Evolución: Visión general de la biología evolutiva en la medicina

Interligado
total de vistas
Visitas
Nivel avanzado
AAumentar texto
ADisminuir texto


Conocimientos previos: Célula ADN Gen Especie Resumen La evolución biológica, es la descendencia que tiene una especie o población hasta…

Conocimientos previos:

  • Célula
  • ADN
  • Gen
  • Especie

Resumen

La evolución biológica, es la descendencia que tiene una especie o población hasta adquirir modificaciones. Esta definición abarca la evolución a pequeña escala y la evolución a gran escala. Enfoques de los conceptos generales de la evolución nos permiten tener una comprensión de los sistemas biológicos y su comportamiento. En este artículo se da un enfoque de los conceptos de evolución aplicados a la investigación biomédica la cual se centra en los mecanismos fisiológicos, moleculares y bioquímicos de procesos fisiopatológicos. La aplicación de ambas áreas ha desarrollado la medicina evolutiva, la cual se centra en la evolución de los mecanismos biológicos que nos dejan susceptibles a una enfermedad. Este enfoque evolutivo ha impulsado importantes avances en la investigación, abriendo nuevos panoramas sobre el estudio de las enfermedades o el envejecimiento y la longevidad; y como esta visión evolutiva podría mejorar las estrategias terapéuticas.

Introducción

La evolución biológica, es la descendencia que tiene una especie o población hasta adquirir modificaciones. Esta definición abarca la evolución a pequeña escala (cambios en la composición génica de una población de una generación a la siguiente) y la evolución a gran escala (son la descendencia durante muchas generaciones de diferentes especies con un antepasado en común). La evolución en sí, nos ayuda a comprender la historia de la vida.

Cuando una población está evolucionando, la relación de diferentes tipos genéticos está cambiando, cada organismo individual dentro de una población no cambia. El proceso de evolución se puede resumir en tres frases: Los genes mutan, los individuos se seleccionan, las poblaciones evolucionan (Understanding Evolution. 2017).

La evolución es impulsada por la selección natural, la correlación entre los rasgos del organismo y el éxito reproductivo, así como la deriva aleatoria. La historia de la vida se remonta aproximadamente 4.1 mil millones de años con un antepasado común (Dodd et al., 2017).

La evolución biológica tiene dos grandes conceptos: la microevolución y la macroevolución. La microevolución, es un evento a pequeña escala, por lo cual está ocurriendo en este momento está pasando en nuestro cuerpo ahora mismo. El número de células bacterianas en nuestro organismo nos superan en 10 a 1 (https://commonfund.nih.gov/hmp/overview), además están mutando y evolucionando, y nosotros no lo hacemos. Por otro lado, la macroevolución es el proceso por el cual se ha creado la historia de la biología y los organismos vivos, involucrando una escala de tiempo mayor.

Teoría de la evolución

A pesar de que a Charles Darwin se le considera por muchos como el “padre” del pensamiento evolutivo, él fue influenciado y guiado por las obras de otros científicos antes que él. Las teorías y las ideas propuestas por sus predecesores estaban limitados a la información disponible en el momento. El propio Darwin no tenía conocimiento de la genética y, por tanto, su teoría de la selección natural como explicación de la evolución se basa únicamente en observaciones y su conocimiento en ese momento. La teoría de la evolución por selección natural, fue formulada por primera vez en el libro de Darwin “El origen de las especies” en 1859 (Darwin, 1859), y en el postula que la evolución es el proceso por el cual los organismos cambian con el tiempo como resultado de modificaciones en los rasgos físicos o conductuales hereditarios. Los cambios que permiten a un organismo adaptarse mejor a su entorno le ayudarán a sobrevivir ya tener más descendencia.

La teoría tiene dos puntos principales la vida en la Tierra está conectada y relacionada entre sí, y esta diversidad es un producto de las modificaciones de las poblaciones por selección natural, donde algunos rasgos se favorecen sobre otros dependiendo de su entorno. La teoría de la evolución afirma que los organismos modernos son descendientes de organismos antiguos y que las modificaciones acumuladas a lo largo del tiempo explican los cambios y diferencias aparentes entre las formas de vida modernas. Esta teoría del “descenso con la modificación” fue central en el argumento de Charles Darwin sobre la evolución biológica, una idea encabezada por Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829).

La evidencia de la diversidad y la similitud viene de la anatomía comparada y la embriología comparativa. A menudo, nos encontramos con características anatómicas similares en animales y plantas que se utilizan para diferentes funciones (figura 1). Las estructuras óseas en las extremidades de los animales son similares en su plan anatómico, sugiriendo que son descendientes de una forma animal ancestral común.

