¿Necesitas cambiar de trabajo? Cambia tu metilación

Las abejas de una colmena son genéticamente idénticas, sin embargo forman una sociedad organizada en la que cada miembro se especializa en una determinada función.  Ahora un equipo de la Johns Hopkins Universityha publicado que existen diferencias en  el patrón de metilación entre distintas clases de abejas obreras y que además éste es reversible si la abeja adopta un nuevo papel en la colmena. Podría ser el primer vínculo entre epigenética y comportamiento.

El ADN es la molécula en la que se almacena la información genética, sin embargo, existen otros cambios que también se heredan sin alterar la secuencia  de ADN: son las marcas epigenéticas, que son esenciales para mantener el patrón correcto de expresión génica de una línea celular y adaptarlo según las circunstancias (cuando la célula se diferencia para desempeñar una labor concreta, para afrontar la enfermedad o adecuarse al desarrollo). Una de estas marcas, asociada con silenciamiento génico, es la metilación del ADN, es decir, la adición de un grupo metilo (-CH₃) a algunas citosinas por parte de ciertas enzimas. En lenguaje sencillo sería una banderita que se coloca en determinados puntos del ADN y que es interpretada por la maquinaria celular normalmente como una señal represora. 

Esquema de la metilación del ADN

A pesar de la gran cantidad de información que se está acumulando sobre las distintas capas de regulación epigenética, se conoce poco sobre el papel que éstas pueden tener en los cambios a nivel de organismo o de comportamiento. Por suerte, el grupo de investigadores liderado por  Andrew P. Feinberg pensó que tenían a su disposición una herramienta valiosa para ahondar en esta cuestión: las abejas de una colmena son genéticamente idénticas pero cada una desempeña un papel, ¿estaría la división de tareas grabada en su genoma de manera epigenética?

Abeja pecoreadora llevando polen

Primeramente decidieron comparar la metilación del genoma de una abeja reina (que se convierte en reina porque es alimentada con jalea real) con el de las obreras, pero no encontraron diferencias.  Ante este resultado negativo pasaron a comparar la metilación entre dos grupos de abejas obreras de igual edad: las abejas pecoreadoras (las exploradoras que recolectan polen, néctar y agua) y las nodrizas (las que alimentan las larvas, producen cera y eventualmente con el tiempo se convierten en pecoreadoras). Utilizando dos métodos distintos encontraron 155 regiones del genoma que no tenían el mismo patrón de metilación, zonas que están implicadas en la regulación génica y el desarrollo a través de control transcripcional y remodelación de la cromatina.

Abejas nodriza

Para comprobar que la metilación diferencial estaba asociada con el oficio de la abeja y que no era una consecuencia de la simple transición de nodriza a pecoreadora, los investigadores  diseñaron un truco: vaciaron la colmena de nodrizas y así cuando regresaron las exploradoras una parte de ellas ocupó los puestos de nodriza vacantes. Comparando las nuevas nodrizas con las que seguían siendo exploradoras, encontraron otras 107 regiones donde la metilación era distinta entre unas y otras. De estas 107, 57 coincidían con regiones encontradas en el primer análisis, zonas del genoma implicadas en desarrollo, unión de ATP y formación del poro nuclear.  Comparando estas regiones con los niveles de expresión, el equipo de la Johns Hopkins University  encontró que una parte importante de estas regiones coincidía con sitios de splicing alternativo, apuntando que la metilación podría ser una herramienta para regular el procesamiento alternativo del ARN mensajero. Asimismo también se relacionó la metilación con la represión de la expresión génica.

Parece por tanto que si el comportamiento de una abeja se revierte, también se revierte la metilación de su genoma. El propósito sería contribuir al cambio en la expresión génica, ya sea regulando la cantidad de expresión a través de factores de transcripción o modificando lo que se expresa a través del splicing alternativo.

¿Sucederá lo mismo con los comportamientos humanos? ¿Podrá modificarse el comportamiento cambiando el patrón de metilación?  ¿Funciona la regulación epigenética como una especie de interruptor con posiciones entre las cuales variar? ¿Cuál es el papel del resto de actores epigenéticos en los cambios de oficio de la abeja?

Habrá que seguir investigando…

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Más información:

http://www.nature.com/neuro/journal/v15/n10/full/nn.3218.html

http://www.nature.com/news/job-swapping-makes-its-mark-on-honeybee-dna-1.11418

http://www.abc.es/20120917/ciencia/abci-abejas-trabajo-marca-genoma-201209171059.html

¿Necesitas cambiar de trabajo? Cambia tu metilación

Las abejas de una colmena son genéticamente idénticas, sin embargo forman una sociedad organizada en la que cada miembro se especializa en una determinada función.  Ahora un equipo de la Johns Hopkins University ha publicado que existen diferencias en  el patrón de metilación entre distintas clases de abejas obreras y que además éste es reversible si la abeja adopta un nuevo papel en la colmena. Podría ser el primer vínculo entre epigenética y comportamiento.

El ADN es la molécula en la que se almacena la información genética, sin embargo, existen otros cambios que también se heredan sin alterar la secuencia  de ADN: son las marcas epigenéticas, que son esenciales para mantener el patrón correcto de expresión génica de una línea celular y adaptarlo según las circunstancias (cuando la célula se diferencia para desempeñar una labor concreta, para afrontar la enfermedad o adecuarse al desarrollo). Una de estas marcas, asociada con silenciamiento génico, es la metilación del ADN, es decir, la adición de un grupo metilo (-CH₃) a algunas citosinas por parte de ciertas enzimas. En lenguaje sencillo sería una banderita que se coloca en determinados puntos del ADN y que es interpretada por la maquinaria celular normalmente como una señal represora. 

Esquema de la metilación del ADN

A pesar de la gran cantidad de información que se está acumulando sobre las distintas capas de regulación epigenética, se conoce poco sobre el papel que éstas pueden tener en los cambios a nivel de organismo o de comportamiento. Por suerte, el grupo de investigadores liderado por  Andrew P. Feinberg pensó que tenían a su disposición una herramienta valiosa para ahondar en esta cuestión: las abejas de una colmena son genéticamente idénticas pero cada una desempeña un papel, ¿estaría la división de tareas grabada en su genoma de manera epigenética?

Abeja pecoreadora llevando polen

Primeramente decidieron comparar la metilación del genoma de una abeja reina (que se convierte en reina porque es alimentada con jalea real) con el de las obreras, pero no encontraron diferencias.  Ante este resultado negativo pasaron a comparar la metilación entre dos grupos de abejas obreras de igual edad: las abejas pecoreadoras (las exploradoras que recolectan polen, néctar y agua) y las nodrizas (las que alimentan las larvas, producen cera y eventualmente con el tiempo se convierten en pecoreadoras). Utilizando dos métodos distintos encontraron 155 regiones del genoma que no tenían el mismo patrón de metilación, zonas que están implicadas en la regulación génica y el desarrollo a través de control transcripcional y remodelación de la cromatina.

Abejas nodriza

Para comprobar que la metilación diferencial estaba asociada con el oficio de la abeja y que no era una consecuencia de la simple transición de nodriza a pecoreadora, los investigadores  diseñaron un truco: vaciaron la colmena de nodrizas y así cuando regresaron las exploradoras una parte de ellas ocupó los puestos de nodriza vacantes. Comparando las nuevas nodrizas con las que seguían siendo exploradoras, encontraron otras 107 regiones donde la metilación era distinta entre unas y otras. De estas 107, 57 coincidían con regiones encontradas en el primer análisis, zonas del genoma implicadas en desarrollo, unión de ATP y formación del poro nuclear.  Comparando estas regiones con los niveles de expresión, el equipo de la Johns Hopkins University  encontró que una parte importante de estas regiones coincidía con sitios de splicing alternativo, apuntando que la metilación podría ser una herramienta para regular el procesamiento alternativo del ARN mensajero. Asimismo también se relacionó la metilación con la represión de la expresión génica.

Parece por tanto que si el comportamiento de una abeja se revierte, también se revierte la metilación de su genoma. El propósito sería contribuir al cambio en la expresión génica, ya sea regulando la cantidad de expresión a través de factores de transcripción o modificando lo que se expresa a través del splicing alternativo.

¿Sucederá lo mismo con los comportamientos humanos? ¿Podrá modificarse el comportamiento cambiando el patrón de metilación?  ¿Funciona la regulación epigenética como una especie de interruptor con posiciones entre las cuales variar? ¿Cuál es el papel del resto de actores epigenéticos en los cambios de oficio de la abeja?

