Los piojos viven toda su vida con un conjunto de genes que en los humanos indicarían un trastorno degenerativo en etapa avanzada, como la enfermedad de Parkinson o de Alzheimer.
por Steve Koppes, Universidad Purdue
¿Cómo toleran los piojos esta estructura genómica que en los humanos y en muchos otros animales provocaría graves problemas neurodegenerativos? «Estamos muy lejos de atar cabos», dijo Stephen Cameron, profesor de entomología en la Universidad de Purdue.
El Parkinson y el Alzheimer son enfermedades mitocondriales relacionadas con el envejecimiento, llamadas así debido al mal funcionamiento de las mitocondrias que producen energía celular.
«Si los animales desarrollan un trastorno neurológico demasiado pronto en la vida, no van a tener descendencia», dijo Cameron. «Los piojos parecen tenerlo desde que nacen. Está claro que lo están soportando y lo han estado soportando durante 50 millones de años».
En la última década se ha acumulado una avalancha de datos genómicos mitocondriales sobre piojos y otros insectos. Estos datos refuerzan los estudios relacionados con la identificación y clasificación adecuadas de las especies de insectos y el desarrollo de insecticidas que actúen sobre las mitocondrias. Los piojos, por su parte, ofrecen un modelo para estudiar el impacto de la evolución en las enfermedades neurodegenerativas.
El número de genomas mitocondriales de insectos secuenciados ha aumentado un 876% desde 2014, mientras que el recuento total de diversidad de especies ha aumentado un 790%. El artículo de Cameron «Insect Mitochondrial Genomics: A Decade of Progress» apareció en la revista Annual Review of Entomology . Publicó un artículo similar en 2014 .
Las mitocondrias ayudan a los organismos a procesar el oxígeno y los alimentos, que están sujetos a la selección natural. «Sin embargo, tenemos muy pocos ejemplos de estudios que realmente tengan esto en cuenta», afirmó Cameron.
Las tecnologías de secuenciación que se utilizan hoy en día empezaron a estar disponibles en 2014. Desde entonces, las tecnologías han mejorado, mientras que los costes se han desplomado. Cameron secuenció su primer genoma en 2002. La tarea requirió seis meses de trabajo diario en el laboratorio y costó 4.000 dólares.
«Por ese dinero podría hacer cientos de cosas», dijo. «Hoy en día, la secuenciación a escala genética es ridículamente eficiente».
En la actualidad, los estudiantes de posgrado de Cameron realizan más análisis genómicos en una semana que los que él hizo en dos años de trabajo como investigador postdoctoral. Cameron comparó en líneas generales la tasa geométrica de aumento con la Ley de Moore, la idea de que la cantidad de transistores en un chip de computadora se duplica aproximadamente cada dos años.
Su nuevo artículo de revisión identificó la fragmentación genómica y la duplicación de la región de control como temas de investigación importantes en la actualidad. Los entomólogos ven la fragmentación genómica, la descomposición del ADN en fragmentos más pequeños, como un sistema modelo para estudiar los estados patológicos neurológicos.
«Es algo poco común. Todo lo que es raro hace que uno se pregunte por qué», señaló Cameron. «Normalmente, cuando todo es de una sola manera, es porque la evolución lo tiene todo en una caja. Está limitado. Entonces, ¿por qué se libera esta restricción contra los genomas fragmentados en el caso de los piojos?»
Algunas evidencias sugieren que, en casos extremos, la fragmentación podría beneficiar a poblaciones pequeñas y endogámicas, al permitir que un organismo elimine formas dañinas de su genoma mitocondrial. Esto podría aplicarse a los piojos, que consisten en poblaciones pequeñas y endogámicas.
Cameron está realizando investigaciones sobre la fragmentación de los piojos y sobre la duplicación de las regiones de control genético en un tipo de insecto alado llamado trips. Los trips, pequeños y difíciles de identificar, a veces proliferan y forman grandes infestaciones que plagan invernaderos y cultivos agrícolas.
El diagnóstico molecular puede ayudar a identificar la plaga, pero los cambios en su genoma mitocondrial hacen que esto sea más difícil en los trips que en otros tipos de insectos.
«Estamos tratando de desarrollar mejores métodos que nos permitan utilizar de manera más confiable la delimitación de especies basada en ADN, que luego puede usarse en servicios de cuarentena para mantener las plagas fuera de Estados Unidos o de otras áreas», dijo.
Los estudios del genoma mitocondrial también pueden contribuir a los métodos de control de plagas que actúan modificando el metabolismo de los insectos. «La mayoría de los pesticidas son neurotoxinas, por lo que no interactúan inmediatamente con las mitocondrias».
La identificación de insectos tiene implicaciones tanto científicas como económicas. Casi todas las identificaciones de insectos que utilizan datos moleculares se realizan mediante un método de ADN mitocondrial.
En la década de 1990 y principios de la década de 2000, las moscas de la fruta sudamericanas que lograron eludir la detección e identificación tempranas se lanzaron a las frutas comerciales. Esto podría volver a suceder con la incorporación de nuevas áreas agrícolas al sistema de producción global.
Cameron señaló que la bioseguridad agrícola puede beneficiarse de manera predictiva de una mejor comprensión genómica de las plagas de insectos. Realizar ese trabajo ahora es paralelo a la investigación sobre el coronavirus que siguió al brote del síndrome respiratorio agudo severo (SARS) hace 20 años. Una vez que estalló la pandemia de COVID-19 en 2020, los investigadores biomédicos pudieron responder rápidamente.
También destacó un nuevo conjunto de investigaciones sobre los efectos de los entornos extremos, como las grandes altitudes y las condiciones desérticas, en los genomas de los insectos. Los resultados podrían aplicarse a diversos métodos diseñados para controlar sus poblaciones.
«Es bueno saber hacia dónde les permitiría evolucionar su biología, para entender las vías de escape que les ofrece la evolución», dijo. «Y, con el cambio climático, esos aspectos contribuyen a nuestra comprensión de cómo los insectos beneficiosos podrían responder a los cambios ambientales».
Más información: Stephen L. Cameron, Genómica mitocondrial de insectos: una década de progreso, Annual Review of Entomology (2024). DOI: 10.1146/annurev-ento-013024-015553
