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Plantas muy tóxicas 🌸,
Insectos mutantes inmunes 🐛,
Mariposas que roban toxinas a las plantas 🦋,
y
¿supermoscas que te harían vomitar? 🤦‍♂️

Hablemos de #Evolución
#HilosDC6
#Hilo
...
1)
Seguramente uno de los lepidópteros más conocidos es la mariposa Monarca (/ Danaus plexippus /), famosa por sus migraciones masivas en las que pueden viajar, por ejemplo, entre el Sur de Canadá y el Sur de México.
...
2)
Pero yo quiero hablaros de otra cosa relacionada con la mariposa Monarca, algo mucho menos conocido, pero muy interesante:

Sus orugas comen hojas de plantas pertenecientes al género / Asclepias / (a veces llamadas, vulgarmente, "algodoncillos").
3)
—Dr.Bioblogo, ejem, unas orugas comiendo plantas no parecen algo especialmente interesante 😒

😅 La cuestión es que, si nosotros nos alimentáramos de esas hojas crudas igual que las orugas de Monarca, nuestra vida terminaría entre temblores, vómitos y paro cardíaco 😱
4)
Y esas plantas del género / Asclepias / no sólo son tóxicas para nosotros; también para ovejas, terneros, caballos, gallinas, ...

De hecho, parece que afectarían a todos los grupos animales, desde mamíferos a insectos, ya sea por daño al corazón o daño al sistema nervioso.
5)
El género / Asclepias / forma parte de una familia de plantas (APOCINÁCEAS) que, precisamente, son famosas por ser MUY TÓXICAS.

Entre otras muchas, la familia incluye: "Adelfa" (/ Nerium /), / Vinca /, / Catharanthus /, / Thevetia /, / Cerbera / ...
6)
—¿Y qué tienen esas plantas para ser tóxicas?

Varias cosas, pero vamos a fijarnos en unas sustancias llamadas CARDENÓLIDOS (nombrecito raro, lo sé, pero es importante para este hilo. Apuntadlo 😜).
...
7)
Esos CARDENÓLIDOS afectan a todos los animales ...

—¿Pero no decías que las orugas de Monarca se alimentaban de / Asclepias /?

¡Ahí quería yo llegar 😉!
Afectan a todos los animales pero unas pocas especies de pulgones, avispas, moscas, escarabajos y mariposas son inmunes 😮
8)
Y esto me lleva a plantearos un par de misterios misteriosos 🔎 ...

1º:
¿Cómo puede ser que ese tipo de toxina concreto produzca daños importantes en "todos" los animales, desde mamíferos a insectos, con lo diferentes que somos unos de otros? ¿Qué magia negra es esaaaaa 😮?
9)
2º: ¿Qué narices ha ocurrido para que unas pocas especies de insectos, ¡cuyos linajes se separaron hace millones de años!, sean "inmunes" a esas toxinas concretas de las plantas? ¿Forma parte del plan secreto de un diseñador 😮?

Vamos allá:
10)
Los CARDENÓLIDOS.
Nos podríamos conformar con saber que son "mu malos" para todos. Pero la ciencia de hoy en día nos permite llegar mucho más lejos 🤓🔬

¿Cómo actúan exáctamente esas toxinas?
...
11)
Los CARDENÓLIDOS estropean una cosita llamada "Bomba de Sodio y Potasio" (Bomba Na+/K+ para los amigos 😉).

La Bomba Na+/K+ se encuentra en las membranas de nuestras células y bombea cationes (átomos con carga eléctrica positiva): expulsa 3 Na+ e introduce 2 K+ en la célula.
12)
Ese bombeo no parece muy espectacular pero es IM-PRES-CIN-DI-BLE para nuestra vida.

Cada membrana tiene buena cantidad de esas bombitas por un motivo:
Sin Bomba Na+/K+ adiós al impulso nervioso y al buen latido del corazón, y las células llegarían a reventar (lisis celular).
13)
Y, ¿sabéis a quién le gusta que el impuso nervioso funcione bien, que los latidos del corazón sigan su ritmo y que las células no revienten?

A TODOS LOS ANIMALES 😉

Ya imaginaréis que, como es algo imprescindible, todos los linajes animales hemos ido heredando Bombas Na+/K+
14)
Es una de esas cosillas que tenemos en común desde insectos a mamíferos, por muy diferentes que seamos unos de otros en apariencia externa.

¿Y cómo se hereda la Bomba Na+/K+?
Estas bombas estan formadas por varias piezas. Cada pieza es una proteína.
...
15)
Y debemos tener claras dos cosas (para siempre 😉🤓):

1- Las proteínas son piezas importantísimas para las estructuras de nuestras células y tejidos.
2- Cada tipo de proteína importante está relacionado con un trocito de ADN que se hereda (¡un gen!).
16)
Así, una de las piezas de la Bomba Na+/K+ se llama subunidad alfa.
Y el tipo de gen relacionado con la subunidad alfa, que recibe el nombre en clave "ATPα", está presente en todos los animales.

