habían originado de esta manera. Fue imposible determinar el origen de una sola de las 12 familias de genes que codifican sus toxinas.
"Pudimos demostrar que existen genes 'ancestrales' no tóxicos en estas dos familias. Siguen presentes en el ADN, junto a los genes de las toxinas. Los genes ancestrales han desaparecido por completo de las otras familias. Probablemente se han transformado en genes de toxinas", afirma Vincent Louis Viala, coautor del artículo y antiguo beneficiario de una beca postdoctoral de la FAPESP.
Esfuerzo de investigación
El grupo del Instituto Butantan comenzó a secuenciar el genoma de esta serpiente en 2013. B. jararaca es responsable de una gran proporción de accidentes por mordedura de serpiente en Brasil y es una de las serpientes más estudiadas por este motivo. La secuenciación produjo la información fundamental sobre los orígenes de su veneno de la que carecían hasta ahora.
Además de mejorar el conocimiento de los genes de un organismo, la secuenciación de su genoma los ensambla en el orden correcto. Esta es una de las partes más complejas de la tarea, ya que la secuenciación genera una enorme cantidad de datos, que hay que procesar mediante herramientas informáticas.
Solo en los últimos años, tras combinar varios métodos, el grupo consiguió ensamblar el genoma de forma satisfactoria, con la colaboración de investigadores de la Universidad Estatal de Ohio, en Estados Unidos. La secuencia completa del genoma está disponible en línea para quien desee estudiarla.
El proyecto ha dado respuesta a otras preguntas clave. En 2009, un análisis realizado por investigadores japoneses de ciertos genes de toxinas de la Protobothrops flavoviridis, que pertenece a la misma familia que la jararaca (Viperidae), sugirió que el gen que codifica la toxina VEGF-F, también presente en la serpiente brasileña, era probablemente el resultado de la duplicación del gen VEGF-A. El grupo brasileño ha demostrado ahora que es más probable que se haya originado en una familia de genes diferente conocida en la literatura científica como "PGF-like".
El grupo también reunió más pruebas de que los péptidos potenciadores de la bradicinina (BPP), que son la base del fármaco antihipertensivo captopril, probablemente se originaron en el gen CNP, que codifica los péptidos natriuréticos de tipo C presentes en otros vertebrados, incluidos los humanos.
"El estudio ilustra la necesidad de identificar el contexto en el que se insertan los genes para entender correctamente su origen y evolución", dijo Azevedo.
Los investigadores trabajan ahora en versiones más refinadas del genoma de la jararaca y de otras familias de serpientes venenosas, con la esperanza de encontrar nuevas toxinas y relacionarlas con proteínas relevantes en la fisiología de otros organismos.
Fuentes, créditos y referencias:
Diego Dantas Almeida et al, Tracking the recruitment and evolution of snake toxins using the evolutionary context provided by the Bothrops jararaca genome, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2015159118