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Cooptación genética (reclutamiento)

1990
  • Susumu Ohno
  • Joram Piatigorsky
  • Graeme Wistow
Escena de laboratorio que representa la cooptación de genes en la investigación genética evolutiva.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

La cooptación génica, o reclutamiento génico, es el proceso evolutivo mediante el cual un gen o una red de genes se emplea para una nueva función, a menudo en un contexto de desarrollo diferente. Este es un mecanismo fundamental para la evolución de nuevos rasgos sin necesidad de crear nuevos genes. Por ejemplo, las cristalinas, las proteínas estructurales transparentes del cristalino, fueron cooptadas a partir de enzimas metabólicas.

La cooptación génica es un poderoso ejemplo de la evolución como una "manitas", no como una ingeniera. En lugar de diseñar nuevos componentes desde cero, reutiliza los existentes. El mecanismo molecular suele implicar cambios en los elementos cis-reguladores (CRE) de un gen. Una mutación en un CRE puede provocar que un gen, que antes se expresaba solo en el hígado, ahora se exprese en las células de la piel en desarrollo, por ejemplo. Si este nuevo patrón de expresión proporciona alguna ventaja, puede ser seleccionado. La proteína en sí no necesita cambiar inicialmente; su nueva ubicación y contexto le confieren una nueva función.

El caso de las cristalinas del cristalino es un ejemplo clásico. Investigaciones realizadas en la década de 1980 por Piatigorsky y Wistow demostraron que muchas proteínas cristalinas eran idénticas o estrechamente relacionadas con enzimas metabólicas comunes como la lactato deshidrogenasa y la argininosuccinato liasa. Estas enzimas ya estaban presentes en las células y presentaban propiedades (estabilidad y solubilidad a altas concentraciones) que las hacían idóneas para la formación de un cristalino transparente y refractivo. Una mutación reguladora provocó su sobreexpresión masiva en el ojo en desarrollo, adaptándolas a una nueva función estructural. Otro ejemplo famoso es la adaptación del gen Distal-less, utilizado para el desarrollo de los apéndices, para modelar las manchas oculares en las alas de las mariposas.

UNESCO Nomenclature: 2411
- Evolución

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • La teoría de la evolución por duplicación genética de Susumu Ohno
  • El concepto de exaptación de Stephen Jay Gould y Elisabeth Vrba
  • El modelo de Jacob-Monod de regulación genética (el operón)
  • avances en secuenciación de proteínas y bioquímica
  • descubrimiento de elementos cis-reguladores

Aplicaciones

  • Explicando el origen de nuevas estructuras biológicas como plumas, extremidades y ojos.
  • Comprender cómo evolucionó el veneno en las serpientes a partir de enzimas digestivas.
  • synthetic biology, for engineering novel functions into existing genetic circuits
  • Desarrollo de fármacos, mediante la comprensión de cómo las proteínas pueden tener múltiples funciones (pluriempleo)
  • Rastreando la historia evolutiva de rasgos complejos

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Ingeniería de bacterias para realizar nuevas tareas metabólicas mediante la cooptación de enzimas existentes en nuevas vías
  • designing ‘smart’ cancer therapies that co-opt a tumor’s own proteins for a cytotoxic function
  • Creación de biosensores vinculando el elemento regulador de una vía con el producto proteico de otra.
  • Desarrollo de materiales autorreparadores mediante la incorporación de genes para la cicatrización de heridas en biomateriales estructurales.
  • Ingeniería de plantas para producir productos farmacéuticos en sus hojas mediante la cooptación de enzimas metabólicas
  • creating novel vaccines by expressing viral antigens using the cell’s own highly-expressed ‘housekeeping’ genes
  • Diseño de puertas lógicas en biología sintética utilizando factores de transcripción cooptados
  • developing new methods for biorremediación by recruiting microbiano enzymes to break down novel pollutants
  • Creación de tejidos artificiales con nuevas propiedades forzando la expresión de proteínas estructurales cooptadas.
  • identifying potential drug targets by searching for ‘moonlighting’ proteins with unknown secondary functions
Relacionado con: cooptación genética, reclutamiento, exaptación, cristalina, evolución, rasgos novedosos, regulación genética, elementos cis-reguladores, distal-less, evo-devo.

Contexto histórico

Cooptación genética (reclutamiento)

1983
1987
1990
1990
1990
1997
2000
1979
1983
1988
1990
1990
1997
2000
2008

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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