La «memoria» ambiental en los animales se transmite hasta 14 generaciones

Científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona y del Instituto de Investigación contra la Leucemia Josep Carreras y el Instituto de Investigación Germans Trias y Pujol en el campus Can Ruti de Badalona, han descubierto que el impacto en cambios ambientales se puede transmitir en los genes de hasta 14 generaciones – el máximo tiempo visto hasta ahora en animales. El estudio ha utilizado como modelo un pequeño gusano nematodo y se publicó el viernes 21 de abril en la revista Science.

En una investigación liderada por el Dr. Ben Lehner, jefe de grupo en la Unidad EMBL-CRG de Biología de Sistemas del Centro de Regulación Genómica y por la Dra. Tanya Vavouri en el Instituto de Investigación contra la Leucemia Josep Carreras y el Instituto de Investigación Germans Trias y Pujol, los investigadores observaron que el impacto en los cambios ambientales se podía transmitir en los genes de hasta 14 generaciones.

Los científicos estudiaban unos gusanos llamados C. elegans a los que, mediante técnicas de ingeniería genética, introdujeron un chip transgénico, que es una larga cadena de copias repetidas de un gen que codifica para una proteína fluorescente. Cuando los gusanos estaban a 20ºC, el chip transgénico era menos activo, emitiendo sólo una pequeña cantidad de proteína fluorescente. Pero al cambiar los animales a un clima más cálido (25ºC), la actividad del chip transgénico incrementaba de forma significativa, haciendo que los animales emitieran una brillante fluorescencia cuando se les observaba con luz ultravioleta en el microscopio.

Al volver a los gusanos a su temperatura ambiental habitual y más fría, sus transgenes continuaban muy activos, lo que sugiere que de alguna manera estaban reteniendo la «memoria» a su previa exposición al calor. Curiosamente, los niveles altos de actividad se transmitieron a su descendencia y hasta siete generaciones más tarde. Esto, teniendo en cuenta que todos estos descendientes sólo habían estado a 20ºC y nunca fueron expuestos a calor. Este fenómeno sucedía incluso cuando los animales de origen sólo habían sido expuestos a altas temperaturas por un periodo breve de tiempo.

El número de generaciones afectadas incrementa considerablemente, al exponer los gusanos de las cinco primeras generaciones a 25ºC. Después, el efecto fluorescente se mantenía durante, al menos, catorce generaciones.

A pesar de que este fenómeno ya se había observado en otras especies de animales – por ejemplo, en la mosca del vinagre, gusanos y mamíferos, incluidos los humanos – el efecto tendía a disiparse al cabo de pocas generaciones. Estos nuevos resultados, que se publican mañana viernes 21 de abril en la revista Science, son la muestra más duradera de la preservación de un cambio ambiental en la memoria a lo largo de generaciones nunca observada hasta ahora.

«Descubrimos este fenómeno por causalidad, pero demuestra que es ciertamente posible transmitir información sobre el ambiente a lo largo de las generaciones,» explica Lehner. «Todavía no sabemos exactamente por qué ocurre, pero podría ser una forma biológica de planificación anticipada,» añade el primer autor del estudio, Adam Klosin. «Los gusanos son efímeros, con una vida corta, así que tal vez el hecho de transmitir la memoria de las condiciones vividas en generaciones previas puede ayudar a sus descendientes a predecir qué ambiente probablemente encontrarán en el futuro,» concluye Vavouri.

Comparando los transgenes que eran menos activos con aquellos que habían sido activados por las temperaturas otros, Lehner y su equipo descubrieron diferencias cruciales en un tipo de «marcador» molecular unido a las proteínas que se encargan de empaquetar el ADN. Este «marcador» o «etiqueta» molecular se conoce científicamente como metilación de la histona *.

Los transgenes de aquellos animales que siempre se habían mantenido a 20ºC tenían altos niveles de metilación de la histona, lo que se asocia a silenciar genes. En cambio, los gusanos que se habían expuesto a 25ºC habían perdido estos marcadores de metilación en la histona. Lo más importante es que, estos últimos, todavía mantenían niveles bajos de metilación en la histona cuando se volvían a 20ºC, lo que sugiere que este mecanismo puede tener un papel importante en el bloqueo de la memoria en los transgenes.**

Los investigadores también descubrieron que algunos fragmentos repetitivos del genoma normal de los gusanos, que tienen cierto parecido a los chips transgénicos, también se comportan de la misma manera. Esto sugiere que este es un mecanismo de memoria generalizado y no está restringido sólo a genes diseñados de forma artificial.

Información adicional:
* El ADN dentro de las células se encuentra empaquetado y enrollado alrededor de unas proteínas en forma de balón llamadas histonas. Éstas se pueden modificar con unas «etiquetas» o «marcadores» moleculares (marcas epigenéticas) de diversas maneras. Algunas marcas epigenéticas se asocian a la activación de los genes mientras otras al silenciamiento o inhibición. En este trabajo, los investigadores estaban estudiando una modificación de una histona que se conoce como trimetilación H3K9, que reprime la actividad de los genes.
** No se conoce cómo los patrones de metilación de las histonas son responsables de mantener la memoria sobre la temperatura ambiental a lo largo de generaciones, aunque ya se observan en el esperma o en los oocitos y también están presentes en los primeros estadios del desarrollo embrionario de los gusanos. Tampoco está claro cómo el incremento de temperatura lleva hacia la pérdida de marcas de metilación en histonas. De todos modos, Lehner, Vavouri y sus equipos han encontrado que la proteína SET-25 es responsable de mantener los patrones de metilación de histonas en los chips transgénicos.

• Información bibliográfica completa
• Klosin et al. Transgenerational transmission of environmental information in C. elegans. Science. April 21 2017. DOI: 10.1126/science.aah6412