¡¡Sí, los animales compartimos algunos genes!!
17)
Estudiando este tema tan interesante se observó que, cuando un animal se come una planta cargada de CARDENÓLIDOS, esas sustancias parecían estropear la Bomba Na+/K+ "atacando" a la subunidad alfa.

Los CARDENÓLIDOS hacen sabotaje a nuestra Bomba Na+/K+ 👿
18)
Y llegó la era de los estudios de ADN
Entonces se amplió la diversión para los científicos 🤓🔬:

-Sabían que unas pocas especies de pulgones, avispas, moscas, escarabajos y mariposas eran inmunes a los CARDENÓLIDOS
-Y sabían que los CARDENÓLIDOS afectaban a la subunidad alfa
19)
—¿Y si estudiamos la secuencia de ADN del gen "ATPα" (el de la subunidad alfa) en las especies inmunes y lo comparamos con el de las especies NO inmunes?— pensaron los científicos frotándose las manos con fascinación 🤓🔬🔎

¡¡Las diferencias podrían explicar esa inmunidad!!
20)
¿En qué estaban pensando esos científicos? Aclarémoslo:

-El ADN está formado por "letritas" (A T C G = bases nitrogenadas).
-Cuando el ADN del gen "ATPα" se traduce, se forma la proteína "subunidad alfa".
-La proteína está formada por piececitas llamadas aminoácidos.
...
21)
...
-Cada 3 letritas del ADN dan lugar a un aminoácido, siguiendo un código.
-Hay 20 aminoácidos y cada uno tiene unas propiedades.
-Es como si tuviéramos 20 piezas diferentes de LEG0 y las pudiéramos enganchar una tras otra siguiendo instrucciones.
...
22)
...
Lo fascinante es que, al terminar de traducir el gen, una vez enganchadas todas las piececitas entre sí, gracias a las diferentes propiedades químicas de cada aminoácido la proteína se auto pliega, tomando una forma 3D ella solita (¡mucho mejor que las piezas de LEG0!) 🤩
23)
El cambio de una letrita en la secuencia de ADN (una mutación puntual) puede suceder con cierta facilidad.
Sólo con una letrita cambiada, ya puede cambiar un aminoácido.
Y sólo con cambiar un aminoácido, puede cambiar en parte la forma 3D de la proteína.

¡Es muy interesante!
24)
¿Y qué resultados dió el análisis de ADN de las especies inmunes?
La secuencia de letritas del gen "ATPα" se traduce en una proteína construida con unos 1.000 aminoácidos

Comparadas con las especies NO inmunes, ¡¡ la mayoría de inmunes tienen cambiado el aminoácido nº 111 !!
25)
Algunas inmunes tienen cambiado el aminoácido nº 119.
Otras tienen cambios en 111 y 119 o en 119 y 122.
Y, pocas tienen cambios en 111 + 119 + 122.

En cambio, las NO inmunes tienen siempre Glutamina - Alanina - Asparagina en las posiciones 111 - 119 - 122.

Curioso ¿no?
...
26)
¿Posible explicación?

Cuando la proteína "subunidad alfa" se pliega en 3D, sus aminoácidos 111, 119 y 122 quedan cerca entre ellos y esa zona es en la que los tóxicos CARDENÓLIDOS se enganchan a la Bomba Na+/K+ estropeándola 😮
27)
Parece que el cambio fortuito de uno de esos aminoácidos dificulta la unión de los CARDENÓLIDOS.
El cambio de dos de ellos, ya protege mucho.

¡ Y el cambio de tres parece estar relacionado, no sólo con la inmunidad, sino con la capacidad para "secuestrar" los CARDENÓLIDOS !
28)
Es lo que ha pasado en la mariposa Monarca (/ Danaus plexippus /).

Los 3 aminoácidos han cambiado a Valina - Serina - Histidina.
Gracias a eso las orugas comen despreocupadas hojas llenas de toxinas, las "secuestran" y se vuelven tóxicas incluso cuando ya son mariposas.
29)
—¿Y si todo es una coincidencia?

¿Y si tidi is ini kiincidincii? 😜

Que se produzcan cambios frecuentes en aminoacidos de posiciones tan concretas ya es "curioso".
Además se ha estimado cómo se han producido esos cambios poco a poco a lo largo de varios linajes de insectos.
30)
Pero los científicos somos muy exigentes y queremos más evidencias:

¿Se podría comprobar de una forma más precisa que los cambios en los aminoácidos 111, 119 y 122 garantizan inmunidad y secuestro de toxinas?

¡¡ Por suerte llegó la era de la CRISPR–Cas9 !! 🤓🔬
...
31)
¡¡ Más diversión para los científicos !! 😜

—Pero Dr.Bioblogo ¿qué es eso de la CRISPR–Cas9?

