Concluyen la primera secuenciación genética de una serpiente brasileña

En un artículo publicado en PNAS, investigadores del Instituto Butantan describen el genoma de la yarará y apuntan un posible origen de los genes responsables de la producción de las toxinas del veneno de esta especie

André Julião | Agência FAPESP – Un grupo de científicos encabezado por investigadores del Instituto Butantan y financiado por la FAPESP concretó la primera secuenciación genética de una serpiente brasileña. Dicho estudio, publicado en la revista PNAS, sugiere que nueve genes que producen las toxinas del veneno de la yarará (Bothrops jararaca) probablemente surgieron debido a la transformación directa de genes que originariamente tenían funciones distintas en el ancestro de la especie.

“Con la secuenciación del genoma de la yarará, identificamos marcadores que permitieron comparar los genes que producen toxinas con los que están en la misma posición en genomas de otros animales, tales como serpientes sin veneno, lagartos y anfibios. Observamos que nueve de los 12 tipos de genes que producen el veneno de la yarará eran muy parecidos a los hallados en la misma posición de la secuencia de ADN de esas otras especies. Esto nos permite afirmar que la mayoría de los genes de toxinas probablemente surgieron partiendo de elementos que ya existían en aquel sitio del genoma del ancestro común de todos esos animales”, explica Inácio Junqueira de Azevedo, investigador del Instituto Butantan y coordinador del estudio.

Junqueira de Azevedo es uno de los investigadores principales del Centro de Toxinas, Respuesta Inmune y Señalización Celular (CeTICS), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP.
“Esos genes cumplían papeles fisiológicos en un ancestro común de todas esas especies. En algún momento, probablemente empezaron a exhibir una actividad similar a la de las toxinas, fueron seleccionados para ese camino y, de este modo, perdieron su función originaria. Este estudio aportó elementos para entender la evolución de las toxinas y cuáles fueron los mecanismos que llevaron a algunos genes a su reclutamiento para desempeñar esa nueva función como productores de componentes de veneno”, comenta Diego Dantas Almeida, uno de los autores principales del estudio, realizado durante su doctorado, con el apoyo de la FAPESP.

La secuenciación mostró también que dos genes que codifican importantes toxinas probablemente se originaron partiendo de esa duplicación. Con una copia realizando las funciones originarias del gen, es normal en cualquier organismo que la otra pueda evolucionar más libremente para ejercer distintas actividades.

En el caso de las serpientes de la familia de la yarará, esas copias habrían sufrido alguna presión selectiva para generar dos familias de toxinas que responden por la mayor parte de la acción del veneno, la metaloproteinasa conocida por las siglas SVMP y la fosfolipasa A2 (PLA2). Hasta ahora, se creía que la mayoría de los genes productores del veneno de las yararás se habían originado así. No fue posible determinar el origen de tan solo una de las 12 familias de genes que codifican toxinas en esta especie de serpiente.

“Solamente en esas dos familias de genes productores de toxinas logramos demostrar que aún existen genes ‘ancestrales’ no tóxicos, todavía presentes en el código genético, justo al lado de las toxinas. Para las otras, los ancestros se perdieron completamente: probablemente se transformaron en generadores de toxinas”, afirma Vincent Louis Viala, coautor del estudio y exbecario posdoctoral de la FAPESP.

Un esfuerzo de investigación

El grupo del Butantan procura concretar la secuenciación del genoma de la yarará desde el año 2013. Esta serpiente es la responsable de gran parte de los accidentes ofídicos en Brasil y, también por ello, es una de las más estudiadas. Sin embargo, los científicos aún no disponían de información más fundamental acerca del origen del veneno, cosa que la secuenciación genética ahora ha aportado.

Más que conocer los genes existentes en un organismo, la descripción de un genoma completo consiste en montarlo en la secuencia correcta. Esta es una de las partes más complejas de este trabajo, toda vez que la secuenciación genera una gran cantidad de información que luego debe procesarse con herramientas de computación.
Solamente en los últimos años, y luego de combinar diversos métodos, el grupo logró obtener un montaje satisfactorio del genoma, con la colaboración de investigadores de la Ohio State University, en Estados Unidos. Dicho genoma ahora se encuentra disponible online para quienes deseen estudiarlo.

Y otras respuestas importantes surgieron con este trabajo. En 2009, un análisis de algunos genes del veneno de la Protobothrops flavoviridis, una serpiente venenosa de la misma familia de la yarará (Viperidae) a cargo de investigadores japoneses, había demostrado que el gen que producía la toxina VEGF-F, también presente en la víbora brasileña, era probablemente resultante de una duplicación del gen VEGF-A. El grupo brasileño demostró que es más probable que el mismo haya tenido su origen en otra familia de genes conocida en la literatura científica como “PGF-like”.

El grupo reunió también más evidencias de que los péptidos potenciadores de la bradicinina (BPP), que constituyen la base del medicamento para la hipertensión arterial captopril, probablemente tienen su origen en el gen CNP, productor de los denominados péptidos natriuréticos tipo-C, presentes en otros vertebrados, los humanos inclusive.
“Este trabajo ilustra la necesidad de determinar el contexto en el cual los genes se insertan para la correcta comprensión de su origen y su evolución”, dice Junqueira de Azevedo.

Los investigadores ahora trabajan en la obtención de versiones más refinadas del genoma de la yarará, como así también de otras familias de serpientes productoras de veneno. De este modo, esperan encontrar nuevas moléculas de veneno y relacionarlas con proteínas de relevancia en la fisiología de otros organismos.

Esta investigación también contó con financiación en el marco de un Proyecto Temático del Programa BIOTA-FAPESP y de una Ayuda Regular concedida a Junqueira de Azevedo.

Puede leerse el artículo intitulado Tracking the recruitment and evolution of snake toxins using the evolutionary context provided by the Bothrops yarará genome en el siguiente enlace: www.pnas.org/content/118/20/e2015159118.