Los mocos, un éxito inevitable de la evolución

Sin mocos la vida sería muy complicada, sino imposible. Esa sustancia viscosa impide que los caracoles y muchos otros animales se desequen. El muccus de la piel de muchos peces es su principal protección ante amenazas externas. En los mamíferos, esta especie de plasma lubrica y protege las paredes de corazón, pulmones, estómago… En los humanos, las mucosidades lo mismo sirven para facilitar el tránsito de los alimentos que como barrera contra los virus. Son tantas y tan importantes sus funciones que se suponía que los genes que expresaban las proteínas encargadas de secretarlo (las mucinas) ya estaban ahí cuando las distintas especies empezaron a divergir hace millones de años. Sin embargo, investigadores estadounidenses han descubierto que algunas mucinas han evolucionado en distintas especies desde diferentes proteínas que no sabían hacer mocos. Habrían descubierto, por tanto, uno de los raros mecanismos de evolución convergente en paralelo.

Durante sus investigaciones, Stefan Ruhl y sus colegas observaron algo inesperado. Ruhl es profesor de biología oral en la Universidad de Buffalo (Estados Unidos) y uno de los autores del descubrimiento de estas nuevas mucinas, publicado en la revista científica Science Advances. En su laboratorio estudian las complejas interacciones entre la saliva, las bacterias y su impacto en los dientes. La saliva es casi toda agua, pero también es moco. Entre las 309 proteínas diferentes presentes en el fluido salival, destacan dos tipos de mucinas defensoras. Por su composición y morfología se acoplan a virus y bacterias neutralizándolas, protegiendo así contra la caries. Además, facilitan el tránsito de los alimentos.

“Estábamos interesados en una mucina humana llamada MUC7, porque interactúa con muchas especies bacterianas en la boca”, cuenta Ruhl. Biólogos de su universidad le comentaron que los ratones carecían de esta proteína y el gen que la expresa. Los roedores también tienen lengua, glándulas salivales y su propia saliva, pero su camino para obtenerla resulta ser otro. “Descubrimos que un gen sorprendentemente similar ha evolucionado de forma independiente (es decir, de manera convergente) en ratones y que codifica una proteína muy similar [la Muc10]”, añade.

Ruhl y su colega Omer Gokcumen, profesor de Ciencias Biológicas en la misma universidad y coautor del estudio, quedaron intrigados y decidieron investigar más a fondo. Querían saber si se trataba de algo único, de una excepción, o si se trataba de un mecanismo que la evolución utiliza con mayor frecuencia para crear mucinas. “Nuestro nuevo descubrimiento fue que este es un mecanismo bastante frecuente. También encontramos que ciertos grupos de genes parecen servir como origen o cunas preferidas para estas mucinas huérfanas”, explica el investigador.

“Nuestro nuevo descubrimiento fue que este es un mecanismo bastante frecuente”

Stefan Ruhl, profesor de Ciencias Biológicas de la Universidad de Buffalo, Estados Unidos

El misterio de las mucinas huérfanas

Por huérfanas, los investigadores se refieren a proteínas expresadas por genes que no proceden del mismo ancestro común. En teoría y por lógica, la mayoría de los genes con funciones similares vienen de la duplicación de un gen ancestral y así sucede con la mayoría de las mucinas conocidas hasta ahora. Lo explica Gokcumen: “Un gen existente se duplica conservando sus funciones originales. Luego, la copia duplicada adquiere nuevas mutaciones que afinan su función de una nueva forma. Por ejemplo, los aproximadamente mil genes de receptores olfativos, que nos ayudan a percibir los diferentes olores, son copias unos de otros”. Comparten la misma estructura y función, con la excepción de pequeños cambios en la parte receptora que les permiten distinguir entre aromas. Pero hay algunas mucinas, las huérfanas, que no encajan en este escenario.

Tras comparar el genoma de 45 especies de mamíferos, el equipo liderado por Ruhl y Gokcumen ha identificado 28 posibles mucinas que habrían ganado su nueva función en distintos eventos evolutivos. Para identificarlas, los investigadores partieron de las mucinas ya conocidas. La característica que mejor las definen es que están compuestas de series de tres aminoácidos (las moléculas que componen las proteínas) recubiertas de azúcares que se repiten. A estas series se las conoce como repeticiones PTS, por las siglas de los aminoácidos. En el caso de las mucinas bucales de humanos y ratones, su secuencia genética no es lo suficientemente similar como para apostar por un ancestro común. Así que descartan que se trate de duplicación génica y apuestan por otro mecanismo por el que otro gen se modifica con el añadido de aquellas repeticiones de aminoácidos, gracias a las repeticiones PTS.

“Una proteína que no es una mucina se convierte en una mucina simplemente al obtener repeticiones. Este es un mecanismo relevante con el que la evolución crea las babas. Es un truco evolutivo, y ahora documentamos que esto sucede una y otra vez”, dice Gokcumen en una nota de su universidad. En un correo pone un ejemplo de dos de las especies analizadas para destacar el impacto de este proceso: “Una misma proteína ancestral, PROL1, ha ganado la función de mucina tanto en los rinocerontes como en los ratones. El mismo gen (entre decenas de miles) ha sufrido un proceso de mucinización en dos linajes independientes ¿Qué posibilidades había? Esto supone que este gen puede estar predispuesto a ganar la función de una mucina”. Son las cunas de las que hablaba Ruhl.

Genes y pangolines

Estos genes predispuestos a ganar una nueva función serían, según los autores del estudio, aquellos que expresan proteínas ricas en los aminoácidos que hay tras las siglas PTS, prolina, treonina y serina. Es el caso del gen mencionado en el párrafo anterior, PROL1. En los humanos no tiene funciones de mucina, interviene en la creación de las lágrimas. En los roedores, la mucina Muc10 tiene al gen PROL1 como precursor, se expresa en la saliva, pero no en las glándulas lacrimales.

Otro ejemplo aún más llamativo tiene por protagonista al extraño pangolín. Identificaron dos nuevas mucinas en su genoma que muestran homología (similitud en sus secuencias) con dos genes humanos, uno de ellos es, de nuevo, PROL1. Una diferencia respecto de los humanos es que han ganado repeticiones PTS en los extremos de sus secuencias. No se sabe qué hacen esas mucinas, pero la saliva del pangolín es puro moco, tan pegajosa como la del oso hormiguero. Durante decenios se creyó que pangolines y osos hormigueros estaban emparentados genéticamente. Hoy se les considera un ejemplo más de convergencia evolutiva. Algo parecido pasa a nivel genético con los mocos.

El principal autor del estudio es Petar Pajic, estudiante de doctorado con Gokcumen. En una nota de su universidad sostiene que lo que han descubierto podría ir más allá de las 28 posibles nuevas mucinas: “Si estas mucinas siguen evolucionando a partir de proteínas que no lo son una y otra vez en diferentes especies y en diferentes momentos, esto sugiere que existe algún tipo de presión adaptativa que las hace beneficiosas”. Pero, por otro lado, añade: “Si este mecanismo se sale de sus raíles, ocurriendo demasiado o en el tejido equivocado, entonces podría conducir a enfermedades, como ciertos tipos de cáncer o enfermedades de las mucosas”. Su profesor, Gokcumen, concluye convencido: “La mucinización le pasa a las mucinas. Pero una ganancia de función similar relacionada con la repetición puede suceder en otros genes con consecuencias funcionales desconocidas”.

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