Cerebros diferentes

Los insectos sociales como la abeja mielera (Apis mellifera) vive en colonias formidables basadas en una estricta división del trabajo entre sus integrantes. Dicha división, se logra gracias a diferencias morfológicas y de comportamiento entre las diferentes castas dentro de la misma colonia; lo más interesante es que tanto las abejas obreras, como la abeja reina, son hermanas con la misma información genética. ¿Cómo un mismo genoma da lugar a organismos tan diferentes? se trata de un problema fundamental de la biología contemporánea, en el que los procesos epigenéticos son particularmente relevantes. El trabajo de Lyko et al. (2010), sugiere que la metilación del ADN podría ser la respuesta en el caso de las abejas.

En una colonia de abejas, las larvas son todas idénticas pero algunas son seleccionadas desde el principio para ser reinas. Estas abejas son alimentadas con jalea real que, además de nutrientes, tiene una constitución química particular. Por ejemplo, posee fenilbutirato que ha sido implicado en procesos epigenéticos y cognitivos en otros organismos. Esta dieta particular es la responsable de la diferenciación de las abeja reina.

Las modificaciones epigenéticas, son aquellos que no alteran la secuencia del ADN, pero que pueden perpetuarse entre generaciones celulares. La metilación del ADN es una alteración de este tipo; consiste en añadir un metilo en las citosinas del ADN, que no altera la secuencia del gen, pero puede servir como una señal para diferentes procesos. La metilación del ADN se estudia mediante la secuenciación por bisulfito; este método consiste en tratar el ADN con bisulfito, que cambia las citosinas por uracilo, sin afectar a las citosinas metiladas, de manera que comparando este resultado con la secuenciación del ADN normal (sin bisulfito) se puede determinar qué citosinas estaban metiladas.

Los científicos decidieron comparar los patrones de metilación del ADN entre abejas reinas (hembras, fértiles) y obreras (hembras, infértiles) en el cerebro adulto y encontraron que de los poco más de 5 mil genes que son metilados, 561 muestran niveles diferentes entre las dos castas. Para confirmar su resultados, los científicos se enfocaron luego en 8 genes de los 561, y repitieron el experimento pero con mucha mayor resolución y añadieron la casta de los zánganos (machos, fértiles). Los resultados confirmaron que cada casta muestra patrones de metilación diferentes en el cerebro, y son consistentes con la hipótesis de que las diferencias entre castas se deben a cambios epigenéticos.

Patrones de metilación en los 8 genes estudiados con detalle en las tres castas. Las castas son obreras (W), reinas (Q) y zánganos (D).

Cuando analizaron con más detalle la metilación dentro de un gen, los investigadores notaron que esta ocurre cerca de sitios de splicing alternativo; este es un proceso que permite que un solo gen de lugar a productos funcionalmente diferentes, y los científicos especulan que la metilación diferencial entre las castas, puede ser una manera de regular el splicing alternativo, dando lugar a las diferencias observadas entre las castas.

Aunque diferencias de metilación se han encontrado anteriormente entre individuos y tejidos, ha resultado casi imposible establecer un mecanismo de acción debido a la enorme cantidad genes que son potencialmente metilados, y a que, en otros organismos, no sólo los genes son metilados. Debido a la simplicidad de sus patrones de metilación, y a la existencia de castas fácilmente controladas por la dieta, la abeja mielera promete ser un modelo importante en el desarrollo de nuestro conocimiento sobre la epigenética.

Referencias:

• Lyko et al. “The honey bee epigenomes: differential methylation of brain DNA in queens and workers” (2010). PLoS Biology 8(11): e1000506. doi:10.1371/journal.pbio.1000506.