La cromatina se originó en microbios hace más de 1.000 millones de años

La cromatina, la arquitectura genética en espiral que protege al ADN de potenciales daños y tiene un papel clave en la regulación génica, se originó en antiguos microbios hace entre 1.000 y 2.000 millones de años, según un estudio del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona (noreste de España).

El trabajo revela que el rol regulatorio de la cromatina es una innovación de los eucariotas, organismos vivos que poseen una maquinaria celular especializada con núcleos y microtúbulos, y las arqueas, otra rama del árbol de la vida, compuestas de microbios unicelulares que son procarióticos, que no tienen núcleo.

A pesar de su papel fundamental, el origen exacto de la cromatina estuvo rodeado de misterio hasta que el CRG descubrió que esta solución de almacenamiento de la naturaleza evolucionó primero en antiguos microbios que vivieron en la Tierra hace entre 1.000 y 2.000 millones de años.

Para hacer el estudio, que hoy publica la revista 'Nature Ecology and Evolution', los investigadores usaron información de los genomas de organismos modernos, que organizan formas de vida según la evolución de genes y proteínas vinculadas a la cromatina.

Estudiaron treinta especies diferentes obtenidas de muestras de agua en Canadá y Francia.

Los microbios fueron identificados gracias a tecnologías de secuenciación de genes que permiten identificar especies filtrando su ADN, y a partir de ahí las cultivaron en laboratorio para su secuenciación proteómica y genómica.

Así descubrieron que los procariotas no pueden modificar histonas, lo que sugiere que antiguamente la cromatina de las arqueas pudo haber jugado un papel estructural básico, aunque no regulaba el genoma.

Los científicos hallaron suficientes pruebas sobre proteínas que leían, escribían y borraban modificaciones de las histonas en linajes tempranos divergentes de microbios que no habían sido muestreados hasta ahora.

"Nuestros resultados enfatizan que los roles estructurales y regulatorios de la cromatina son tan antiguos como los propios eucariotas. Estas funciones son esenciales para la vida eucariótica y desde que apareció la cromatina por primera vez, nunca se ha vuelto a perder en ninguna forma de vida", afirmó el investigador del CRG Xavier Grau-Bové.

"Ahora estamos un poquito más cerca de comprender su origen, gracias al poder de los análisis comparativos para descubrir episodios evolutivos que ocurrieron hace miles de millones de años", precisó.

Mediante datos secuenciados, los científicos reconstruyeron el repertorio de genes del último ancestro común de los eucariotas (LECA, las siglas en inglés de Last Eukaryotic Common Ancestor), la célula que dio origen a todos los eucariotas.

Este organismo vivo posee docenas de genes que modifican histonas y vivió hace entre uno y dos mil millones de años en la Tierra, que se estima que tiene unos 4.500 millones de años.

Los autores sostienen la hipótesis de que la cromatina evolucionó en este microbio.

El investigador Arnau Sebé-Pedrós subrayó que "los virus y elementos que pueden trasponerse son parásitos del genoma que atacan regularmente el ADN de organismos unicelulares. Esto pudo haber llevado a una carrera armamentística evolutiva para proteger el genoma, lo que resultó en el desarrollo de la cromatina como un mecanismo de defensa en la célula que dio origen a toda la vida eucariótica conocida en la Tierra".

"Más tarde, -agregó- estos mecanismos fueron incorporados en la regulación génica compleja, como observamos en los eucariotas modernos, especialmente en organismos multicelulares".

El estudio es el resultado de ocho años de trabajos liderados por el CRG, en los que también colaboraron la Unidad española de Proteómica CRG/UPF, el Instituto español de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), la Universidad Paris-Saclay, la Universidad de Montreal y la Universidad de Viena.