Cuando los investigadores comenzaron a secuenciar el genoma de una variedad de microbios de diferentes especies, se llevaron una gran sorpresa: muchos organismos parecían estar intercambiando genes que pasaban de una especie a otra. Así por ejemplo se dieron cuenta que el 25% del genoma de la Escherichia coli, había sido adquirido de otras especies. Ahora se dan cuenta que esta “transferencia horizontal" de genes entre diferentes especies es un fenómeno muy común, lo que complica las cosas, ya que hace más difusa la separación entre una especie y otra, haciendo más compleja la estructuración del árbol familiar de los microorganismos. Se plantean también nuevos paradigmas en los procesos de evolución de las especies, lo que lleva a mirar la vida en la Tierra de otra forma. Hasta ahora no se había considerado que existiese este tipo de intercambio genético.

Para discutir estos temas, recientemente se han reunido unos 50 especialistas, en Warrenton, Virginia (Horizontal Gene FIow in Microbial Comunication, Junio 16, 2004), entre los que hay que considerar microbiólogos, ecologistas, y biólogos evolucionistas. Del intercambio de información se concluyó, que al menos en los experimentos de laboratorio, ya se conoce bastante de cómo ocurre el proceso, pero que en cambio se sabe poco de cómo sucede esto en condiciones naturales.


Revelaciones genómicas

Ya por décadas los microbiólogos sabían que ciertos patógenos intercambiaban genes que los protegían de los antibióticos (La resistencia a los antibióticos). Pero este intercambio más amplio de genes es algo nuevo, que recién se comienza a considerar. Sólo en la última década, cuando comenzaron a descifrarse la secuencia de bases de los genomas de diferentes especies bacterianas, comenzaron a comprobarse los intercambios genéticos. Notaron que algunas veces los genomas de un determinado organismo, incluía DNA que no parecía pertenecerle.

Gradualmente se han ido dando cuenta que esta transferencia es un fenómeno frecuente, que ocurre en una variedad de circunstancias y formas. Algunas veces es una bacteria moribunda que escupa su DNA, y otra lo recupera y lo incorpora dentro de su propio genoma. Otras veces el traspaso ocurre cuando dos bacterias entran en contacto. También ocurre cuando algún virus infecta una célula y éste se replica en su interior. En el proceso incorporan DNA del huésped, y lo llevan consigo, introduciéndolo a la siguiente bacteria que infestan. Finalmente, trozos independientes de DNA bacteriano, llamados "plasmidios", pueden entrar a células extrañas, instalándose en forma separada del resto del genoma.

Poco a poco se han ido conociendo las condiciones más favorables que permiten el intercambio de genes. Se ha encontrado que microbios que viven en ambientes semejantes, son más propensos al intercambio de genes. También se ha visto que el intercambio es mayor entre microbios pertenecientes a ramas de familias cercanas. También parece que el intercambio es más posible entre especies diferentes, siempre que haya similitud en la estructura de los cromosomas, pareciendo que incluso cuando esta no existe, se puede limitar el intercambio de genes.

En otras ocasiones son factores externos los que hacen posible la transferencia de genes. Ello ocurre con mayor frecuencia cuando las comunidades microbiológicas son muy densas. A su vez los plasmidos pueden entrar al interior de una bacteria, siempre que ésta tenga las proteínas adecuadas en su superficie.

También parece que la transferencia de genes se hace más fácil cuando las condiciones del ambiente se deterioran. Pareciera entonces que los organismos tratan de extraer DNA de sus vecinos. Esta parece ser una forma que permite a las bacterias adaptarse al estrés. Especialmente sucede cuando en el ambiente hay deficiencia de determinados nutrientes. El mecanismo parece ser importante para la adaptación evolutiva. De hecho, cuando un gene crítico puede mejorar la supervivencia de una determinada especie, la transferencia se hace con mucha facilidad. Normalmente, sin la transferencia de genes, la bacteria habría tenido que adaptar sus propios genes, lo que es un proceso lento que demoraría 10.000 años hasta llegar a la estructura génica adecuada (Science, vol 305, Julio 16, 2004).


Dificultades en la clasificación

Si bien el intercambio de genes ayuda a la sobrevivencia de los microbios, ello complica el trabajo de sistematizarlos, por parte de los investigadores. Las especies se definen por sus genomas. Cada una de ellas tiene un determinado equipo de genes, lo que la diferencia de otras especies. Pero esta definición se complica si el intercambio de genes es frecuente. La sistematización de las diferentes familias de genes es importante para entender el mundo microbiológico, especialmente para los inmunólogos.

Todo ello plantea el redefinir los grupos microbiológicos de acuerdo al intercambio de genes que ha existido y que existe entre ellos. Esta visión alternativa hace innecesario el definir las especies y los linajes, y en cambio lleva a clasificar juntos a microbios con similitudes fisiológicas. Así por ejemplo, los organismos del suelo, deben estar en una rama, mientras que aquellos que procesan el metano, deben estar en otra. Esta aproximación es la que parece funcionar para la mayor parte de las especies.


Observaciones en terreno

Eugene Madsen microbiólogo ecologista de la Universidad de Cornell en Ithaca, New York, demuestra cuán rápido se puede esparcir un gene útil en un cultivo bacteriano. El compuesto orgánico "naftaleno", a menudo es tóxico, excepto para los organismos que tienen un gene que es capaz de degradarlo. En el laboratorio, Madsen mezcla "Pseudomonas" con la bacteria "Burkholederia", la que carece del gene necesario para degradar el naftaleno y coloca a ambas en un medio que contiene naftaleno. En poco más de 24 horas, la bacteria que carece del gene, lo adquiere con lo que puede desarrollarse en el ambiente hostil.

Si bien es cierto que estas experiencias de laboratorio son útiles, sin embargo cuentan sólo parte de la historia, ya que muchos microbios no se logran cultivar en el laboratorio. Cuando Madsen trata de demostrar el rápido esparcimiento en el ambiente, del mismo gene que en el laboratorio degrada el naftaleno, no lo logra.

Madsen trabaja en South Glens Falls, New York, donde existen desperdicios de carbón y en el que existen bacterias que degradan naftaleno porque poseen el gene adecuado, pero no pudo comprobar que este se trasmitía a bacterias colocadas allí y que no lo poseían, aún observándolas durante un período de 9 días.

Ahora se están ensayando métodos más objetivos para estudiar el pasaje, usando indicadores fluorescentes y tecnologías clasificadoras, con las que se espera llegar a descifrar cómo y cuándo se transfieren genes en condiciones naturales. Al mismo tiempo, con más secuenciaciones de genomas de otros gérmenes, los investigadores esperan llegar a especificar cómo realmente funciona este tipo de transferencia horizontal en condiciones naturales.