Cada animal moderno ha evolucionado independientemente de todos los demás y se ha adaptado la estructura de sus extremidades para diferentes usos. Los cambios que nos son por completo y se consideran estructuras homólogas. La idea de la homología apunta hacia una similitud estructural de partes del cuerpo que se utilizan para diferentes funciones. En algunos casos, los organismos que claramente no están relacionados han evolucionado estructuras similares para la misma función. Esta similitud estructural para el bien de la misma función es el resultado de una evolución convergente. Tales estructuras se llaman análogas, lo que indica que su similitud es funcional, pero a diferencia de las similitudes homólogas, no es el resultado de la descendencia con modificaciones.

 

Evidencia molecular y su relación evolutiva

Se han demostrado además mediante herramientas moleculares que existen similitudes a nivel molecular entre los organismos (secuencia de genes y proteínas) y estas se pueden utilizar para determinar su relación evolutiva. Estas evidencias moleculares soportan la teoría de la evolución ya que las modificaciones mencionadas por Darwin son en realidad el resultado de mutaciones en nuestros genes y por ende en nuestras proteínas las causales de los rasgos físicos en los organismos. Son estos rasgos que son editados por la selección natural, es decir, qué tan bien un organismo individual puede vivir en ambientes cambiantes y si tiene la oportunidad de tener descendencia que se adapte. Es el número de descendencia fértil la verdadera medida de la aptitud darwiniana. No es, como mucha gente cree, la supervivencia del más apto, a menudo significaba en el sentido de que el individuo más fuerte. El significado de la fuerza es relativo y, a menudo está conformado por eventos fortuitos. La mayoría de los organismos son muy sensibles a la temperatura media, o su comida, es decir, los organismos que se alimentan son muy sensibles a cambios de temperatura y pueden desaparecer, dejando incluso al más fuerte de los animales en el limbo, sin alimentos, y por lo tanto puede correr el riesgo de extinción si no puede cambiar su forma de vida.

Transmisión genética o Herencia genética

La herencia es la transferencia del material genético y rasgos físicos de los padres a sus hijos, ya sea por reproducción asexual o reproducción sexual. A través de la herencia, las variaciones entre individuos pueden acumularse y hacer que las especies evolucionen por selección natural. La variación entre los individuos es un requisito fundamental para el cambio evolutivo. Cualquier variación que no se hereda no es importante (Darwin, 1859).

El material genético heredado (ADN) pueden cambiar a través de mutaciones. Si se produce una mutación dentro de un gen este puede generar un nuevo alelo y afectar un rasgo observable, alterando el fenotipo del organismo (Stearns & Futuyma, 1979). Mientras, este proceso tiene una relación causal (mutación/gen) y un cambio en el fenotipo, la mayoría de los rasgos fenotípicos son más complejos y son controlados por múltiples genes que interactúan dentro de un organismo (Phillips, 2008).

Pero no todos los cambios fenotípicos heredables son explicados por cambios en el material genético. Existen cambios o modificaciones epigenéticas, el cual, son un conjunto de reacciones químicas que modifican la activad de los genes. Entre los mecanismos que producen tales cambios se puede encontrar la metilación del ADN, la modificación de histonas, el silenciamiento de genes mediante ARN no codificantes; cada uno altera la expresión de los genes sin alterar la secuencia de ADN. El epigenoma, en cierto sentido, representa la capacidad de un organismo para adaptarse y evolucionar a través de la expresión de un conjunto de características  fenotípicas desarrolladas en respuesta a los estímulos ambientales (Kanherkar, Bhatia-Dey, & Csoka, 2014). La investigación epigenética ha amplíado la visión de los procesos que conllevan a la herencia y la biología evolutiva en general (Heard & Martienssen, 2014).

Son muy prometedoras las investigaciones y el futuro de la epigenética relacionada con la comprensión de la biología celular, la diferenciación, el envejecimiento, las enfermedades y la evolución de las especies. La investigación relacionada con este tema tendrá un gran impacto en los interruptores epigenéticos y como regulan la función de los genes, la interacción entre el genoma, y ​​el medio ambiente. Todo esto puede facilitar el desarrollo y optimización de nuevas herramientas biotecnológicas y la comprensión de estos mecanismos podría revolucionar la medicina personalizada (Kanherkar et al., 2014).

Evolución Adaptativa: Selección Natural

El concepto general de la selección natural fue presentado tanto por Wallace como C. Darwin. La selección natural es uno de los mecanismos centrales de los cambios evolutivos y es el proceso responsable de la adaptación biológica. Sin un conocimiento de la selección natural, es imposible entender la biología y cómo ha logrado su diversidad y complejidad; “Nada tiene sentido si no es a la luz de la evolución” Theodosius Dobzhansky 1973 (Ayala, 1975).

La selección natural es uno de los mecanismos centrales del cambio evolutivo y es el proceso principal responsable de la complejidad del mundo vivo, que es el resultado de la confluencia entre la ecología y la herencia genética. Generalmente, las consecuencias de la selección natural tienen un impacto de gran importancia sobre el bienestar directo en la salud y el bienestar de los humanos. El crecimiento de la población humana además de alterar la ecología global, han afectado las trayectorias evolutivas de muchas especies, acelerando drásticamente el cambio evolutivo, especialmente en organismos de interés farmacoindustrial como plagas y organismos patógenos. Las perturbaciones en el ecosistema son tan evidentes y alarmantes que son evidentes estos cambios como: los organismos que han adquirido una resistencia a los antibióticos, los pesticidas, cambios en las especies invasoras, cambios en las actividades pesqueras y agrícolas, entre otros. Esta acelerada evolución no solo ha afectado al ecosistema sino también ha afectado a la economía mundial (Palumbi, 2001).

La selección natural en principio dice que las poblaciones tienen la capacidad de aumentar en número exponencialmente. Esto quiere decir que, si un organismo produce dos descendientes, y cada uno de ellos produce dos descendientes, y así sucesivamente, entonces el número total de la población crecerá cada vez más rápido. Si no hubiera limitaciones externas que frenaran esto cualquier organismo podría ocupar totalmente el planeta en cuestión de días. Pero el hecho de que esto no suceda, es debido a las limitaciones en los recursos naturales y porque las poblaciones tienden a permanecer relativamente estables por un largo plazo (Darwin, 1859; Gregory, 2009; Mayr, 1982).

La mayoría de la descendencia en los organismos muren por depredación o enfermedades en sus etapas juveniles. De hecho, la relación entre el cuidado y la producción de la descendencia está estrechamente relacionado. Los mamíferos generalmente invierten más atención en el cuidado de las crías hasta llegar hasta su independencia, esto implica garantizar su reproducción y la supervivencia de la especie (figura 2). El número de camadas es bajo en mamíferos comprado con el de otras especies como artrópodos o peces que, por lo general, el cuidado solo es hasta después de la eclosión del huevo, sin invertir demasiado en el cuidado de la descendencia.

Darwin mencionó, que esta discrepancia entre el número de descendientes producidos y el número de éxito de supervivencia solo puede ser sostenido por los recursos disponibles, por lo que se da una “lucha por la existencia” en la que por lo general solo una pequeña parte de la descendencia tendrá éxito. Esto genera una competencia no sólo contra otros organismos de la misma progenie que lucharan por los mismos recursos, sino también entre otros organismos y su entorno (Darwin, 1859).

Deriva génica

La deriva genética, junto con la selección natural, la mutación y la migración son uno de los mecanismos básicos de la evolución. Algunos individuos de una especie en cada generación pueden, simplemente por un evento estocástico dejando pocos descendientes y por lo tanto poca diversidad genética. Los genes de la siguiente generación por tanto no serán los más aptos, ni los más sanos o mejores, si no los más afortunados. La deriva genética afecta a la constitución genética de la población, pero, al contrario que la selección natural, lo hace mediante un proceso totalmente aleatorio. Por lo tanto, aunque la deriva genética es un mecanismo de la evolución, no tiene el efecto de producir adaptaciones (Understanding evolution).

Evolución neutral

Según la teoría neutral de la evolución, la mayoría de los genes mutantes, que no son deletéreos, no tienen ni más, ni menos ventajas que los genes a los que sustituyen; por lo tanto, son selectivamente neutros. A nivel molecular, la mayoría de los cambios evolutivos se deben un proceso de deriva genética sobre genes selectivamente equivalentes (Kimura, 1979). Motoo Kimura, investigó la probabilidad de que aparezca un mutante con cierta ventaja selectiva en una población finita y saber cuál era la probabilidad de que ese gen se propagara por toda la población. Kimura encontró que, para una proteína determinada la tasa de sustitución de un aminoácido por otro es aproximadamente igual en muchas líneas filogenéticas distintas, y estas sustituciones parecen ocurrir estocásticamente, sin seguir un patrón. Y por último, la tasa total de cambio a nivel de ADN es muy alto, equivalente a una sustitución de por lo menos una base por genoma por cada dos años en una línea de mamíferos (Kimura, 1979).

En cuanto a la extensión de la variabilidad dentro de una especie, encontró que las proteínas producidas provenían de genes polimórficos en diversos organismos. En muchos casos, estas proteínas no presentan efectos fenotípicos visibles, ni correlación con las condiciones ambientales. Kimura consideró que, la mayoría de las sustituciones de nucleótidos en el curso de la evolución debían ser el resultado de la fijación aleatoria de mutantes neutras o casi neutrales en lugar del resultado de la selección darwiniana. Y por otro lado, dedujo que muchos polimorfismos de proteínas debían ser selectivamente neutros o casi neutros y su existencia se debe mantener en una población para el equilibrio entre la aportación mutacional y su extinción aleatoria (Kimura, 1979).

La teoría neutralista asigna un papel menor a la selección natural en relación a la selección neutral. Los seleccionistas sostienen que para que un alelo mutante se difunda en una especie, debe poseer alguna ventaja selectiva; para los neutralistas, el azar y no la función, es la responsable de la difusión de algunos mutantes en una población. En el curso de esta deriva aleatoria, la mayoría de los alelos mutantes se pierden por azar, pero la fracción restante termina por fijarse en la población.

Como se había mencionado, la teoría neutralista sostiene que el polimorfismo es selectivamente neutro y que se mantiene en una población mediante el aporte mutacional y la eliminación al azar. Y se ha encontrado una fuerte correlación entre la variabilidad genética de las proteínas y el peso molecular de sus subunidades, y cuanto mayor es el tamaño de una subunidad, más alta es su tasa de mutación, confirmando el neutralismo. Las principales causas determinantes de la variabilidad genética son la estructura y la función molecular, mientras que para los seleccionistas las causas ambientales son los factores determinantes.

Por ejemplo, la tasa evolutiva es constante en la molécula de hemoglobina, ya que en los peces óseos y en los vertebrados superiores es un tetrámero que consta de dos cadenas alfa idénticas y dos cadenas beta idénticas. En los mamíferos, los aminoácidos están sustituidos en la cadena alfa, que tiene 141 aminoácidos, a razón de aproximadamente una sustitución en siete millones de años. Esto corresponde a alrededor de una sustitución en un billón de años por sitio de aminoácidos. La tasa no parece depender de factores como el tiempo de generación, las condiciones de vida y el tamaño de la población. La constancia aproximada de la tasa es evidente cuando se compara con el número de diferencias de aminoácidos entre las cadenas alfa de varios vertebrados junto con el árbol filogenético mostrando las relaciones entre los vertebrados y los momentos en que se divergen mutuamente en la evolución.

Las cadenas alfa y beta tienen esencialmente la misma estructura y longitud; además, muestran aproximadamente la misma tasa de evolución en la sustitución de aminoácidos. Si se compara la divergencia entre la cadena alfa y la beta del hombre con la divergencia entre la cadena alfa de una carpa y la cadena beta del hombre, es evidente que en ambos casos las cadenas alfa y beta difieren entre sí Mismo grado. Debido a que la cadena alfa del hombre y la de la carpa difieren entre sí en aproximadamente la mitad de sus sitios de aminoácidos, esto sugiere que las cadenas alfa en dos linajes distintos, uno que conduce a la carpa y el otro al hombre, prácticamente la misma tasa en un lapso de unos 400 millones de años. Además, la tasa de sustitución de aminoácidos observada en estas comparaciones es muy similar a las tasas observadas en las comparaciones de las cadenas alfa en varios mamíferos.

Por lo tanto, la teoría neutral considera que los genes o las proteínas pueden considerarse como relojes moleculares, ya que su tasa de evolución es relativamente constante y es semejante en diversas especies durante grandes períodos. Para los neutralistas dicen que lo que habría de esperarse son tasas variables de evolución molecular, ya que las presiones de selección deben variar temporalmente y de una especie a otra. Los defensores de la teoría sintética los cuales integran la teoría de la evolución de las especies por selección natural, la herencia, la mutación aleatoria como fuente de variación y la genética de poblaciones; se han opuesto a esta crítica, argumentando que su teoría no obliga a que la evolución sea tan irregular. Por otro lado, los lapsos de tiempo a lo largo de los cuales se calculan los ritmos de evolución molecular hacen que las fluctuaciones se compensen unas con otras, produciendo una aparente constancia (Kimura, 1979).

Evolución en las ciencias biomédicas

La investigación biomédica se centra en los mecanismos fisiológicos, moleculares y bioquímicos de procesos fisiopatológicos, mientras que la medicina evolutiva se centra en la evolución que de los mecanismos biológicos que nos dejan susceptibles a una enfermedad. Este enfoque evolutivo ha impulsado importantes avances en la investigación de la longevidad (Valter D Longo & Finch, 2003), el cáncer (Merlo, Pepper, Reid, & Maley, 2006), las enfermedades autoinmunes (Wegner, Wait, & Venables, 2009) y las enfermedades neurodegenerativas (Kabir & Safar, 2014).

Evolución en la investigación de la longevidad

Las teorías evolutivas del envejecimiento se basan en la observación de que la eficiencia de la de la selección natural disminuye con la edad. Esto es porque, incluso sin el envejecimiento, los individuos morirán de causas ambientales, tales como la depredación, la enfermedad y los accidentes. El envejecimiento se cree que han evolucionado como resultado de la optimización de la aptitud temprano en la vida. La longevidad de una especie está determinada por la cantidad de mortalidad ambiental causado por la ecología de una especie (Zwaan, 1999).

Por lo tanto, si hubiese un organismo inmortal, tiene una probabilidad de morir debido a causas externas como la disponibilidad de recursos, la depredación y accidentes. La probabilidad de supervivencia disminuye en el curso de la vida, ya que la selección natural es eficaz sólo a través de la reproducción de los individuos (Hamilton, 1966). Por consiguiente, la evolución de envejecimiento, han descrito dos escenarios.

El primero explica que el envejecimiento a través de la acumulación de mutaciones deletéreas-finales son los que actúan.  Las mutaciones con efectos tempranos del desarrollo tienen un efecto nocivo sobre la supervivencia y fecundidad, que las mutaciones que se presentan en etapas tardías (Medawar, 1952). Pero estas mutaciones con efectos tempranos serán eliminadas rápidamente en una población. Al contrario de las mutaciones con efectos tardíos serán difícil de eliminar de una población ya que la mayoría de los individuos se habrán reproducido y mueren por causas externas, por lo tanto, la mayoría de la población será portadora de estas mutaciones. Estas mutaciones se hacen evidente en el envejecimiento y cuando la mortalidad extrínseca se reduce notoriamente, como en condiciones favorables de cautiverio (Zwaan, 1999).

El segundo escenario se le conoce como la teoría de la pleiotropía antagonista del envejecimiento, sugiriendo que el envejecimiento se desarrolla como un subproducto de la selección natural para los efectos benéficos del rendimiento reproductivo temprano. Teniendo en cuenta de que el éxito evolutivo no se valora en términos de supervivencia, sino en éxito reproductivo (Williams, 1957, 2001). Esta teoría optimizó el desarrollo de la teoría del soma desechable que hace énfasis en la compensación entre la reproducción, la reparación y el mantenimiento (Kirkwood, T. B. L. and Holliday, 1979). Esta teoría supone que el organismo debe presupuestar la cantidad de energía disponible para el metabolismo, la reproducción y para la reparación y mantenimiento. El compromiso en la asignar energía para la función de cada proceso hace que estos no sean cien por ciento eficiente y por lo tanto poco a poco el cuerpo se deteriora con la edad (Kirkwood, 1977). La teoría del soma desechable sugiere que el tiempo es un recurso limitado y no la obtención de energía, que puede ser crítico para un organismo. El concepto es que cada organismo debe reproducirse en un rango de tiempo óptimo para garantizar el éxito de la descendencia.

Durante este período óptimo el organismo es dependiente del nicho ecológico, y está limitado por el tiempo de crecimiento y desarrollo óptimo para generar descendencia. Por lo tanto, la tasa de desarrollo y tasa de gestación están sujetos a la presión evolutiva. La necesidad de acelerar la gestación limita el tiempo asignado a reparar el daño a nivel celular, lo que resulta en una acumulación de daños y una vida útil disminuida con relación a organismos con la gestación más largo. La implicación es que las especies de vida más larga retrasan la progresión del ciclo celular en mayor grado que las especies de vida más corta, permitiendo una reparación de mayor fidelidad. Por lo tanto, el tiempo es un recurso que debe ser manejado por el organismo para tratar de maximizar la fidelidad de la reparación mientras se completa el desarrollo y la reproducción en la ventana limitada de oportunidad que ofrecen las presiones ambientales. Este punto de vista sobre el tiempo como recurso tiene implicaciones para las teorías sobre el proceso de envejecimiento y el desarrollo de la vida útil de las especies. Este concepto se derivo de un análisis comparativo de la estabilidad genómica en células de mamíferos (Lorenzini, Stamato, & Sell, 2011).

Por otro lado, existen evidencias en contra de la teoría del soma desechable. Ya que, se postula que la escasez de alimentos debe comprometer gravemente al organismo; pero evidencias experimentales muestran lo contrario y se ha demostrado que animales viven más tiempo cuando se limita sustancialmente de alimentos con respecto a los controles. La restricción calórica en la ingesta extiende la longevidad desde levaduras hasta ratones (V. D. Longo & Fabrizio, 2002). Además previene y pospone una gran variedad de enfermedades, evitando el deterioro de la edad, sin causar defectos durante el desarrollo o daños reproductivos (Kelly & Gilliland, 2001; Sohal & Weindruch, 1996). Por el contrario, las manipulaciones genéticas que extienden la vida útil en su mayoría causan efectos secundarios (Valter D Longo & Finch, 2003). Se cree que regulando las vías moleculares que controlan la longevidad mediante la restricción calórica se podrían desarrollar estrategias para la prevención del cáncer, Alzheimer y enfermedades cardiovasculares (Valter D Longo & Finch, 2003).

Evolución en la investigación del cáncer  

El cáncer es un conjunto de enfermedades relacionadas en las que se observa un proceso descontrolado en la división celular en el organismo. Comienza de manera localizada y se disemina por metástasis a otros tejidos. El cáncer por tanto tiene un complejo ecosistema (el cuerpo humano), y las células tumorales se dividen ocasionando mutaciones, que están sujetas a presión de selección a medida que su microambiente está cambiando y reaccionan con su entorno. Debido a que una célula cancerosa puede dar origen a cientos de generaciones que adquieren nuevas mutaciones que promueven su crecimiento y su supervivencia hace que estas sean muy diversas dentro de un mismo tumor. Al igual que las especies convergen durante la evolución, el cáncer también lo hace adquiriendo vías moleculares o fenotipos comunes a través de sus trayectorias evolutivas (Merlo et al., 2006).

Al igual que las especies evolucionan y convergen, los diferentes tipos de cáncer también a lo largo de sus trayectorias evolutivas. Durante una intervención terapéutica se pueden destruir algunas células cancerosas o erosionar sus microambientes, pero esto también proporciona una fuerte presión de selección para la expansión de variantes resistentes a estreses (agentes oxidativos o xenobioticos usados en las quimioterapias), haciendo incluso que estas variantes seleccionadas sean aún más agresivas. El comportamiento del cáncer intrínsecamente darwiniano es la principal razón del fracaso terapéutico, pero también es la clave para mejorar el diseño de los fármacos y hacerlos más efectivos (Greaves & Maley, 2012).

De hecho, las terapias actuales actúan como una fuente exógena de inestabilidad del genómica. Estudiando la evolución clonal en la leucemia mieloide aguda (AML), se encontró un aumento en las mutaciones (transversiones) después de aplicar la terapia a los pacientes con un aumento del 46%, en comparación con las mutaciones antes de la terapia que era de 30,7% (Ding et al., 2012; Johnson et al., 2014). Se han realizado, además comparaciones de los genomas de muestras de gliomas (tumores cerebrales) en el momento del diagnóstico y reinciden 6 de cada 10 tumores como glioblastomas, que son tumores de alto grado y con un peor pronóstico. Esto muestra una evidencia de hipermutación en gliomas primarios. Además, todos los tumores hipermutantes fueron tratados con temozolomida, el cual induce mutaciones en genes de control celular como el retinoblastoma (RB1) y el inhibidor 2A de quinasa dependiente de ciclina (CDKN2A) (Johnson et al., 2014). Teniendo en cuenta que la dinámica evolutiva de las poblaciones tumorales pueden proporcionar una vía para estrategias terapéuticas, los investigadores se han puesto como objetivo estudiar los procesos mutacionales que operan en la evolución del cáncer (Lawrence et al., 2014).

Sin embargo, un paso crucial para lograr este objetivo y pueda ser usado en la clínica practica es necesario comprender la heterogeneidad intrínseca de los tumores y su dinámica en el tiempo. El estudio de la evolución tumoral ha comenzado a arrojar resultados en patrones y procesos que determinan la evolución de los tumores (McGranahan & Swanton, 2015). Cada vez es más evidente que los tumores a menudo evolucionan a través de un proceso de evolución ramificado, y a pesar de su heterogeneidad, es evidente una evolución paralela. Pero aún son necesarios estudios más profundos sobre la historia evolutiva de los tumores, su interacción con su microambiente y las normas que dictan su progresión (Liotta & Kohn, 2001).

Evolución en enfermedades autoinmunes

El sistema inmunológico ha evolucionado para eliminar o inactivar organismos infecciosos. Se ha propuesto que la predisposición a una enfermedad es mayor en genes con altas tasas de mutaciones no sinónimas (Bustamante et al., 2005). Los genes asociados a las enfermedades del sistema inmunológico pueden desregular el reconocimiento de antígenos microbianos resultando una inactivación crónica, el cual ocasiona enfermedades como el SIDA, el síndrome de DiGeorge, la enfermedad granulomatosa, síndrome de Wiskott-Aldrich, entre otras (Kindt, Goldsby, Osborne, & Kuby, 2003). Por otro lado, el sistema inmune puede atacar a los tejidos del propio organismo confundiéndolos como un agente extraño. Esto ocasiona, transtornos autoinmunes como la Enfermedad de Crohn, la enfermedad de Graves, la artritis reumatoide, esclerosis múltiple, síndrome de Goodpasteure, entre otras (Kindt et al., 2003). Muchos autoantígenos son miembros de familias de proteínas evolutivamente conservadas que se originaron antes de la divergencia de los linajes procariotas y eucariotas. Por lo que diversos análisis han planteado estas proteínas están evolutivamente conservadas entre organismos comensales, patógenos y sus hospederos proporcionan un estímulo que inicia la enfermedad autoinmune en individuos susceptibles (Wegner et al., 2009).

Las distancias evolutivas entre seres humanos y procariotas son enormes, de modo que incluso las proteínas sujetas a restricciones funcionales extremas, como las responsables de procesos fundamentales de síntesis de proteínas y metabolismo energético, pueden exhibir una divergencia sustancial de secuencias. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, la probabilidad de epítope lineales en las proteínas microbianas que conservan suficiente similitud para desencadenar una respuesta autoinmune es probablemente muy pequeña. Además, la presencia de epítopes microbianos que imitan a las proteínas del hospedero (mimetismo molecular) hacen probable la producción de autoanticuerpos; requiriendo, además una susceptibilidad genética en el hospedero y posiblemente alguna coestimulación del patógeno o del medio ambiente. El término “mimetismo molecular”, se centra en la conservación de secuencias como consecuencia de la presión selectiva ejercida por la vigilancia inmunológica en el patógeno. Por lo tanto, el mimetismo molecular puede conducir autoinmunidad siendo un efecto no deseado de la conservación evolutiva (Damian, 1965; Wegner et al., 2009).

Evolución en la investigación de las enfermedades neurodegenerativas

Existe suficiente evidencia que indica que las enfermedades neurodegenerativas humanas, incluyendo la enfermedad de Alzheimer, el Parkinson, la demencia fronto-temporal, así como la esclerosis lateral amiotrófica, se propagan en el cerebro a través del mal plegamiento de proteínas a través de un “prionlike”. Los priones causan enfermedades neurodegenerativas letales en los seres humanos, uno de los más prevalente es la enfermedad esporádica de Creutzfeldt-Jakob (sCJD); el cual un prion se auto-replica y propaga mediante la conversión de la forma celular de la proteína prión (PrP (C)) a una conformación mal plegada que la hace patogénica (PrP (Sc)). La extensa heterogeneidad fenotípica de las enfermedades priónicas humanas se determina por los polimorfismos en el gen de la proteína priónica, y por la conformación espacial específica de la cepa de PrP (Sc). Una de las características de las partículas priónicas humanas es que se replica independientemente y se someten a una selección natural competitiva adquiriendo diversos confórmeros. La conformación del PrP (Sc) seleccionada está sujeta a una mayor evolución por selección natural. Este mecanismo biológico fundamental puede explicar la evasión y resistencia a los medicamentos dirigidos a PrP (Sc). La visión de que estos isómeros conformacionales pueden evolucionar y adaptarse hace necesario reevaluar las estrategias terapéuticas que se dirigen a los agregados de proteínas mal plegadas, y por lo tanto es necesario realizar nuevos enfoques terapéuticos que se centren en el origen y la evolución del proceso patogénico (Kabir & Safar, 2014).

Conclusión

La evolución proporciona una visión integral de la biología humana que permitira generar una investigación más amplia de las condiciones patologicas o de homeóstasis. Las explicaciones evolutivas pueden ofrecer al médico y al paciente información valiosa sobre su condición y así disponer de un mejor tratamiento. La medicina, a través de una comprensión evolutiva y sus procesos por los cuales esta constituida nuestra anatomía y fisiología, mejoraran la práctica clínica.

Referencias:

