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Tesigrafía 5: “Análisis filogenético y estructural de celulasas de la familia GH9 en insectos” por Mario Adrián Díaz Carrillo

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GH9: ORIGEN DE LA CLAVE EN LA ALIMENTACIÓN DE INSECTOS.

Por Pamela Huesca.

Los insectos son el grupo de animales con mayor diversidad del mundo. Según la Enciclopedia de la Vida (EOL por sus siglas en inglés) actualmente existen 942,651 especies de insectos en todo el mundo, lo que representa aproximadamente el 80% del total de especies del planeta, en México se estima existen 47,853 especies de insectos, apenas un 5% del total mundial. 

Esta misma diversidad se ve reflejada en una amplísima gama de alimentos que consumen los insectos, desde la fruta putrefacta hasta el néctar de las flores, pero probablemente lo primero que se nos viene a la mente cuando pensamos en que podrían comer los insectos son las plantas. La capacidad que tienen de alimentarse de hojas, ramas y tallos es el resultado de la secreción de una enzima llamada “celulasa” cuya función principal es degradar la celulosa, una molécula presente en la estructura de las plantas y algas la cual funciona como fuente de alimento y energía para los insectos.  

Esta enzima no solo es utilizada por insectos, ya que otros seres vivos, como los moluscos, también se alimentan de plantas y algas, y necesitan degradar la  celulosa. Algunos incluso comparten la misma familia de celulasas siendo el caso de algunos insectos que comparten la familia de celulasas conocida como GH9 con plantas, hongos y bacterias lo que podría indicar que la familia de celulasas GH9 se originó en un ancestro en común para insectos, plantas, hongos y bacterias. 

Mario Adrián Díaz Carrillo el primer estudiante en obtener el título de licenciado en Tecnologías para la Información en Ciencias por la ENES Unidad Morelia, UNAM,  se interesó en comprobar esta hipótesis en su proyecto que lleva por título “Análisis filogenético y estructural de celulasas de la familia GH9 en insectos”.

Antepasados.

Para comprobar el posible origen del grupo de celulasas GH9, Mario comenzó  buscando en la literatura especializada secuencias de celulasas de esta familia presentes en varios grupos de animales tanto insectos como organismos que se originaron antes que estos: el grupo Protostomia y el grupo Cnidaria, en ellos Mario encontró el reporte de diecisiete secuencias de celulasas. Posteriormente realizó una búsqueda de dichas secuencias en el repositorio de datos biológicos del Centro Nacional para la Información Biotecnológica (NCBI por sus siglas en inglés). Con ellas construyó una base de datos que posteriormente depuró por medio del uso de códigos de programación que eliminaban las secuencias de celulasas repetidas, las celulasas que no pertenecían a la familia GH9, las que tenían un tamaño menor a 440 aminoácidos o las que no pertenecían a los grupos de animales Protostomia o Cnidaria reduciendo las secuencias encontradas de 7,000 a 404.  

Para analizar la relación de las celulasas entre distintas especies de animales Mario recurrió al “alineamiento de secuencias”, un método de la bioinformática que busca encontrar similitudes entre secuencias que en este caso fueron de celulasas. Realizó tres análisis de este tipo, el primero solo incluía una secuencia por animal encontrado en la base de datos, el segundo incluía todas las secuencias encontradas y el tercero se enfocó en analizar las secuencias encontradas en insectos.

Mario realizó dos tipos de análisis más: uno de tipo filogenético que analiza las relaciones entre especies a lo largo del proceso evolutivo, usando como base los alineamientos generados anteriormente, y otro de tipo estructural en el que además tuvo que realizar modelos digitales tridimensionales para algunas de las secuencias de celulasas que encontró. Una vez que realizó estos modelos en 3D  comparó su estructura para encontrar cambios entre ellas.

Origen y descubrimiento.

Mario comprobó la existencia de un origen común para la familia de celulasas GH9 gracias a los múltiples análisis filogenéticos que realizó, este origen lo encontró en el grupo de animales Protostomia. Las celulasas de la familia GH9 continuaron  diversificándose dentro de los linajes que evolucionaron a partir de Protostomia hasta llegar a los insectos, donde Mario descubrió, dentro del mismo análisis filogenético, que las celulasas GH9 se dividen en dos grupos dentro de los insectos, a los cuales nombro grupo A y grupo B. Con ayuda del análisis estructural Mario encontró que la principal diferencia entre las celulasas del grupo A y B se encontraba en el sitio “catalítico”, el sitio donde sucede la transformación de la celulosa de las plantas en  glucosa, sustancia de la que se alimentan los insectos.

Con este este trabajo Mario descubrió dos cosas completamente nuevas para la ciencia, el origen en un ancestro en común de las celulasas de la familia GH9 en animales protostomados y la existencia de dos grupos distintos de celulasas en insectos. Mario considera que la existencia de estos dos grupos pudo haber sido producto de que algunos genes relacionados con las celulasas se duplicaron en el proceso evolutivo previo a la existencia de los insectos. Además resalta la importancia de la diferencia en las estructuras de las enzimas de estos dos grupos,  ya que mientras que en el grupo A la forma del sitio catalítico le permite a la celulasa transformar la celulosa en glucosa, en el grupo B el sitio catalítico podría realizar otra función tal como transformar una sustancia distinta, pero para tener la certeza de estas posibilidades Mario hace hincapié en continuar investigando.

Tecnologías para la evolución de la ciencia

La investigación de Mario no habría podido ser realizada sin el uso de las tecnologías: las grandes bases de datos, la programación, el análisis computarizado de estructuras imposibles de ver para el ser humano, entre otras, son herramientas que se han vuelto indispensables en la investigación científica actual. Mario reveló que un análisis como el que él hizo sería imposible de realizar “a mano”, la comparación de cientos de secuencias, la comparación de sus estructuras, el rastreo de las mismas secuencias en cientos de especies resultaría increíblemente tardado, difícil y muy probablemente con resultados poco confiable, sin embargo ahora la tecnología facilita el proceso, reduciendo el tiempo en que se realizan los análisis y aumentando la certeza de los resultados. 

Las Tecnologías para la Información en Ciencias no solo hacen más fácil el estudio de procesos como la evolución, sino que han contribuido a la evolución de la ciencia misma, permitiendo realizar estudios que antes eran imposibles, continuar aprendiendo y creando estas tecnologías hace crecer a la ciencia y a la sociedad.

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Hecho en la ENES episodio 5: