Hasta el 10% de los genes de un rotífero provienen de bacterias, hongos y algas.

Los rotíferos bdelloideos son unos animales que han abandonado desde hace 80 millones de años la vida sexual. Los biólogos evolutivos siempre han preconizado que el intercambio sexual es esencial para la supervivencia de una especie, y que las especies que carecen de este intercambio de genes están condenadas a la extinción. Pero ¿Qué hace un ser pluricelular en este blog?. La razón es que los rotíferos bdelloideos son un escándalo evolutivo y a pesar de no tener sexo entre ellos practican la bacteriofilia, la plantafilia y la fungofilia intercambiando genes con estos grupos de organismos: hasta un 10% de sus genes provienen de estos organismos.

Vayamos por partes. Los rotíferos son una tipo de animales pluricelulares, tienen normalmente menos de 0.5 mm. Fueron descritos por primera vez en 1702 por Antonie Van Leeuwenhoek y en 1838 se describieron como metazoos, es decir, animal pluricelular en donde hay células de más de un tipo. Los Bdelloides son una clase de rotíferos con cuatro familias en las que se encuadran 460 especies descritas. Todos los bdelloides son hembras. No se han observado machos o individuos hermafroditas. Viven en ambientes acuáticos en lo más extenso del término pues viven tanto en charcas como en la capa de humedad de los líquenes, hongos, hojas... Estos rotíferos viven los procesos de desecación como algo habitual, de hecho tienen desarrollado un tipo de anhidrosis particular, es decir, de estrategias para sobrevivir la ausencia de agua, de hecho pueden desecarse en cualquier etapa de su vida y rehidratarse igualmente y continuar su ciclo vital. En laboratorio se ha demostrado que se pueden rehidratar ejemplares después de nueve años sin agua. Hay pocos competidores, depredadores o parásitos que puedan estar a su altura en estos menesteres.

Una de las particularidades más asombrosas de los rotíferos bdelloideos es su capacidad para resistir radiaciones ionizantes, la más alta de todos los animales estudiados. Por ejemplo, con 200 Gy (una unidad de absorción de radiación por Kg de masa) se produce un 99% de esterilidad en los artópodos más resistentes, bien, con una dosis de 560 Gy se produce sólo un 20 % de esterilidad en estos animales. Parece ser que esta capacidad para resistir la radiación tiene que ver con su adaptación a la desecación. De hecho bacterias que son altamente resistentes a la radiación ionizante como Deinococcus radiodurans también son altamente resistentes a la desecación. Aunque hay muchos factores implicados en la resistencia a la desecación, la capacidad para reparar los cortes en las dos hebras del ADN es algo esencial en el proceso.

Un rotífero bdelloideo (posiblemente Philodina acuticornis). Se puede ver fácilmente la corona con dos discos de cilios rodeando la boca. Estos cilios son los encargados de filtrar y dirigir a la boca las bacterias de las que se alimenta. El estómago (en rojo oscuro) y el par de ojo (manchas naranjas encima del cerebro).

El genoma de los bdelloideos contiene algunos elementos genéticos móbiles (transposones) que son adquiridos típicamente por transferencia genética horizontal. Estos elementos se encuentran normalmente en las regiones teloméricas de los cormosomas y más raramente en regiones ricas en genes. Lo que ha sido sorprendente es encontrar en estas regiones teloméricas docenas de genes no-metazoicos adquiridos por transferencia genética horizontal. En concreto hay genes provenientes de bacterias, hongos y de plantas que no presentan homología con otros genes metazoicos. Algunos de estos genes están degradados, es decir, no son funcionales, otros están intactos y algunos de ellos se transcriben. La mayor parte de los genes intactos codifican proteínas con una actividad enzimática simple, es decir, que no están inscritos en rutas que impliquen multitud de componentes.. Hay dos genes bacterianos para proteínas implicadas en la síntesis de la capa de peptidoglicano, una capa que no existe en los rotíferos y es propia de bacterias, otros dos genes son sintetasas peptídicas no ribosomales. Hasta ahora no se han sido capaces de determinar de que especies en concreto provienen esos genes, o en que momento se transfirieron. Algunos de estos xenogenes parecen haber estado dentro del genoma de los rotíferos durante muchísimo tiempo, lo suficiente para haber adquirido incluso regiones intrónicas y los patrones de uso de codones propios de este filo. Algunos de estos genes parece que han sido incorporados más recientemente.

Es impresionante encontrarse con tantos genes provenientes de otras especies ya que en los metazoos se han encontrado pocos casos de transferencia genética horizontal, la mayor parte de los casos debida a asociaciones antiquísimas con organellos, endosimbiontes o parásitos intracelulares. Los autores de este trabajo especulan en que la transferencia genética horizontal se pudo haber facilitado por la ruptura de membranas y fragmentación del DNA y su reparación por la maquinaria del rotífero, como parte de su programa de adaptación a la desecación que experimentan estos bdelloideos. Todo esto permitiría incorporar este ADN foráneo en su genoma.

Esta combinación de adaptación a hábitats efímeros y mecanismos precisos de reparación del ADN han contribuído sin duda a el éxito evolutivo de los bdelloideos, los cuales no sólo han sobrevivido cientos de millones de años sino que a pesar de no jugar las leyes evolutivas que dicen que los organismos con sexualidad tienen más capacidad de adaptación, ellos sin embargo han ganado y están entre nosotros. Un escándalo evolutivo.

The findings were reported Nov. 15 in the journal PLoS Genetics.
Bdelloid rotifers are best known for going 80 million years without sex, as they have evolved to reproduce successfully without males. Many asexual creatures go extinct without the benefit of traditional genetic evolution. However, bdelloids have flourished by developing ingenious ways of overcoming the limitations of being asexual.
Bdelloids have also developed the fascinating ability to withstand almost complete desiccation when the freshwater pools they typically live in dry up. They can survive in the dry state for many years only to revive with no ill effect once water becomes available again.
"We were thrilled when we discovered that nearly 10 per cent of bdelloids' active genes are foreign, adding to the weirdness of an already odd little creature," said Professor Alan Tunnacliffe, lead author of the study from the University of Cambridge. "We don't know how the gene transfer occurs, but it almost certainly involves ingesting DNA in organic debris, which their environments are full of. Bdelloids will eat anything smaller than their heads!"
Because some of the foreign genes are activated when the bdelloids begin to dry out, the researchers believe that the genes play a role in bdelloids' ability to survive desiccation.
Professor Tunnacliffe added: "Other researchers have shown that bdelloids contain powerful antioxidants, which help protect them from the toxic oxidising agents that are the by-products of desiccation. These antioxidants have not yet been identified, but we think that some of them result from foreign genes."
For the study, the researchers extracted all of the messenger RNA (genetic code similar to DNA which provides a blueprint for the creation of proteins) from bdelloid rotifers and sequenced each message, creating a library of the animal's active coding information. Using a supercomputer, they then compared these messages with all other known sequences and found that in many cases similar sequences had been found in other organisms.
Strangely, however, these other organisms were often not animals, but simple microbes. This means that bdelloids have genes that are not present in other animals, but have been acquired from micro-organisms and adapted for use in the rotifer.

The above story is reprinted from materials provided by University of Cambridge. The original story is licensed under a Creative Commons license.

Journal Reference:
Chiara Boschetti, Adrian Carr, Alastair Crisp, Isobel Eyres, Yuan Wang-Koh, Esther Lubzens, Timothy G. Barraclough, Gos Micklem, Alan Tunnacliffe. Biochemical Diversification through Foreign Gene Expression in Bdelloid Rotifers. PLoS Genetics, 2012; 8 (11): e1003035 DOI: 10.1371/journal.pgen.1003035