Se conoce como lamarckismo, aunque no hace justicia a la teoría evolutiva de Lamarck, la postulación de la herencia de los caracteres adquiridos por la acción del organismo en respuesta a las presiones del medio, y se le suele oponer al darwinismo, aunque Darwin aceptaba este tipo de herencia. Quienes la rechazaron fueron los darwinistas posteriores a Weisman, y se ha considerado una teoría refutada desde que los biólogos moleculares mostraron que el material hereditario es el ADN y que éste sólo se modifica aleatoriamente por mutación espontánea o inducida, sin una influencia coherente del medio.

Varios han sido los intentos de reivindicar el lamarckismo, siendo los más famosos uno con sapos terrestres a los que se criaba en el agua y en el que un miembro anónimo del equipo falsificó los resultados sin conocimiento del investigador, y otro que nadie pudo repetir, con el sistema inmunitario de ratones ( por cierto, que su autor continúa intentándolo). Pero las cosas cambiaron hace ya unos cuantos años (no recuerdo exactamente cuántos, pero unos diez) en un experimento con bacterias que no podían metabolizar un compuesto por deficiencia en dos genes. Se pusieron esas bacterias en un medio en el que tenían que metabolizar ese compuesto para crecer. La doble mutación tenía una probabilidad bajísima (del orden de 1/100.000.000.000.000). Sin embargo, crecieron (en bacteriología, "crecer" significa que crecen las colonias, es decir, que las bacterias se reproducen).

Parecía, por lo tanto, que el medio podía inducir cambios orientados y heredables. Lamarck parecía resultar vindicado, por lo menos en el reino de las bacterias (por mucho que se ha intentado, no se ha logrado nada parecido en protistas, hongos, plantas o animales).

Desde entonces, las investigaciones en la resistencia a los antibióticos, a mi modo de ver, han proporcionado una pista a seguir para interpretar estos experimentos. Se ha comprobado que la resistencia a los antibióticos puede producirse por tres mecanismos: la inducción de la actividad de genes ya presentes en las bacterias, la adquisición horizontal de genes (que ya vimos en los artículos sobre el Sexo bacteriano) y la alteración de las tasas de mutación (se conoce como mutación el cambio en el ADN). Es este tercer mecanismo el que aquí nos interesa.

Quienes estudian la evolución molecular creen que la tasa de mutación de un organismo es un compromiso entre la adaptación (el organismo bien adaptado no cambia) y la adaptabilidad (si no hay cambios, el organismo no puede adaptarse al ambiente cambiante). Yo más bien diría que es un compromiso entre una tasa de mutación muy baja (las mutaciones se producen por agentes físicos y químicos presentes en el ambiente y por errores de copia del ADN, es decir, que son inevitables) y una tasa de mutación alta que favorezca la aparición de mutaciones útiles, aunque no tan alta que las mutaciones perjudiciales sean un peligro. Las bacterias, a lo largo de sus miles de millones de años de evolución, han optimizado muchas cosas, de modo que la mayoría de las mutaciones que sufren han de ser neutras o perjudiciales. Dado que las bacterias viven en una enorme cantidad de ambientes distintos, parece claro que tienen que encontrarse frecuentemente en situaciones de estrés, por lo que parece que ha de revestir interés para ellas el mantener tasas de mutación bajas cuando no necesitan cambiar y aumentarlas sustancialmente en situaciones de estrés, como los tratamientos con antibióticos.

Se ha comprobado que las bacterias tienen subpoblaciones hipermutadoras que pueden aumentar su proporción en esas situaciones. Dos investigadores españoles, Fernando Baquero y Jesús Blázquez, han probado que las condiciones que favorecen la selección de variantes hipermutadoras se dan en los pulmones de personas fibrótico-quísticas infectados por la bacteria Pseudomonas aeruginosa. Otros autores han hecho pruebas parecidas con otras bacterias, por lo que se cree que eso sucede con la mayoría de las bacterias.