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http://www.nature.com/neuro/journal/v15/n10/full/nn.3218.html

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http://www.abc.es/20120917/ciencia/abci-abejas-trabajo-marca-genoma-201209171059.html

Los frutos más brillantes: el engaño perfecto

Si no es debido a un pigmento, ¿qué hace que una fruta sea de color azul metálico? ¿Por qué este color tan caprichoso? El artículo de los investigadores de Cambridge publicado en PNAS nos da las claves.

Cuando un animal se siente amenazado, la respuesta más común es la huida o buscar refugio.  Si necesita comer buscará alimento y cuando quiera reproducirse tratará de atraer o buscar un compañero. Sin embargo, un ser vivo que no puede desplazarse tiene que desarrollar estrategias muy sofisticadas para poder defenderse, alimentarse o reproducirse. Así, lo obvio no tiene cabida en el mundo vegetal y por ello al menos a mí nunca dejan de sorprenderme. La protagonista de esta semana es Pollia condensata, una planta herbácea perenne de un metro de alto que se extiende desde Costa de Marfil a Etiopía, sur de Angola y Mozambique. El hierbajo en cuestión produce unos racimos (infrutescencias) con frutos de unos 5 mm de un intenso color azul metálico, que contienen en su interior un buen puñado de semillas.

Pollia condensata

Los autores de este artículo buscaban plantas que desviasen la luz de una manera especial y buscando llegaron al herbario de los Reales Jardines Botánicos en Kew (Reino Unido). Allí encontraron  frutos de Pollia que habían sido recogidos hace 38 años en Ghana y preservados en alcohol. A pesar del tiempo transcurrido los frutos seguían brillantes y azules, adquiriendo brillos de distintos colores al acercarse. Además los investigadores sabían que en la naturaleza, incluso en plantas muertas, los racimos brillan como pequeños zafiros vegetales.  Cuando trataron de aislar pigmentos no encontraron ninguno azul.  Entonces, ¿de dónde procede el color azul metálico?

La respuesta está en la estructura del fruto. El brillo procede de la cutícula exterior, una capa muy plana y transparente. La iridiscencia azul proviene sin embargo de varias capas de células con gruesas paredes celulares, formadas a su vez por fibras de celulosa dispuestas formando una especie de escalera de caracol: cada lámina se sitúa paralela a la anterior pero girada un pequeño ángulo, así, parte de la luz se refleja y parte atraviesa las fibras, siendo absorbida por los taninos marrones de las capas más profundas. Este tipo de estructuras formadas con microfibras son comunes en los otros reinos, por ejemplo en las alas de algunas mariposas, en el caparazón de ciertos escarabajos o en las plumas de algunos pájaros, pero no suele ir asociado a iridiscencia y por supuesto las fibras son de otros materiales, como la quitina. Además, parece ser que en comparación con otras estructuras biológicas los frutos de Pollia son los más brillantes de la naturaleza y un nuevo ejemplo de evolución convergente entre plantas y animales.

Pero, ¿por qué construir frutos tan arquitectónicos? Gracias a que el color brillante y metálico permanece mucho tiempo en el fruto, las oportunidades de atraer pájaros que dispersen las semillas aumentan. Además, los racimos tienen aspecto carnoso y sin embargo no tienen pulpa, lo que supone un ahorro energético para la planta. Podría ser también que la planta trate de imitar las bayas azules de otra especie de la zona (Psychotria Peduncularis)  y convencer así a las aves para que se lleven sus semillas. Por otro lado, parece que algunos pájaros podrían usar estos frutos para decorar sus nidos o atraer pareja.

Las posibilidades son múltiples pero sea cual sea la correcta el engaño es completo: la planta ahorra energía y a pesar de todo consigue ser el objeto de deseo de los pájaros por más tiempo, aumentando las probabilidades de dispersar sus semillas.

Además este bonito descubrimiento abre puertas a distintas aplicaciones: los autores apuntan que podría copiarse esta forma de construir colores para remplazar colorantes en la industria alimentaria o papelera o incluso para evitar las falsificaciones de los billetes. Ahí es nada.