Ayala, F. J. (1975). “Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”: Theodosius Dobzhansky: 1900-1975. The Journal of Heredity, 68(1), 3–10. http://doi.org/10.1029/2003JD004173.Aires Bustamante, C. D., Fledel-Alon, A., Williamson, S., Nielsen, R., Hubisz, M. T., Glanowski, S., … Clark, A. G. (2005). Natural selection on protein-coding genes in the human genome. Nature, 437(7062), 1153–7. http://doi.org/10.1038/nature04240 Damian, R. T. (1965). Molecular Mimicry in Biological Adaptation. Science, 147(3660), 824.
Darwin, C. (1859). On the Origin of the Species. Darwin (Vol. 5). http://doi.org/10.1016/S0262-4079(09)60380-8 Ding, L., Ley, T. J., Larson, D. E., Miller, C. A., Koboldt, D. C., Welch, J. S., … DiPersio, J. F. (2012). Clonal evolution in relapsed acute myeloid leukaemia revealed by whole-genome sequencing. Nature, 481(7382), 506–510. http://doi.org/10.1038/nature10738 Greaves, M., & Maley, C. C. (2012). Clonal evolution in cancer. Nature, 481(7381), 306–313. http://doi.org/10.1038/nature10762 Gregory, T. R. (2009). Understanding Natural Selection: Essential Concepts and Common Misconceptions. Evolution: Education and Outreach, 2(2), 156–175. http://doi.org/10.1007/s12052-009-0128-1 Hamilton, W. D. (1966). The moulding of senescence by natural selection. Journal of Theoretical Biology, 12(1), 12–45. http://doi.org/10.1016/0022-5193(66)90184-6 Heard, E., & Martienssen, R. A. (2014). Transgenerational epigenetic inheritance: Myths and mechanisms. Cell. http://doi.org/10.1016/j.cell.2014.02.045 Johnson, B. E., Mazor, T., Hong, C., Barnes, M., Aihara, K., McLean, C. Y., … Costello, J. F. (2014). Mutational analysis reveals the origin and therapy-driven evolution of recurrent glioma. Science (New York, N.Y.), 343(6167), 189–93. http://doi.org/10.1126/science.1239947 Kabir, M. E., & Safar, J. G. (2014). Implications of prion adaptation and evolution paradigm for human neurodegenerative diseases. Prion, 8(1), 1–6. http://doi.org/10.4161/pri.27661 Kanherkar, R. R., Bhatia-Dey, N., & Csoka, A. B. (2014). Epigenetics across the human lifespan. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2(September), 49. http://doi.org/10.3389/fcell.2014.00049; 10.3389/fcell.2014.00049 Kelly, L. M., & Gilliland, D. G. (2001). The genetics of aging. Annu Rev Genomics Hum Genet., (2), 435–62. http://doi.org/10.1146/annurev.genom.3.032802.115046 Kimura, M. (1979). The Neutral Theory of Molecular Evolution. Scientific American, 241(5), 98–126. http://doi.org/10.1038/scientificamerican1179-98 Kindt, T. J., Goldsby, R. A., Osborne, B. A., & Kuby, J. (2003). Immunology. Immunology (Vol. 5). Kirkwood, T. B. L. and Holliday, R. (1979). The evolution of ageing and longevity. Proc R Soc B, 205, 531–546. Kirkwood, T. B. L. (1977). Evolution of aging. Nature, 270, 301–304. http://doi.org/10.1038/270301a0 Lawrence, M. S., Stojanov, P., Mermel, C. H., Robinson, J. T., Garraway, L. a, Golub, T. R., … Getz, G. (2014). Discovery and saturation analysis of cancer genes across 21 tumour types. Nature, 505(7484), 495–501. http://doi.org/10.1038/nature12912 Liotta, L. A., & Kohn, E. C. (2001). The microenvironment of the tumour-host interface. Nature, 411(6835), 375–379. http://doi.org/10.1038/35077241 Longo, V. D., & Fabrizio, P. (2002). Regulation of longevity and stress resistance: A molecular strategy conserved from yeast to humans? Cellular and Molecular Life Sciences. http://doi.org/10.1007/s00018-002-8477-8 Longo, V. D., & Finch, C. E. (2003). Evolutionary medicine: from dwarf model systems to healthy centenarians? Science (New York, N.Y.), 299(5611), 1342–1346. http://doi.org/10.1126/science.1077991 Lorenzini, A., Stamato, T., & Sell, C. (2011). The disposable soma theory revisited: Time as a resource in the theories of aging. Cell Cycle. http://doi.org/10.4161/cc.10.22.18302 Mayr, E. (1982). The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution, and Inheritance. American Anthropologist (Vol. 1). http://doi.org/10.1016/0162-3095(84)90038-4 McGranahan, N., & Swanton, C. (2015). Biological and therapeutic impact of intratumor heterogeneity in cancer evolution. Cancer Cell, 27(1), 15–26. http://doi.org/10.1016/j.ccell.2014.12.001 Medawar, P. B. (1952). An unsolved problem of biology. Evolution in Health and Disease. http://doi.org/10.1016/S0140-6736(00)99799-X Merlo, L. M. F., Pepper, J. W., Reid, B. J., & Maley, C. C. (2006). Cancer as an evolutionary and ecological process. Nature Reviews. Cancer, 6(December), 924–935. http://doi.org/10.1038/nrc2013 Palumbi, S. R. (2001). Evolution - Humans as the world's greatest evolutionary force. Science, 293(5536), 1786–1790. http://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004 Phillips, P. C. (2008). Epistasis--the essential role of gene interactions in the structure and evolution of genetic systems. Nature Reviews. Genetics, 9(11), 855–67. http://doi.org/10.1038/nrg2452 Sohal, R. S., & Weindruch, R. (1996). Oxidative stress, caloric restriction, and aging. Science (New York, N.Y.), 273(5271), 59–63. http://doi.org/10.1126/science.273.5271.59 Stearns, S. C., & Futuyma, D. J. (1979). Evolutionary Biology. Evolution, 33(3), 1007. http://doi.org/10.2307/2407666 Understanding Evolution. (2017). University of California Museum of Paleontology. 22 August 2008 <http://evolution.berkeley.edu/>. Wegner, N., Wait, R., & Venables, P. J. (2009). Evolutionarily conserved antigens in autoimmune disease: Implications for an infective aetiology. International Journal of Biochemistry and Cell Biology. http://doi.org/10.1016/j.biocel.2008.09.012 Williams, G. C. (1957). Pleiotroy, natural-selection, and the evolution of senescence . Evolution, 11(4), 398–411. http://doi.org/10.2307/2406060 Williams, G. C. (2001). Pleiotropy, Natural Selection, and the Evolution of Senescence. Sci. Aging Knowl. Environ. http://doi.org/10.2307/2406060 Zwaan, B. J. (1999). The evolutionary genetics of ageing and longevity. Heredity. http://doi.org/10.1046/j.1365-2540.1999.00544.x
Ver más


Cómo citar: Checa Rojas, A. (2017, 12 de Mayo ) Evolución: Visión general de la biología evolutiva en la medicina. Conogasi, Conocimiento para la vida. Fecha de consulta: Septiembre 20, 2018

Esta obra está disponible bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-No Comercial Compartir Igual 4.0

Deja un comentario

Sé el primero en comentar!

wpDiscuz