¿Qué hace a un ser humano distinto de un chimpancé? Investigadores del Instituto Europeo de Bioinformática del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL-EBI, por sus siglas en inglés) han dado un importante paso para contestar con exactitud a las cuestiones evolutivas, y han presentado una nueva herramienta informática que ofrece los datos más exactos obtenidos hasta la fecha sobre la evolución.
En su artículo, los investigadores del EMBL-EBI revelan en el número que la revista Science publica hoy, los errores sistemáticos de los métodos existentes que comparan secuencias genéticas de diferentes especies para determinar sus relaciones evolutivas.
Los investigadores han presentado una nueva herramienta informática que evita estos errores y ofrece datos exactos sobre la evolución de las secuencias de ADN y de las proteínas. Los resultados cuestionan lo que sabíamos sobre la evolución y sugiere que el recambio de secuencias es mucho más común de lo que se había supuesto.
"La evolución está sucediendo tan lentamente que no podemos estudiarla simplemente contemplándola. Por eso intentamos conocer las relaciones entre las especies, y el transcurso y el mecanismo de la evolución comparando secuencias genéticas", señala Nick Goldman, director del grupo del EMBL-EBI.
El código de cuatro letras que constituye el ADN de todos los seres vivos va cambiando con el tiempo. Por ejemplo, una o varias letras se pueden copiar incorrectamente (sustitución), perder (deleción) o incorporar (inserción). Dichos cambios pueden conducir a cambios funcionales y estructurales en los genes y en las proteínas y, en último término, a la formación de nuevas especies. La reconstrucción de la historia de estos acontecimientos mutacionales revela el transcurso de la evolución.
Comparación de secuencias, un “encaje de bolillos”
Una comparación de múltiples secuencias comienza con su alineación. Se emparejan caracteres de diferentes secuencias que comparten ancestros comunes y las incorporaciones y pérdidas de caracteres se marcan como huecos. Dado que este procedimiento es pesado desde el punto de vista informático, con frecuencia se van construyendo alineaciones múltiples progresivamente a partir de varias alineaciones de pares.
Sin embargo, es imposible determinar si una diferencia en longitud entre dos secuencias es una deleción en una secuencia o una inserción en la otra secuencia. Para hacer una alineación correcta de múltiples secuencias es crucial distinguir entre estos dos acontecimientos. Los métodos existentes, que no hacen esto, nos ofrecen una idea defectuosa del transcurso de la evolución.
"Nuestro nuevo método evita estos errores teniendo en cuenta lo que ya sabemos sobre relaciones evolutivas", señala Ari Löytynoja, responsable del desarrollo de la herramienta en el laboratorio de Goldman. “Pongamos que estamos comparando el ADN del ser humano con el del chimpancé y que no podemos asegurar si se ha producido una deleción o una inserción. Para resolver esto, nuestra herramienta extrae automáticamente la información de las correspondientes secuencias en especies estrechamente relacionadas, como el gorila o el macaco. Si éstas muestran los mismos huecos que el chimpancé, esto sugiere que se ha producido una inserción en los seres humanos", explica el investigador.
Los resultados obtenidos con la nueva técnica sugieren que las inserciones son mucho más comunes de lo que se había supuesto, mientras que la frecuencia de deleciones estaba sobreestimada con los métodos existentes.
Una razón posible para estos errores sistemáticos cometidos con otras técnicas es que originalmente se desarrollaron para el emparejamiento estructural de secuencias de proteínas.
Sin embargo, “el centro de atención de la biología molecular está cambiando y la comprensión de los cambios funcionales en los genomas requiere métodos específicamente diseñados que consideren historias de secuencias”, dicen los científicos.
Dichas estrategias posiblemente revelarán en el futuro más errores de software en nuestros conocimientos de la evolución que podrían cuestionar el panorama convencional de la evolución de las secuencias.
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Referencia bibliográfica:
A. Löytynoja & N. Goldman. "Phylogeny-aware Sequence Alignment Prevents Systematic Error and Bias in Evolutionary Analyses", Science, 20 Junio 2008.
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