Proteínas "basura" que pueden jugar un papel clave en la adaptación
Y podrían ayudar a algunas criaturas a adaptarse a los climas cambiantes
Publicado originalmente por Sofia Quaglia, en nautil.us, el 30 de julio de 2025
La bióloga celular Amy Gladfelter se propuso recientemente resolver un acertijo que se refiere a una de las características más fundamentales de la evolución: la adaptación. Después de una década de estudio, había notado que uno de sus hongos favoritos, Ashbya gossypii, prospera en una amplia variedad de entornos, desde los trópicos de Trinidad hasta las llanuras a menudo frías de Wisconsin. ¿Cómo, comenzó a preguntarse, este hongo filamentoso simple, con su pequeño genoma y ciclo de vida simple, desarrolló tal versatilidad, y en qué se diferenciaban las cepas de la ciudad costera de las adaptadas al frío?
Gladfelter decidió jugar con el código genético de Ashbya gossypii para ver qué podía averiguar. En su laboratorio en la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke, ella y su equipo examinaron 70 cepas del hongo y comenzaron a intercambiar metódicamente proteínas en su ADN. En particular, se centraron en una proteína llamada Whi3, famosa por ser un poco impredecible. En lugar de quedarse fija en una posición específica dentro de una célula o mantener una sola forma tridimensional, como la mayoría de las proteínas, Whi3 es más desordenada y caótica:migra de una parte de la célula a otra dependiendo de las condiciones celulares, y sus secuencias de aminoácidos son inestables, tendiendo a presentar repeticiones y sustituciones.
El equipo de Gladfelter tomó una cepa de hongos de Wisconsin que generalmente crece a 50 grados Fahrenheit (10 grados centígrados), y otra cepa de Florida que está acostumbrada a un calor sofocante de 99 grados (37 grados centígrados), e intercambió pequeñas secciones de sus proteínas Whi3. Los investigadores descubrieron que estas simples alteraciones eran suficientes para hacer que el hongo adaptado al frío se comportara como su hermano amante de la playa. Mientras que el hongo de Wisconsin habría dejado de crecer y habría muerto si hubiera sido trasplantado a Florida sin más, las células que tenían trozos de Whi3 de la cepa que vive en Florida crecieron y se ramificaron, estirando filamentos a través de placas de Petri mantenidas a 98.6 grados Fahrenheit. Algo en Whi3 había ayudado al organismo a aprender a soportar el calor.
Se dio cuenta de que no era una excepción, era una nueva regla.
"Así pues, observamos que había sido suficiente para hacer que el hongo adaptado a un clima frío se comportara esencialmente como si hubiera venido de un clima cálido", dice Gladfelter.
El nuevo híbrido ahora también era más sensible al frío, recogiendo tanto las fortalezas como las debilidades de su contraparte más cálida. Algo similar sucedió cuando le dieron a las cepas de Florida trozos de la proteína Whi3 del hongo de Wisconsin; Las cepas de Florida se volvieron más parecidas a las de Wisconsin, más tolerantes al frío y más sensibles al calor.
Los hallazgos se suman a un creciente cuerpo de investigación que sugiere que una clase de proteínas extrañas conocidas como proteínas desordenadas, que se encuentran dentro de hongos y plantas, pero también en animales, incluidos los humanos, juegan un papel clave para ayudar a las criaturas de la Tierra a adaptarse a su entorno y aclimatarse a diferentes entornos.
Los científicos creen que aprender más sobre estas proteínas podría ayudarlos a diseñar mejor plantas resistentes al calor que podrían tolerar el cambio climático, e incluso a comprender la naturaleza misma de la adaptación.
"Sabemos que estas proteínas son comunes, sabemos que son omnipresentes", dice Gladfelter, pero los científicos aún no saben exactamente cómo y por qué, y qué están haciendo estas proteínas a nivel molecular que es tan especial. "Probablemente haya muchas formas diferentes en que estas proteínas [desordenadas] pueden cambiar para hacer que los hongos sean más o menos sensibles a la temperatura, ¿verdad? Pero aún no sabemos cuáles son esas reglas, y realmente cuál es la gramática para eso".
Amy Gladfelter cree que los poderes de las proteínas desordenadas que han encontrado hasta ahora son solo el comienzo: "Veremos si estamos en lo cierto".
La función generalmente sigue a la forma en el mundo de las proteínas. Están construidas con cadenas de aminoácidos, que pueden arrugarse y doblarse en una variedad de formas similares al origami: algunas son como pegotes, otras son como cuerdas, por ejemplo. El dogma de los libros de química siempre ha sido que la función de una proteína está determinado por su estructura: cómo se pliega.
El dogma se mantuvo hasta que los científicos encontraron por primera vez proteínas desordenadas y notaron que sus secuencias de aminoácidos podían cambiar de forma. En algunas de las proteínas desordenadas, encontraron, todos los aminoácidos podrían cambiar de lugar. En otros, solo un brazo de la proteína era líquido.
"Un colega de mi laboratorio me mostró esta proteína divertida", dice Vladimir Uversky, ahora experto en proteínas de la Universidad de Florida, quien encontró sus primeras proteínas desordenadas mientras trabajaba en Rusia en 1993. Inicialmente, Uversky descartó estas proteínas como casualidades únicas o ejemplos de algo que a la naturaleza le salió mal. Tal vez algo andaba mal en su configuración experimental, y esto era basura de la célula, pensó Uversky. Pero luego se dio cuenta de que no era una excepción, era una nueva regla.
"Me entusiasmé mucho con esta idea", recuerda Uversky. A principios de siglo, publicó su primer artículo que describía una nueva categoría de proteínas con secuencias intrínsecamente desordenadas y sin estructura, que son extremadamente importantes para la biología. En realidad, tenemos dos universos de proteínas diferentes, decidió Uversky. "Un universo de estructura, otro universo de desorden", dice. "La gente me decía que estaba loco".
Sin embargo, a medida que los modelos computacionales mejoraron, se hizo más fácil para Uversky identificar más de estas proteínas caóticas y reunir evidencias para respaldar su caso. Los nuevos hallazgos sugieren que la mitad de todas las proteínas producidas por los seres vivos están desordenadas, ya sea total o parcialmente, y que las proteínas desordenadas están involucradas en funciones cruciales como la transcripción del ADN, la división celular y la inmunidad, entre otras. Estas moléculas desordenadas surgieron en estudios sobre humanos, plantas y hongos. Otra investigación reveló que cuanto más complejo es el organismo, más probable es que tenga proteínas desordenadas.
Uversky argumenta que las proteínas desordenadas fueron probablemente las primeras proteínas en evolucionar, y las proteínas estructuradas que conocemos hoy llegaron después. Él cree que las proteínas desordenadas juegan un papel central en la adaptabilidad de los organismos, y especula que esto puede haber sido especialmente hace muchos miles de años, cuando el ambiente era mucho más duro y cálido que ahora.
Uversky cree que el trabajo de Gladfelter sobre las diferentes cepas de clima frío y cálido de Ashbya gossypii respalda estas especulaciones y la idea más amplia de que "el desorden es crucial para la adaptabilidad".
El desorden ciertamente parece ser potente. En el estudio de Ashbya gossypii, el equipo de Gladfelter intercambió solo 20 de los aminoácidos desordenados de los más de 720 aminoácidos de la proteína Whi3, y eso fue suficiente para que su hongo de Wisconsin comenzara a actuar como un hongo de Florida. Tan solo un pequeño segmento de proteína desordenada puede cambiar radicalmente el entorno dentro de la célula, dice Gladfelter.
Ella señala que, básicamente, las secuencias de aminoácidos en estas proteínas extravagantes son lo suficientemente flexibles como para que puedan cambiar en respuesta al medio ambiente, lo que permite que las especies que las tienen se adapten rápidamente. Estos cambios "pueden manifestarse durante la vida de un organismo", dice, y si son adaptativos, "se fijan en una población durante varias generaciones".
En realidad, tenemos dos universos de proteínas diferentes.
Los hallazgos de Gladfelter están respaldados por la investigación de otro equipo de científicos, que recientemente analizó la influencia que las partes desordenadas de una proteína llamada ELF3 (un acrónimo de floración temprana) tienen en la sensibilidad a la temperatura de las plantas de berro. Estas secuencias parecen actuar como interruptores de atenuación sensibles a la temperatura. En las plantas que tienen esta parte desordenada, ELF3 se apaga cuando las temperaturas alcanzan alrededor de 81 grados Fahrenheit, lo que permite que el berro thale crezca más rápidamente. Cuando esta región desordenada está ausente, el ELF3 no se apaga y la planta continúa creciendo lentamente como una planta en un clima frío, incluso cuando las temperaturas aumentan.
El autor del estudio, Philip Wigge, profesor de adaptación de plantas del Instituto Leibniz de Cultivos Vegetales y Ornamentales de Alemania, sugiere pensar en las proteínas desordenadas como velas en un barco. Si está relativamente tranquilo, uno quiere la vela más grande posible para atrapar el poco viento que sopla. Sin embargo, cuando hace mucho viento, se necesitan velas más pequeñas o el barco atrapará demasiado viento y se volcará hacia el mar. De la misma manera, las proteínas ELF3 en plantas de climas más fríos tienen segmentos desordenados muy grandes para detectar pequeñas cantidades de calor, lo que permite breves períodos de crecimiento sobrealimentado, mientras que las plantas de climas tropicales tienen partes desordenadas más pequeñas. No necesitan el impulso adicional en el crecimiento durante los períodos cálidos, ya que hay mucho calor para todos. En un artículo de próxima aparición, Wigge sugiere que las proteínas desordenadas también cumplen la misma función en los musgos. "Este es un mecanismo muy ampliamente conservado", dice.
Un estudio publicado el año pasado comparó tres tipos de levaduras estrechamente relacionados y arrojó resultados similares: estudios sobre arroz y soja también. Incluso los estudios sobre tardígrados, los microanimales súper resistentes conocidos por sobrevivir a las condiciones extremas del espacio exterior, sugieren que son muy buenos para evitar la muerte por desecación y temperaturas extremas debido a la abundancia de proteínas intrínsecamente desordenadas.
Fuera del laboratorio, estas proteínas podrían desempeñar un papel crucial al permitir que ciertas plantas y hongos persistan en sus ecosistemas nativos a medida que cambia el clima de la Tierra. Estas mismas proteínas probablemente podrían usarse para adaptar ciertos cultivos a las condiciones del cambio climático a través de la ingeniería genética, dice Wigge, introduciendo más desorden en las plantas que necesitan más flexibilidad. Si bien el trabajo aún es preliminar, dice Wigge, "la carrera ya está en marcha".
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