Básicamente es una técnica de edición molecular alucinante, que permite cambiar un trocito de ADN por otro ... ¡sí!, hacer un "corta-pega" y cambiar unas letritas por otras.
32)
¿Sabéis qué han hecho con esa técnica?

Como hemos visto, tenían evidencias del funcionamiento de los CARDENÓLIDOS tóxicos.

También tenían evidencias de los cambios en el ADN que, poco a poco, han llevado a la aparición de insectos "inmunes" y que "secuestran" esas toxinas.
33)
Pero los científicos (que somos exigentes y autocríticos) querían más pruebas.
Evidencias de que los cambios de unas pocas letritas de ADN (unos pocos aminoácidos) no son una coincidencia y están directamente relacionados con la evolución de la resistencia a los CARDENÓLIDOS.
34)
Así que hicieron un experimento con / Drosophila melanogaster /, una mosquita diminuta, "famosísima" por ser un modelo muy utilizado en genética.

Se conocen muy bien sus cromosomas y los genes que cada cromosoma contiene.
35)
Ya que se sabe dónde está el gen de la Bomba Na+/K+ en / Drosophila /, comprobaron que su secuencia de letritas es la típica de insectos NO inmunes a CARDENÓLIDOS.

Y, el siguiente paso MAGISTRAL fue ¡¡recrear el camino evolutivo que ha hecho que la Monarca sea inmune!!
36)
Mediante CRISPR–Cas9 ("corta y pega" ADN) consiguieron varios tipos de mosquitas recreando los sucesivos cambios en letritas de ADN.

Comprobaron que, coincidiendo con las evidencias encontradas en mariposas, las moscas se volvían cada vez más resistentes a los CARDENÓLIDOS.
37)
Las moscas del tipo que tenía los mismos cambios que la mariposa Monarca en el gen de la Bomba Na+/K+ ...

¡¡ resultaron ser "inmunes" a los CARDENÓLIDOS y los "secuestraban" igual que hacen las orugas de Monarca (volviéndose tóxicas) !!
38)
Ya sé que todo esto puede sonar un poco complicado, pero es una forma estupenda de ver con un ejemplo real esas cosas "raras" que se estudian en clase de Biología.

¡¡ HAN RECREADO EL CAMINO DE LA #EVOLUCIÓN DE LA RESISTENCIA A TOXINAS EN LA 🦋 MONARCA A NIVEL MOLECULAR !!
39)
Y ¿sabéis cómo han transmitido algunos medios esta JOYA de estudio? ¿sabéis cómo han sido los titulares?:

¡¡¡ Crean supermoscas mutantes que pueden hacerte vomitar !!! 🤦‍♂️🤦‍♂️

(Twitter, dame facepalms más grandes)
40)
Por si alguien no se lo cree, comparto un par de ejemplos de titulares.

Y con esto voy acabando el #hilo.

...
41)
Dejo para otro día algunas cuestiones curiosas:
-¿Os habéis fijado en el color amarillo y negro de las orugas de la Monarca? ¿Por qué será así? 😉
-¿Volverse inmune a las toxinas tiene algún coste? ¿perjudica a los insectos de algún modo? 🤔
42)
-¿Sabíais que especies de plantas pertenecientes a linajes que se separaron hace millones de años han desarrollado, de manera independiente, la capacidad para fabricar varios tipos de CARDENÓLIDOS? (¡ de nuevo evolución convergente a escala molecular !).
43)
Bueno ...

Muchas gracias por haberme leído. Soy consciente de que aguantar hasta este punto tiene mucho mérito 😅😉

Un agradecimiento especial para todo los que alguna vez me han apoyado a través de ko-fi. Sin vosotros no habría llegado este hilo.
@LuisPanos @Tartemisa2 @FerTheman @lmforeroc @Biovivencias @jldecastellvi @Thuban_Isesi @DaviddeDiegoP @Carlosdino88 @br3nt 44)
Y, como siempre, referencias que me han parecido muy interesantes:

"Genome editing retraces the evolution of toxin resistance in the monarch butterfly"
nature.com/articles/s4158…
@LuisPanos @Tartemisa2 @FerTheman @lmforeroc @Biovivencias @jldecastellvi @Thuban_Isesi @DaviddeDiegoP @Carlosdino88 @br3nt 45)
"Convergently Evolved Toxic Secondary Metabolites in Plants Drive the Parallel Molecular Evolution of Insect Resistance"
DOI: 10.1086/691711
ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28731826
@LuisPanos @Tartemisa2 @FerTheman @lmforeroc @Biovivencias @jldecastellvi @Thuban_Isesi @DaviddeDiegoP @Carlosdino88 @br3nt 46)
"Toxic cardenolides: chemical ecology and coevolution of specialized plant–herbivore interactions"
doi: 10.1111/j.1469-8137.2011.04049.x
nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.11…
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