¿Por qué los humanos tienen tan pocos genes?

Creo que otra forma de abordar esta pregunta, como muchas en ciencia, es dar un paso atrás y analizar el lenguaje que estamos usando, y quizás actualizarlo a medida que comenzamos a comprender mejor la genética. Un “gen” es solo un componente del material hereditario que, según la hipótesis, determina gran parte de la función celular.

Es cierto que a primera vista puede ser sorprendente que, si bien la levadura tiene alrededor de 6,000 regiones distintas de codificación de proteínas, denominamos “genes” (muchos de ellos muy similares entre sí o redundantes), los humanos solo tenemos 20,000-30,000 aunque obviamente somos organismos mucho más complejos. Probablemente sea cierto que estos son los principales componentes básicos de la bioquímica eucariota, desde la levadura hasta los humanos. Pero también es probable que lo que nos hace más complejos que la levadura sean las instrucciones, también codificadas por nuestro genoma, al menos en parte, sobre cómo usar estos componentes básicos. Las computadoras son mucho más complejas y frías que una pieza de metal y plástico dentro de una caja, pero básicamente contienen los mismos componentes.

Los genes que codifican proteínas son solo una parte de la historia de cómo el genoma produce un organismo complejo.

Los genes son como las teclas de un piano. Los genes se pueden expresar en numerosas secuencias y combinaciones diferentes para producir diferentes tipos y funciones celulares. Lo que es importante más allá del número de genes, es la partitura del genoma que determina cuándo y dónde se expresan los genes. Las secuencias reguladoras de ADN en el genoma pueden actuar como esta música, controlando la expresión de genes en cada tipo de célula.

Como ejemplo de la importancia de la regulación génica en la parte superior de un conjunto de genes, considere que un subconjunto de nuestros genes es funcionalmente equivalente a los que se encuentran en la levadura, la mayoría de nuestros genes están bien conservados en los vertebrados, y compartimos casi todos nuestros genes. genes con chimpancé, con un promedio de solo una sustitución de aminoácidos por gen. Sin embargo, comenzando con un conjunto similar de genes, el genoma humano está programado para producir un organismo complejo con algunas diferencias muy importantes para nosotros.

Para poner el número de genes que codifican proteínas en perspectiva con otros elementos del genoma:

Aproximadamente el 5% de nuestro genoma de 3 mil millones de pares de bases se conserva funcionalmente a nivel de pares de bases. Los 20,000 genes que codifican proteínas representan solo 1/3 de esta secuencia funcional. Si bien todavía estamos aprendiendo sobre nuevos tipos de secuencias funcionales representadas en los otros 2/3, gran parte de esta secuencia no codificante conservada actúa como la partitura del genoma para regular la expresión génica. Según las alineaciones de secuencias entre los genomas de muchos vertebrados, estimamos que hay casi 1 millón de elementos reguladores en el genoma.

Por lo tanto, para agregar a la respuesta de Mark, los 20,000 genes codificadores de proteínas representan solo una minoría de la información genética heredable en el genoma, y ​​pueden complementarse con 1 millón de elementos reguladores y otras secuencias cuyas funciones aún estamos aprendiendo. En este contexto, 20,000 genes pueden ser más que suficientes para producir los tipos de biología celular necesarios para un organismo complejo, y el verdadero desafío para el desarrollo es orquestar la expresión de este arsenal de genes a lo largo del tiempo y en todos los tipos de células.

¿Pocos en relación con qué? Más de 20 mil es mucho. 🙂 La respuesta real es que es la cantidad de genes que han sido seleccionados durante nuestra evolución.

Los sistemas orgánicos en evolución son muy frugales en su reutilización de materiales y “herramientas”. Las proteínas y los genes que se pueden reutilizar son, por lo que no hay apuro selectivo para aumentar el número de genes. De hecho, existe una presión selectiva para disminuir el número de genes.

Aquí hay una analogía muy aproximada. Piense en un cocinero que tiene 100 cuchillos. Uno para cada cosa posible. Pero ella solo usa algunos de ellos una vez cada dos años. Se oxidan y no funcionan. Cuando vas a ese cuchillo oxidado y no puedes usarlo, es como tratar de usar un gen que ha sido dañado. Si no tiene una copia de seguridad (su cuchillo de confianza), entonces tendrá “enfermedad”. Ella terminará con la cantidad de cuchillos funcionales que usa activamente. Dicho esto, siempre es bueno tener una copia de seguridad, y todo es un equilibrio. Si necesita un cuchillo en particular o el restaurante falla, ¿por qué no tener algunos de esos?

En genética, los genes siempre se están dañando y reparando, si el sistema deja de usar uno de los genes, no importará si está dañado, se dañará y eventualmente se convertirá en “ADN basura”.