¿Mutaciones por azar o inducidas? Un acercamiento a los mecanismos de mutación inducidos por estrés.

Usualmente se piensa que las mutaciones un fenómeno constante que se produce por azar en los genes de los individuos de una población. Sin embargo, estudios hechos desde los 70’s han demostrado que existen mecanismos que inducen la mutación de genes en situaciones de estrés en organismos como bacterias, levaduras e incluso en células humanas.


El descubrimiento de estos mecanismos de mutación, que se activan durante el estrés y que son controlados por procesos que surgen como respuesta al estrés, han causado controversia respecto a lo postulado por la teoría evolutiva, ya que estos mecanismos producen mutaciones que incrementan potencialmente la diversidad genética y la “habilidad de evolucionar”, pues permite que un organismo mal adaptado a su ambiente (causa del estrés) adquiera mayor variación genética y logre adaptarse, como es el caso de los organismos que desarrollan resistencia a algún antibiótico o insecticida, o el caso de la relación entre un parásito y su hospedero.

Con el descubrimiento de estos mecanismos, se propusieron dos modelos que explicaban como éstos funcionaban; uno en el cual las mutaciones eran resultado de la amplificación de genes, incrementando el número de copias que son mutadas y otro donde las mutaciones están asociadas con cualquier acto de reparación del DNA que ocurre como respuesta de la activación de la RpoS (una proteína que regula la transcripción). Durante mucho tiempo estos dos modelos propuestos eran mutuamente excluyentes y por largos años se discutió acerca de ellos; sin embargo, información reciente sugiere que estos dos modelos de mutagénesis inducida por estrés son complementarios y que ambos son aplicables en, por lo menos, algunas circunstancias.

Para desencadenar la mutagénesis inducida por estrés es necesario que ocurran tres eventos de forma simultánea: (1) La formación y reparación por recombinación homóloga de un rompimiento  bicatenario o fin bicatenario del DNA (DSB/DSE); (2) la inducción de la respuesta del daño a DNA, la respuesta SOS, que induce la DSB/DSE; (3) un segundo estrés, no relacionado con el DSB/DSE, que active una respuesta por estrés controlada por el activador transcripcional RpoS. La ocurrencia simultánea de estos tres eventos provoca que los sistemas de reparo DSB/DSE cambien a un modo mutagénico, permitiendo la acción de DNA polimerasas (proteínas que participan en la replicación del DNA) que son propensas a error, lo que provoca mutaciones como deleciones y substituciones de pares de bases dentro de los genes de un individuo.

Pero más allá de su funcionamiento, algo que resalta mucho acerca del mecanismo que desencadena la mutagénesis inducida por estrés es si éste fue un mecanismo seleccionado evolutivamente por la habilidad de promover la evolución o es simplemente una consecuencia inevitable por la necesidad de reparar el DNA. Debido a que la célula “evolucionó” para desarrollar eficientes mecanismos de reparación no mutagénicos, el papel que desempeñan tanto el RpoS como la PolIV (una de las DNA polimerasas) en la reparación de DSE, no son una consecuencia inevitable resultante de la necesidad de reparar el DNA. Por lo tanto, es posible que estos mecanismos de reparación mutagénicos que involucran tanto a la RpoS como a la PolIV hayan evolucionado y sido seleccionados por sus propiedades como un mecanismo evolutivo.

La investigación que se desarrolla sobre este tema puede resultar muy útil en un futuro. Si se conoce bien como funcionan los mecanismos de mutagénesis inducida por estrés se pueden desarrollar antibióticos o insecticidas “anti-evolución” que bloqueen estos mecanismos mutagénicos, impidiendo la producción de mutaciones que puedan resultar útiles al momento de resistir algún fármaco.

La investigación acerca de este tema aún tiene mucho que dar, pues aún quedan preguntas sin resolver acerca del funcionamiento del mecanismo y de su razón evolutiva, aspectos fundamentales para un entendimiento más completo de la evolución y que puede tener aplicaciones muy interesantes contra problemas como el cáncer, otras enfermedades y plagas.

Referencias:

–       Rosenberg, S. Shee, C., Frisch, R.L., Hastings, P.J. (2012) Stress-induced mutation via DNA breaks in Escherichia coli: A molecular mechanism with implications for evolution and medicine. Bioessays 34: 885-892

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