Y ¿cuáles son los mecanismos de la hipermutación? Parece que ésta se produce principalmente por dos vías. La primera son las alteraciones en el sistema de reparación de malos emparejamientos dependiente de metilación (MDMRS), un sistema que se encarga de eliminar y sustituir por la correcta las bases del ADN que se han "colado", en la replicación del ADN, en lugar de las complementarias a las de la hebra "patrón". Está constituído por las proteínas codificadas por un conjunto específico de genes, de los cuales tres son los afectados con mayor frecuencia. Las mutaciones en estos genes hacen menos eficaz este sistema de "corrección de errores", con lo que aumenta la frecuencia de mutación. Estas mutaciones tienen un alto coste, pero en casos extremos (presión selectiva múltiple, como ambientes con múltiples antimicrobianos y antibióticos), prolongada (infecciones crónicas) y localizada (nichos dominados por un solo clon, lo que impide la transferencia horizontal de la resistencia), la hipermutabilidad es una ventaja.

Resultarían menos costosas si la hipermutación afectara sólo a los genes cuya variación diera lugar al fenotipo potencialmente favorable (por ejemplo, en nuestro sistema inmune, la región hipervariable de los genes de los anticuerpos muta 1.000.000 de veces más que el resto del genoma). Pues bien, parece que las bacterias hacen esto dirigiendo las mutaciones a algunos genes habitualmente sometidos a una alta presión selectiva, los llamados genes de contingencia, que codifican antígenos de superficie y otros sistemas. Estos genes contienen secuencias repetitivas al encontrarse con las cuales las polimerasas (enzimas que intervienen en la síntesis de ácidos nucleicos) pueden deslizarse y eliminar o añadir alguna, alterando así la secuencia del gen. Esos errores por deslizamiento acontecen con frecuencias 10.000 veces superiores a los que se dan en el resto del genoma.

También se reduciría el coste de la de la mutagénesis por la intervención de sistemas que permitan un aumento transitorio de la tasa de mutación, limitándolo a los momentos en que fuera necesario, es decir, en las situaciones de estrés. Esto es lo que hacen las polimerasas menos fieles de lo normal (las polimerasas sintetizan una cadena del ADN tomando como "patrón" la otra). El sistema SOS se activa ante daños en el ADN, siendo un sistema mutador inducible por ser capaz de activar varios genes que codifican polimerasas menos fieles que la normal, provocando mutaciones (se les llama por eso mutasas). La función normal de esas polimerasas es la de "síntesis a través de lesión", es decir, de sintetizar nuevas cadenas cuando han sido lesionadas. Pero, una vez presentes en gran cantidad, inducida su síntesis por acción del medio, pueden sintetizar ADN en sitios no lesionados, con lo que tenemos la hipermutagénesis.

Este último mecanismo para la hipermutación -o alguno por el estilo- debe de estar en la raíz del comportamiento evolutivamente "anómalo" de las bacterias de que hablaba al principio. Respecto a la resistencia a los tóxicos de organismos no bacterianos, hay investigadores que creen haber observado algo parecido en los insectos respecto a los insecticidas: creen que no sólo se hacen resistentes por selección de individuos resistentes presentes en muy pequeño número en las poblaciones, sino que, además, los plaguicidas inducen hipermutación en genes que pueden conferir esa resistencia. No sé si están en lo cierto, per si así fuera, se facilitaría la tarea de la biología evolutiva: no habría que explicar por qué las bacterias evolucionan de una forma distinta a la de los otros reinos. Por otra parte, me parece que explicar por qué los otros reinos no evolucionan como las bacterias sería una tarea apasionante.

En cuanto a si Lamarck (el que ha pasado a los manuales como punching ball de los estudiantes de biología, no el real) ha resultado vindicado o no, lo dejo a vuestro criterio.

© Julio Loras Zaera
Profesor Francho de Fortanete


Julio Loras Zaera
QR Code
Licencia Creative Commons
Uso de cookies: Utilizamos cookies propias y de terceros para mejorar nuestros servicios. Si continúa navegando, consideramos que acepta su uso. Puede obtener más información en nuestra Política de cookies