Compartición de genes durante el reclutamiento de enzimas revela distintas estrategias adaptativas, incluida la...

Área de la Ciencia:

• Biología Evolutiva
• Bioquímica
• Genética Microbiana

Sus antecedentes:

• Las enzimas pueden ser reutilizadas para nuevas reacciones metabólicas, un proceso crucial para la adaptación de los organismos.
• El reclutamiento de enzimas requiere equilibrar las funciones originales y novedosas para mantener la aptitud.
• El modelo de Innovación-Amplificación-Divergencia explica cómo las enzimas multifuncionales evolucionan hacia otras especializadas a través de la duplicación génica y la mutación.

Objetivo del estudio:

• Investigar los mecanismos de reclutamiento de enzimas bajo presión selectiva utilizando la evolución adaptativa en un modelo de *Escherichia coli* deficiente en glucocinasa.
• Comprender cómo se recluta una enzima candidata preferida (NanK) cuando debe mantener su función original mientras adquiere una nueva.

Principales métodos:

• Evolución adaptativa en laboratorio de *Escherichia coli* sin glucocinasa, con cuatro sustitutos de enzimas promiscuas, incluido NanK.
• Análisis de eventos de amplificación génica y mutaciones no sinónimas en el gen *nanK* mediante secuenciación del genoma completo.
• Evaluación de la actividad enzimática tanto para la función original (N-acetil-D-manosamina quinasa) como para la novedosa (glucocinasa).

Principales resultados:

• NanK fue reclutado para restaurar la glucólisis a través de dos mecanismos distintos: amplificación génica seguida de mutaciones, o amplificación extensiva de fragmentos (hasta 127 copias).
• Estas estrategias de reclutamiento preservaron en gran medida la actividad nativa de N-acetil-D-manosamina quinasa de NanK.
• La amplificación génica masiva (cientos de copias) suprimió la divergencia de secuencias, desafiando el modelo estándar de Innovación-Amplificación-Divergencia.

Conclusiones:

• La compartición de genes puede influir en las trayectorias evolutivas, pero puede no impedir el reclutamiento de una enzima promiscua preferida, incluso bajo restricciones funcionales.
• El modelo de Innovación-Amplificación-Divergencia puede verse facilitado por una amplificación génica moderada y obstaculizado por una amplificación masiva.
• La innovación evolutiva a través de la duplicación y divergencia génica es sensible a la extensión del aumento del número de copias génicas.