Completan genoma del pez de hielo, que carece de hemoglobina y vive en ambientes bajo cero

Científicos han completado el genoma del pez de hielo de aleta negra antártico, abriendo una ventana genética a especies que evolucionaron para sobrevivir en temperaturas bajo cero.

El equipo de investigación de 22 científicos, incluidos ocho coautores de la Universidad de Oregón (UO), dirigidos por el biólogo John Postlethwait, publica su informe en la revista ‘Nature Ecology & Evolution’.

De una hembra adulta, los investigadores mapearon 30.773 genes codificantes de proteínas y cómo se localizan a lo largo de los cromosomas. El mapa apunta a los genes que se adaptaron o desaparecieron a medida que los peces se aclimataron a las crecientes concentraciones de oxígeno cuando el Océano Austral se enfrió a la temperatura promedio actual de -1.67 grados Celsius.

El pez gato aleta negra (‘Chaenocephalus aceratus’) pertenece a una familia de peces de hielo que ha desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Carecen de genes de hemoglobina funcionales, lo que significa que son de sangre blanca y carecen de la proteína roja que transporta el oxígeno en la sangre de todos los demás animales con una columna vertebral.

Existen en un estado constante de anemia. Tienen corazones de gran tamaño y una baja densidad mineral ósea que hace las espinas blandas. En un ser humano, estos rasgos normalmente indican una enfermedad. Sin embargo, estas adaptaciones ayudan a los peces a sobrevivir, apunta Postlethwait, profesor emérito de Biología y miembro del Instituto de Neurociencia de la UO.

Los peces de hielo, dice, son ejemplos de lo que Charles Darwin llamó los «restos de la vida antigua». Se separaron de los antepasados del espinoso, perdiendo muchas de las características comunes a sus formas ancestrales a medida que evolucionaban. Entre los genes que desaparecieron en medio de los meses de noche y los meses de luz solar en la región polar, se encontraban aquellos vinculados a los ritmos circadianos.

Las formas en que salen adelante, apunta Postlethwait, podrían proporcionar información sobre los problemas de salud de los trabajadores del turno de noche. Según Postlethwait, las numerosas adaptaciones, que también incluyen la capacidad de fabricar proteínas anticongelantes, hacen que el pez de hielo merezca un estudio extenso y comparaciones con la salud humana.

«Ahora, podremos explotar este genoma para aprender cómo desarrollaron los peces estos rasgos aparentemente patógenos en su beneficio –dice Postlethwait–. Comprender cómo surgieron estos rasgos a lo largo del tiempo evolutivo en el pez de hielo podría ayudarnos a apreciar cómo surgen rasgos similares: pérdida ósea, disminución de la capacidad para producir células sanguíneas, problemas del sistema circulatorio y obesidad en humanos envejecidos durante el tiempo de desarrollo».

Postlethwait planteó la idea de estudiar tales adaptaciones en una especie para obtener información sobre los mecanismos de las enfermedades humanas y las posibles nuevas terapias en un artículo titulado «Restos de la vida antigua: Variantes genéticas examinadas por Selección Natural», que se publicó en el número de julio de 2015 de la revista ‘Genetics’. Poco después fue elegido para recibir el Premio George W. Beadle de la Sociedad de Genética de América.

Estabilidad de los contenidos de 24 cromosomas

En el proyecto del genoma, los investigadores recolectaron peces de hielo de aleta negra, que tienen un promedio de aproximadamente 12 pulgadas de largo (30,48 centímetros), desde varias profundidades cerca de la Estación King Sejong y el Estrecho de Bransfield Occidental a lo largo de la Península Antártica. Junto con el ADN genómico tomado de la hembra, se extrajo el ARN de 12 tejidos (cerebro, ojo, branquias, corazón, intestino, riñón, hígado, músculo, ovario, piel, bazo y estómago) para ayudar a comprender qué genes utiliza cada órgano.

Gran parte de la secuenciación del ADN fue completada por el grupo del coautor Hyun Park, en el Instituto de Investigación Polar de Corea en Incheon, Corea, y por Wes Warren, de la Universidad de Washington en St. Louis (Estados Unidos). La secuenciación de ARN y el mapa genético de los peces se realizaron en los laboratorios de investigación de UO y en el Centro de Genómica y Caracterización de Células de la UO.

El ensamblaje del genoma y el mapa de vinculación, escriben los investigadores, revelan una notable estabilidad de los contenidos de los 24 cromosomas entre los peces óseos, incluidos los medaka (peces de arroz japoneses), la lubina europea y los peces negros de aleta negra que abarcan 110 millones de años, especialmente en comparación con los cambios cromosómicos en mamíferos en el mismo periodo de tiempo. La mayor divergencia involucró a los genes del pez hielo y la lubina, sugiriendo cambios en el frío.

 El pez de hielo y otros peces nototénidos experimentaron cambios genéticos que produjeron proteínas anticongelantes para ayudarlos a sobrevivir, una adaptación descubierta en la década de 1970 por Arthur DeVries, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. El mapeo completado ayuda a ubicar este descubrimiento en un contexto genómico, señalan los investigadores.

«El pez de hielo evolucionó a partir de peces que vivían en el fondo y no tenían vejiga natatoria, un órgano que se desarrolla como nuestros pulmones, pero luego pierde el apego a la faringe y se llena de gas –explica Postlethwait–. La mayoría de los peces, excepto los que se alimentan del fondo, tienen uno y les ayudan a mantener la posición en la columna de agua».

Cuando la mayoría de las especies de peces se extinguieron alrededor de la Antártida cuando las aguas se enfriaron, dice, los peces de hielo evolucionaron para ocupar la columna de agua del Océano Austral. Uno de los mayores desafíos a los que se enfrentaron, agrega, era salir del fondo sin una vejiga natatoria.

«Probablemente, limitaron la mineralización de sus huesos, la parte más densa de nuestro cuerpo, y los lípidos acumulados, que son más ligeros que el agua. Es como en el aceite de oliva que flota en la parte superior del agua en una cacerola a punto de cocinar espaguetis», puso como ejemplo Postlethwait.

Fuente: EP