Porfiranases en els intestins japonesos: un exemple de transgènesi natural

Genètica: Un ésser humà no és un ésser humà. Un ésser humà és un ésser humà i la seva comunitat microbiana (microbiota). Posem un exemple. El genoma humà conté informació per sintetitzar enzims que degraden parcialment el midó (amilases), però no pas per degradar tot el conjunt de midons d’origen vegetal. En tot cas, es desaprofitarien enormes quantitats d’energia dels aliments ingerits si no fos per una sèrie d’enzims que degraden aquests altres midons. Aquests enzims reben el nom genèric de CAZims, i no són sintetitzats pas a partir del genoma humà, sinó que procedeixen dels microorganismes que colonitzen el tub digestiu (microbiota intestinal). La diversitat de CAZims és considerable: poden degradar un ample ventall de midons. Hom suposaria que la diversitat de CAZims és el resultat d’una radiació evolutiva dels gens corresponents per tal de cobrir tot el ventall de productes vegetals que arriben a petar en el tub digestiu humà. En el darrer número de Nature, un grup d’investigadors de l’Estació Biològica de Roscoff publiquen un article on es qüestiona l’origen dels gens que codifiquen la informació per als CAZims. Per exemple, hi ha CAZims que es troben especialitzats en la degradació de polisacàrids sulfatats. Els polisacàrids sulfatats es troben exclusivament en algues, i Hehemann et al. exploren la possibilitat que els CAZims que els degraden provinguin de la mateixa font.


L’alga vermella Porphyra forma part de la dieta habitual japonesa. La utilització dels hidrats de carboni d’aquesta alga depèn de bacteris de la microbiota intestinal. Hehemann et al. mostren com aquests bacteris han aconseguit la capacitat d’aprofitar aquest recurs nutricional gràcies a la incorporació de gens de bacteris marins.

La diversitat de CAZims

En l’intestí humà, el grup de bacteris més abundant és Bacteroides. Bacteroides contribueix en bona mesura a la degradació de glúcids o hidrats de carboni complexos (és a dir, polisacàrids o midons). De fet, aquesta degradació no tan sols nodreix directament el bacteri sinó que, indirectament, produeix material que serà absorbit per les parets intestinal (i aprofitat pel metabolisme humà).

L’espècie Bacteroides theaaiotaomicron, per exemple, presenta una maquinària integrada per 261 enzims diferents que catalitzen la hidrolització de polisacàrids. Si s’analitza el genoma d’aquesta espècie hom troba com gens implicats en aquesta degradació, com susC i susD, han experimentat una notable proliferació de forma que hi ha 208 homòlegs a aquests gens, cadascun dels quals ha incorporat lleugeres diferències. Això fa que B. thetaiotaomicron tingui la capacitat de degradar alternativament una gran diversitat de midons.

El cas del porfirà, un midó d’alga vermella

On trobem la diversitat més gran d’estructures de midó és en les algues. El midó fa en aquestes algunes una funció de glúcid de reserva: s’acumula en moments de sobreproducció fotosintètica, i es consum en temps més desfavorables o s’inverteix en el creixement i reproducció de l’organisme. El porfirà és el midó particular del gènere Porphyra, una alga vermella.

Disposar d’un enzim que degradi el porfirà, una porfiranasa, serà especialment rellevant per a bacteris que s’alimentin de les restes de Porphyra. El grup de recerca de Mirjam Czjzek i Gurvan Michel, ‘Vegetals marins i biomolècules’, de l’Estació Biològica de Roscoff, va al darrera de la caracterització de polisacàrids algals. La utilització d’algues com a font nutricional (animal i humana) passa també per conèixer els materials més indigestos. I el porfirà és en la llista.

En l’article que presenten a Nature, Hehemann et al. han aconseguit d’identificar porfiranases en un bacteri matí, Zobellia galactanivorans. Z. galactanivorans pertany al grup dels ‘bacteroidetes’ i és doncs un parent llunyà dels Bacteroides de l’intestí humà.

Hehemann et al. comparen aquestes porfiranases amb les que s’han trobat en poblacions de Bacteroides. Concretament, soques de Bacteroides plebeius aïllades de poblacions humanes del Japó presenten una maquinària enzimàtica (porfiranases, agarases, etc.) capaç de degradar els glúcids d’algues vermelles com Porphyria. Les porfiranases de Zobellia i de Bacteroides s’assemblen massa per ésser el producte d’uan evolució diferenciada. La única explicació possible és que hi hagi hagut una transferència horitzontal de gens des de Zobellia fins a Bacteroides. Poblacions consumidores humanes d’algues ingereixen, en efecte, juntament amb les algues, bacteris com Zobellia. Zobellia, però, no pot sobreviure a llarg termini en els intestins humans. Encara que individualment la probabilitat és remota, material genètic de Zobellia pot ésser incorporat per Bacteroides, donant lloc a Bacteroides transgènics. Com que l’adquisició de gens que permetin degradar els midons algals és beneficiosa (ja que ofereix una nova finestra nutricional al bacteri), els bacteris transformats tendiran a proliferar.

Una comparació a banda i banda del Pacífic

Hehemann et al. han fet una anàlisi de mostres genètiques intestinals de poblacions humanes del Japó i de Nord-amèrica. D’això se’n diu “metagenoma” perquè es tracta d’una anàlisi global dels genomes (humans i bacterians) que trobem en els intestins humans. Les porfiranases i les agarases són presents en les poblacions japoneses però no pas en les nord-americanes.

La diferència té una explicació. Les algues formen part de l’alimentació normal del Japó (amb un consum diari mitjà de 14,2 g). De fet, Porphyra és l’alga més freqüent en la cuina japonesa (p.ex., en el sushi).

La pressió selectiva en aquest cas, doncs, no s’ha adreçat a transformar gens pre-existents en l’ecosistema en qüestió (l’intestí humà), sinó a captar gens de fora que fan la funció que hi manca.

El volum de transferència gènica d’aquest cas, que afecta un nombre important de gens, ens recorda una vegada més la importància de la transferència horitzontal en el món bacterià. Com que els bacteris són els que protagonitzen la major part dels fluxos materials de la biosfera terrestre, té molt de sentit parlar d’un genoma biosfèrica, d’una genosfera.

Lligams:

Transfer of carbohydrate-active enzymes from marine bacteria to Japanese gut microbiota. Jan-Hendrik Hehemann, Gaëlle Correc, Tristan Barbeyron, William Helbert, Mirjam Czjzek, Gurvan Michel. Nature 464: 908-912 (2010).

Station Biologique de Roscoff

Aquesta entrada ha esta publicada en General. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada