Nuestros genes (también conocido como el genotipo) determinan nuestras características (también conocido como el fenotipo). La evolución actúa sobre los cambios en el fenotipo, que ocurren cuando las mutaciones cambian el genotipo subyacente. Pero los cambios en el fenotipo que pueden producir las mutaciones no son ilimitados:las hormigas no pueden desarrollar troncos repentinamente o llegar al tamaño de un elefante. Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) encontraron que en un sistema regulador de genes en la bacteria Escherichia coli, cuantos más componentes estén mutados, cuanto más libremente pueda evolucionar el sistema. Este es el resultado de un estudio publicado por un equipo dirigido por Calin Guet, Jonathan Bollback, y el primer autor Mato Lagator en eLife .

Los efectos de las mutaciones definen cómo puede cambiar un sistema. Pero en un sistema de varios componentes que regula la expresión génica, ¿Qué sucede cuando se mutan varios componentes? ¿Tiene el sistema menos opciones de cambio? ¿o más? Los investigadores estudiaron esta cuestión en un pequeño sistema regulador de genes en E. coli que consta de dos componentes:primero, un factor de transcripción, que es una proteína que controla la velocidad de transcripción de la información genética del ADN al ARN. Segundo, su sitio de unión en el ADN, donde el factor de transcripción se une para iniciar la transcripción. En este estudio, los científicos observaron lo que sucede cuando mutan cada componente por sí solo, y cuando mutan ambos componentes al mismo tiempo.

Algo contrario a la intuición, encontraron que la evolución del sistema es menos limitada cuando se mutan más componentes. "En marcado contraste con lo que asumí antes de realizar los experimentos, si mutamos varios componentes, el sistema puede evolucionar más libremente. ¡Esto fue una gran sorpresa para mí! ", Dice el primer autor Mato Lagator. Luego, el equipo analizó por qué el sistema puede evolucionar en más direcciones en comparación con sus componentes individuales.

Descubrieron que el sistema evoluciona más libremente porque las mutaciones en los dos componentes interactúan entre sí, un fenómeno que ellos llaman "epistasis intermolecular". Mato Lagator explica su significado:"Epistasis significa que uno más uno no es igual a dos, pero tres o cero. Genéticamente hablando, una mutación puntual cambia el factor de transcripción de modo que el fenotipo de nuestro sistema regulador de genes cambia por X, y la otra mutación puntual cambia el sitio de unión para que el fenotipo cambie en Y. Ahora, cuando ambas mutaciones ocurren juntas, el fenotipo no es simplemente X + Y, es diferente ". Esto significa que las mutaciones interactúan, dando a todo el sistema más libertad para cambiar y evolucionar.

Hasta aquí, nuestra comprensión de la epistasis ha sido principalmente descriptiva, pero no se ha entendido cómo los mecanismos moleculares existentes definen los patrones de epistasis. En este estudio, los investigadores dan una comprensión mecanicista de cómo interactúan las mutaciones en dos moléculas diferentes, explica Mato Lagator. "Lo más emocionante es mostramos que, en este sistema regulador de genes, la mayor parte de la epistasis surge de la estructura genética del sistema. Esta estructura determina cómo las mutaciones interactúan entre sí ".