es uno de los grandes misterios de la biología celular. ¿Por qué las mitocondrias-las estructuras de forma ovalada que alimentan a nuestras células—tienen su propio ADN, y por qué lo han conservado cuando la propia célula tiene un montón de su propio material genético? Un nuevo estudio puede haber encontrado una respuesta.
Los científicos piensan que las mitocondrias fueron una vez organismos unicelulares independientes hasta que, hace más de mil millones de años, fueron tragadas por células más grandes., En lugar de ser digeridos, se establecieron y desarrollaron una relación mutuamente beneficiosa desarrollada con sus huéspedes que finalmente permitió el surgimiento de una vida más compleja, como las plantas y los animales de hoy.
a lo largo de los años, el genoma mitocondrial se ha reducido. El núcleo ahora alberga la gran mayoría del material genético de la célula, incluso genes que ayudan a las mitocondrias a funcionar. En humanos, por ejemplo, el genoma mitocondrial contiene solo 37 genes, frente a los más de 20.000 del núcleo. Con el tiempo, la mayoría de los genes mitocondriales han saltado al núcleo., Pero si esos genes son móviles, ¿por qué las mitocondrias han retenido genes en absoluto, especialmente teniendo en cuenta que las mutaciones en algunos de esos genes pueden causar enfermedades raras pero paralizantes que destruyen gradualmente el cerebro, el hígado, el corazón y otros órganos clave de los pacientes?
Los científicos han arrojado algunas ideas, pero no ha habido datos difíciles para elegir una sobre otra.,
así que Iain Johnston, un biólogo de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido, y el biólogo Ben Williams del Whitehead Institute for Biomedical Research en Cambridge, Massachusetts, modelaron el problema, comparando matemáticamente diferentes hipótesis por primera vez. Analizaron más de 2000 genomas mitocondriales diferentes de animales, plantas, hongos y protistas (como amebas). Trazaron su camino evolutivo, creando un algoritmo que calculaba las probabilidades de que diferentes genes y combinaciones de genes se perderían en puntos particulares en el tiempo.,
«ese es uno de los aspectos innovadores de este trabajo, que utiliza modelos que normalmente no se incluyen en este tipo de estudios», dice Keith Adams, biólogo de la Universidad de Columbia Británica, Vancouver, en Canadá, que no participó en la investigación.
Las mitocondrias producen energía a través de una serie de reacciones químicas que pasan electrones a lo largo de una membrana. La clave de este proceso es una serie de complejos de proteínas, grandes glóbulos de proteínas que se incrustan en la membrana interna de las mitocondrias. Todos los genes restantes de las mitocondrias ayudan a producir energía de alguna manera., Pero el equipo descubrió que era más probable que un gen se quedara si creaba una proteína que fuera central en uno de estos complejos. Mientras tanto, los Genes responsables de funciones productoras de energía más periféricas eran más propensos a ser subcontratados al núcleo, informa el grupo hoy en sistemas celulares.
«mantener esos genes localmente en las mitocondrias le da a la célula una forma de controlar individualmente las mitocondrias», dice Johnston, porque las proteínas pivotales se crean en las propias mitocondrias., Ese control local significa que la célula puede regular más rápida y eficientemente la producción de energía momento a momento en mitocondrias individuales, en lugar de tener que hacer cambios radicales en los cientos o miles de mitocondrias que contiene. Por ejemplo, las mitocondrias fuera de control se pueden arreglar individualmente en lugar de desencadenar una respuesta general de toda la célula que luego podría desequilibrar algo más.
ES como responder a un incendio, dice John Allen, un biólogo del University College London que no participó en el estudio., Si una habitación individual en un edificio grande se incendia, no llame al gerente del edificio para pedirle permiso para apagarla. Agarra un extintor y apunta.
«creo que es un mecanismo de retroalimentación muy fundamental», dice Allen. En su propia investigación, ha encontrado evidencia que sugiere que producir ciertas proteínas mitocondriales justo donde se necesitan ayuda a la célula a regular mejor la producción de energía. Otras estructuras en nuestras células también podrían beneficiarse de este tipo de control local., Pero las mitocondrias, con su historia como células independientes, son las únicas con su propio centro de mando.
el modelo de Johnston y Williams señala otros factores que también podrían ser importantes. Por ejemplo, los genes que codifican proteínas mitocondriales que son hidrofóbicas, o repelentes al agua, son más propensos a ser producidos en las mitocondrias. Si estas proteínas se fabrican en otra parte de la célula, a veces pueden atascarse en tránsito, por lo que puede ser más eficiente producirlas en las mitocondrias.,
la composición química de los genes en sí también puede influir en la probabilidad de que se queden. Los Genes que son químicamente capaces de soportar las duras condiciones dentro de las mitocondrias en lugar de descomponerse podrían ser más propensos a persistir.
Johnston piensa que el programa de computadora que él y Williams desarrollaron es bueno para algo más que filtrar los genomas mitocondriales. El algoritmo puede analizar cualquier problema en el que se pierdan o ganen rasgos individuales con el tiempo, ya sean genes o síntomas de una enfermedad., Espera que el modelo sea útil para predicciones futuras en este sentido, como el análisis de las vías de progresión de la enfermedad.