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Para saber más sobre esta noticia:

http://www.pnas.org/content/early/2012/09/04/1210105109
http://www.nature.com/news/cell-structure-gives-african-fruit-its-iridescent-hue-1.11379
http://blogs.discovermagazine.com/notrocketscience/2012/09/10/shiny-fruit-pointillist-pixellated/

Los frutos más brillantes: el engaño perfecto

Si no es debido a un pigmento, ¿qué hace que una fruta sea de color azul metálico? ¿Por qué este color tan caprichoso? El artículo de los investigadores de Cambridge publicado en PNAS nos da las claves.

Cuando un animal se siente amenazado, la respuesta más común es la huida o buscar refugio.  Si necesita comer buscará alimento y cuando quiera reproducirse tratará de atraer o buscar un compañero. Sin embargo, un ser vivo que no puede desplazarse tiene que desarrollar estrategias muy sofisticadas para poder defenderse, alimentarse o reproducirse. Así, lo obvio no tiene cabida en el mundo vegetal y por ello al menos a mí nunca dejan de sorprenderme. La protagonista de esta semana es Pollia condensata, una planta herbácea perenne de un metro de alto que se extiende desde Costa de Marfil a Etiopía, sur de Angola y Mozambique. El hierbajo en cuestión produce unos racimos (infrutescencias) con frutos de unos 5 mm de un intenso color azul metálico, que contienen en su interior un buen puñado de semillas.

Pollia condensata

Los autores de este artículo buscaban plantas que desviasen la luz de una manera especial y buscando llegaron al herbario de los Reales Jardines Botánicos en Kew (Reino Unido). Allí encontraron  frutos de Pollia que habían sido recogidos hace 38 años en Ghana y preservados en alcohol. A pesar del tiempo transcurrido los frutos seguían brillantes y azules, adquiriendo brillos de distintos colores al acercarse. Además los investigadores sabían que en la naturaleza, incluso en plantas muertas, los racimos brillan como pequeños zafiros vegetales.  Cuando trataron de aislar pigmentos no encontraron ninguno azul.  Entonces, ¿de dónde procede el color azul metálico?

La respuesta está en la estructura del fruto. El brillo procede de la cutícula exterior, una capa muy plana y transparente. La iridiscencia azul proviene sin embargo de varias capas de células con gruesas paredes celulares, formadas a su vez por fibras de celulosa dispuestas formando una especie de escalera de caracol: cada lámina se sitúa paralela a la anterior pero girada un pequeño ángulo, así, parte de la luz se refleja y parte atraviesa las fibras, siendo absorbida por los taninos marrones de las capas más profundas. Este tipo de estructuras formadas con microfibras son comunes en los otros reinos, por ejemplo en las alas de algunas mariposas, en el caparazón de ciertos escarabajos o en las plumas de algunos pájaros, pero no suele ir asociado a iridiscencia y por supuesto las fibras son de otros materiales, como la quitina. Además, parece ser que en comparación con otras estructuras biológicas los frutos de Pollia son los más brillantes de la naturaleza y un nuevo ejemplo de evolución convergente entre plantas y animales.

Pero, ¿por qué construir frutos tan arquitectónicos? Gracias a que el color brillante y metálico permanece mucho tiempo en el fruto, las oportunidades de atraer pájaros que dispersen las semillas aumentan. Además, los racimos tienen aspecto carnoso y sin embargo no tienen pulpa, lo que supone un ahorro energético para la planta. Podría ser también que la planta trate de imitar las bayas azules de otra especie de la zona (Psychotria Peduncularis)  y convencer así a las aves para que se lleven sus semillas. Por otro lado, parece que algunos pájaros podrían usar estos frutos para decorar sus nidos o atraer pareja.

Las posibilidades son múltiples pero sea cual sea la correcta el engaño es completo: la planta ahorra energía y a pesar de todo consigue ser el objeto de deseo de los pájaros por más tiempo, aumentando las probabilidades de dispersar sus semillas.

Además este bonito descubrimiento abre puertas a distintas aplicaciones: los autores apuntan que podría copiarse esta forma de construir colores para remplazar colorantes en la industria alimentaria o papelera o incluso para evitar las falsificaciones de los billetes. Ahí es nada.

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http://www.pnas.org/content/early/2012/09/04/1210105109
http://www.nature.com/news/cell-structure-gives-african-fruit-its-iridescent-hue-1.11379
http://blogs.discovermagazine.com/notrocketscience/2012/09/10/shiny-fruit-pointillist-pixellated/