Paleobioquímica: “La ciencia de la resurrección”

Las proteínas son estructuras formadas por cadenas de aminoácidos que siguen una determinada frecuencia. Hoy en día se sabe que algunas de ellas provienen de una misma proteína ancestral común, ya desaparecida. La posibilidad de reconstruir secuencias de proteínas ancestrales a partir de otras obtenidas de proteínas actuales es uno de los campos de la bioquímica que más de moda está: la paleobioquímica. Los pioneros de esta disciplina fueron los grandísimos Linus Pauling (1901-1994), que recibió los premios Nobel de Química y de la Paz, y el biólogo francés de origen austriaco Émile Zuckerkandl, considerado uno de los fundadores del campo de la evolución molecular.

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Linus Pauling y Émile Zuckerkandl

Hace más de cincuenta años estos científicos intuyeron la Paleobioquímica, una nueva disciplina científica que, gracias a los avances actuales, nos ha llevado a «resucitar» proteínas. José Manuel Sánchez Ruiz, catedrático de Química de la Universidad de Granada y uno de los grandes especialistas en Paleobioquímica, afirma que si sabemos que dos proteínas tienen el mismo origen y conocemos el proceso evolutivo que han seguido, podemos retroceder en el tiempo y hacer una estimación razonable de esa proteína ancestral común.

¿Y para que sirve la Paleobioquímica? Sus objetivos son tres. Por una parte, gracias a la recuperación de proteínas ancestrales, ha sido posible echar un vistazo atrás y resolver enigmas en torno a momentos evolutivos cruciales. Por otra, conocer el pasado nos sirve para mejorar el presente. Por último, la «resurrección» de proteínas antiguas permitirá tener un mejor futuro. Pongamos  algunos ejemplos.

En primer lugar la «resurrección» de proteínas nos ayuda a conocer mejor la evolución humana. El descubrimiento de cómo eran determinadas moléculas hace millones de años y de cómo evolucionaban en el tiempo nos da información acerca de cuál era su entorno en cada momento, ya que dichas moléculas debían adaptarse a él si querían seguir manteniendo su actividad. Se puede determinar la temperatura o el pH de un medio en un momento exacto si sabemos la estructura de las proteínas que existían entonces. Recientemente se han «resucitado» proteínas del periodo Precámbrico, es decir, que vivieron hace entre 4.500 y 500 millones de años, lo que ha aportado información acerca de cómo era nuestro planeta en aquella época. Un importante descubrimiento llevado a cabo por un grupo de investigadores dirigidos por el especialista en proteínas ancestrales Eric Gaucher refuerza la idea de que los océanos primitivos eran cálidos y que se han ido enfriando a lo largo de la evolución.

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Les pondré otro ejemplo de las aplicaciones de la Paleobioquímica para conocer algo más acerca de nuestra evolución. Actualmente se conoce que gracias a una serie de enzimas existentes en nuestro organismo podemos degradar las moléculas de alcohol y metabolizarlo. Sin embargo, esto no fue siempre así. Hubo un momento en el que nuestra especie evolucionó para favorecer a los individuos con más cantidad de estas enzimas y, por tanto, más eficaces a la hora de procesar el alcohol. Tradicionalmente se creía que este proceso ocurrió hace unos 10.000 años, cuando surgió la agricultura y pudo generalizarse la fermentación de cereales y fruta. Pero parece ser que esto no es correcto. Al «resucitar» las enzimas implicadas en el metabolismo del alcohol se observó que dicho proceso ocurrió hace unos 10 millones de años, cuando nuestros ancestros bajaron de los árboles y adoptaron un estilo de vida terrestre. Esto debió de ser una ventaja para los primates que vivían en el suelo, donde la fruta fermentada era más frecuente. Gracias a la «resurrección» de proteínas hoy conocemos otra parte de nuestra evolución. Si Darwin levantase la cabeza…

Pero como les he contado anteriormente la Paleobioquímica no solo sirve para conocer sucesos que ocurrieron hace muchos años. También puede ayudarnos a mejorar el presente. En el caso de que, por cualquier motivo, nos interese disponer de la proteína ancestral que ya no existe en la actualidad, nos metemos en el laboratorio y, de acuerdo con lo que hemos averiguado acerca de cómo era en el pasado, la volvemos a sintetizar.  ¿Y tiene alguna utilidad volver a disponer de una proteína que desapareció por motivos evolutivos? Por supuesto.

Gracias a esta estrategia de «resurrección» de proteínas se pueden combatir algunas enfermedades causadas por virus que afectan a muchísimos cultivos agrícolas como es el caso del arroz, el trigo, la yuca o el plátano. Veamos. Como todos ustedes conocen los virus son muy pequeños y sencillos y, para expandirse y reproducirse, necesitan reclutar unas proteínas especiales del huésped al que han infectado. Estas proteínas, llamadas factores provirales, evolucionan a la par que el propio virus. Una de las proteínas huésped más importantes que secuestran los virus para poder replicarse y sobrevivir es la tiorredoxina, una molécula que existe prácticamente desde el origen de la vida y está presente en todos los organismos modernos.

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Modelo molecular de cintas de la tiorredoxina (Fuente: wikipedia)

Pues bien, varios grupos de investigación han demostrado que los virus son capaces de infectar la bacteria E. coliaprovechando la tiorredoxina actual para su propio beneficio. Para que los virus no puedan desarrollar su función un equipo de investigadores de la Universidad de Granada «resucitó» versiones ancestrales de la proteína tiorredoxina existente hace miles de millones de años mediante ingeniería genética y las introdujeron en una bacteria E. coli actual.  De esta manera, utilizando una proteína fósil en lugar de la actual, desmontaron toda la estrategia del virus. Los virus que sí pueden utilizar las versiones actuales de tiorredoxina fueron incapaces de aprovechar en beneficio propio la versión antigua, por lo que la bacteria E. coli quedó protegida frente a infecciones víricas. Utilizando esta estrategia se puede evitar la pérdida de muchos cultivos agrícolas, lo que tendría consecuencias desastrosas para muchos países cuya economía y subsistencia dependen de un cultivo concreto.

Pero como les he contado anteriormente la fascinante Paleobioquímica no solo ayuda a «resucitar» proteínas que nos ayudan a conocer nuestro pasado y también a mejorar nuestro presente, sino también para viajar al futuro. ¿Y eso como se hace? Se lo cuento en un próximo post…

Jose

Fuentes:  Agencia SincInvestigación y Ciencia; Cell Reports ; Biotech

 

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2 respuestas a Paleobioquímica: “La ciencia de la resurrección”

  1. Pingback: La ciencia de la resurrección — SCIENTIA | Platino Ulloa

  2. juanamariamadrid dijo:

    José el artículo es maravilloso , está genial y muy adecuado para mi 2 Bachillerato de Biología pero eso de que los virus son seres vivos, no es así, según la Biología actual los clasificamos como formas acelulares aunque según sus posibles orígenes estas formas podrían descender de antiguas células o podrían haberse creado paralelamente en la evolución. Todo esto está actualmente siendo investigado y debatido por eso creo que no es correcto llamarlos seres vivos no cumplen las funciones vitales básicas.Por lo demás , este es un buen recurso para mi docencia ya que tiene varios contenidos muy interesantes para trabajarlos.

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