De genes, cactus y chamanes
A partir del estudio de genes de moscas que se alimentan de cactus alucinógenos, un grupo de investigadores avanza en la descripción de los mecanismos de adaptación a alcaloides desarrollados por poblaciones humanas de los Andes. Chamanismo y ritos ancestrales como posibles disparadores de un proceso de coevolución genético cultural.
Durante siglos, los pueblos andinos utilizaron diversas plantas psicoactivas en sus ritos religiosos, entre ellas distintas especies de cactus alucinógenos. Un trabajo de investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA arroja luz, a partir del estudio de genes ortólogos de Drosophila, sobre las huellas adaptativas de tolerancia a alcaloides en humanos, sugiriendo un posible proceso de coevolución genético cultural guiado por la práctica del chamanismo en esas comunidades ancestrales.
“Este proyecto, que surgió en 2010, apuntaba a estudiar, utilizando las nuevas metodologías de secuenciación de ADN, los mecanismos de detoxificación que desarrollan las moscas que están inmersas en un recurso nutricional con cierto tipo de compuestos tóxicos, uno de los cuales es el cactus tipo candelabro o columnar, el Trichocereus terschekii, que tiene una distribución relativamente amplia en la Argentina y que comúnmente llamamos cardón”, explica el biólogo Esteban Hasson, investigador del Instituto de Ecología, Genética y Evolución de Buenos Aires (IEGEBA, UBA – CONICET) y profesor de Exactas UBA.
El cardón tiene alcaloides en su composición química: uno de los componentes mayoritarios es la mezcalina, que es un alcaloide alucinógeno.
Desde hace varios años en el IEGEBA vienen estudiando un par de especies hermanas de Drosophila autóctonas, cactofílicas, que comparten un ancestro común relativamente reciente. Una se cría en el cardón, D. koepferae, y la otra, D. buzzatti, en especies de tunas, plantas del género Opuntia. El T. terschekii o cardón, que es la planta hospedadora de D. koepferae, tiene alcaloides en su composición química: uno de los componentes mayoritarios es la mezcalina, que es un alcaloide alucinógeno.
“Armamos entonces un complejo protocolo de muestreo de las larvas de Drosophila, que se desarrollan en los tejidos de cactus en descomposición. Su principal fuente de alimento son las levaduras que crecen en ese ambiente donde hay tejido muerto, pero aunque la larva come selectivamente las levaduras, si está creciendo en un cardón, también ingiere material vegetal y, con esto, los alcaloides del cactus. Si está en una tuna, no. Si bien D. koepferae está más especializada en cardón, y D. buzzatii, en tuna, ambas pueden intercambiarse y crecer en el cactus alternativo. Durante varios años estuvimos probando el efecto que tiene en la cría el recurso primario de cada especie y el secundario. Y vimos que cuando a la especie que tiene como recurso primario el cardón, se la expone a esa fracción alcaloide, casi que ni se entera –grafica Hasson–. Por el contrario, cuando la otra especie se cruza al cardón, ve disminuida varias características relacionadas con su aptitud reproductiva, menor supervivencia, menor tamaño corporal y retraso en el desarrollo: a mayor proporción de alcaloides, más duro le pega”.
Esteban Hasson. Foto: Diana Martinez Llaser. Exactas UBA.
¿Por qué una mosca resiste y la otra padece? ¿Está una dotada de mejores sistemas de detoxificación que la otra, metaboliza mejor los alcaloides, los tolera más? Como parte de la tesis doctoral de Diego de Panis, becario del CONICET, el grupo que conduce Hasson hizo estudios de transcriptómica comparativa: se extrajeron todos los ARN mensajeros del último estadio de las larvas de ambas moscas y se mandaron a secuenciar con el fin de identificar qué genes y en qué proporción veían reprimida o estimulada su expresión bajo distintas condiciones. Identificaron, en concreto, muchos genes vinculados al metabolismo de este tipo de drogas que tenían patrones de expresión claramente diferentes entre las dos especies y entre los diferentes tratamientos. Además, identificaron otros genes vinculados al desarrollo del sistema nervioso, a la transmisión del impulso nervioso y al desarrollo de otras partes del cuerpo.
“Ahora bien, cuando con el profesor Hernán Dopazo, investigador del IEGEBA, comenzamos este proyecto, nos planteamos la posibilidad de atacar desde una perspectiva de ciencia básica las cuestiones vinculadas con las adicciones a este tipo de compuestos, e intentar buscar los genes ortólogos en humanos”, explica Hasson. Como es sabido, Drosophila melanogaster, la llamada “mosca de la fruta”, es un modelo genético por excelencia desde principios del siglo XX, quizás la especie de la que se tiene mayor información genómica y que, a pesar de los cientos de millones de años de divergencia evolutiva que la separan del ser humano, conserva un importante grado de homología con nuestra especie y de funcionalidad común en sus genes.
¿Por qué una mosca resiste y la otra padece? ¿Está una dotada de mejores sistemas de detoxificación que la otra, metaboliza mejor los alcaloides, los tolera más?
Para entonces, Julián Padró, becario del CONICET y primer autor del trabajo, e Ignacio Soto, investigador del IEGEBA, ya habían hecho la caracterización química del cardón, con la colaboración de Sergio Szajnman, investigador del Departamento de Química Orgánica. En tanto, De Panis, el segundo autor, había identificado y caracterizado funcionalmente los genes de Drosophila que se expresan diferencialmente bajo distintas condiciones de cría, en presencia de mezcalina, particularmente enriquecidos en términos de detoxificación. Además, Padró investigó cuáles eran los pueblos originarios que a lo largo de la columna vertebral de los Andes utilizaban alguna especie de cactus columnar que tuviera trazas de mezcalina, básicamente en ceremonias religiosas, e identificó varios, desde el Noroeste argentino hasta Ecuador. Ahí entró en escena Pierre Luisi, tercer autor del trabajo, quien rastreó estudios genómicos poblacionales que permitieran comparar los genomas secuenciados de personas de pueblos originarios que ancestralmente usaron mezcalina con los de otros que no la consumían.
Drosophila melanogaster, la llamada “mosca de la fruta”, es un modelo genético por excelencia desde principios del siglo XX.
De esta manera, se lograron identificar en humanos varios genes ortólogos a los que se expresan diferencialmente en Drosophila expuesta a mezcalina, que mostraban huellas de evolución adaptativa, es decir, que habrían evolucionado más rápidamente en los grupos que consumían alucinógenos. “Tenemos aquí una clarísima evidencia –resume Hasson– de poblaciones humanas que evolucionaron adaptándose diferencialmente al consumo de determinada sustancia. Suponemos que a aquellos individuos portadores de ciertas variantes genéticas que permitían el metabolismo más rápido de estas drogas, esas variantes les habrían conferido mayor éxito reproductivo (más descendencia) que a otros”.
El trabajo traza una relación entre selección natural y metabolismo de compuestos tóxicos y, al identificar prácticas ancestrales como disparadores de mecanismos evolutivos recientes, revalida el estrecho vínculo entre cultura y genética. Aunque eventualmente podamos pensarlas por separado, son los dos componentes centrales de nuestra evolución.
