¿Por qué los organismos vivos tienen tantos genes, porque parece que cuantos más cromosomas y genes tiene una especie, mayor es la probabilidad de enfermedad por genes defectuosos?

Una cosa interesante acerca de tener un montón de genes que son copias entre sí y producen enzimas que hacen casi lo mismo es que puedes perder uno o dos de ellos por mutaciones de pérdida de función y aún vivir lo suficiente como para tener descendencia propia. . ¡Felicidades! Estás “en forma” porque te has reproducido. Luego puede morir de la enfermedad genética que ha transmitido a sus hijos sin que afecte el número de su progenie que también llega a la edad adulta y se reproduce.

Recombination Hot Spots y Enfermedad Humana

Los citocromos P450 son enzimas interesantes en el hígado porque pueden aumentar en número debido a la forma en que el ADN se replica: las hebras pueden deslizarse entre sí y los P450 son lo suficientemente similares como para que las regiones que contienen dos P450 puedan hibridarse lo suficientemente bien como para que dos genes se conviertan en tres.

Esto allana el camino para la neofuncionalización del nuevo gen, ya que no necesita hacer el trabajo del antiguo gen.

Neofuncionalización

En el hígado humano hay dos genes importantes del Citocromo P450, Cyp3A4 que codifica una enzima de amplio espectro que descompone las moléculas y toxinas orgánicas extrañas y Cyp3A5 que hace casi lo mismo.

Cyp3A4 está regulado negativamente y Cyp3A5 está regulado positivamente durante el crecimiento acelerado de un adolescente porque Cyp3A4 tiende a masticar testosterona.

El factor de crecimiento de hepatocitos humanos regula a la baja la expresión de isoenzimas del citocromo P450 en hepatocitos humanos en cultivo primario.

Es útil tener un repuesto a mano como Cyp3A5 para tomar el relevo.

Lo mismo funciona para un automóvil: cuantos más elementos haya, mayores serán las posibilidades de que se rompa. A pesar de ese hecho, un automóvil promedio tiene más de 5000 piezas separadas, que son un número mínimo que se requieren para cumplir su función y producirse fácilmente. Además, debido al diseño modular, la gran mayoría de las piezas pueden fallar sin ninguna consecuencia desastrosa.

Lo mismo ocurre con un organismo vivo: el número de genes es el número requerido para crear un sistema vivo y apoyar todas las funciones vivas + interacciones con el medio ambiente.

Un artículo que escribí en conjunto (proteínas que codifican el genoma mínimo con un repertorio de aminoácidos restringido) utiliza una estimación de un número mínimo de genes necesarios para asegurar una replicación mínima del organismo a aproximadamente 500. En la analogía del automóvil, este sería el motor + las ruedas más simples pareja que se nos ocurra.

Si agrega todos los módulos necesarios para la verificación de errores, el metabolismo con falta de nutrientes y el estrés, puede llegar fácilmente a un par de miles de genes, que es el orden de magnitud de los organismos unicelulares, como la levadura. Agregue interacciones complejas entre las células como lo ha hecho en organismos multicelulares y obtendrá decenas de miles de genes, que es el orden de magnitud del número de genes en organismos complejos (los humanos tienen 20 000).

Como anécdota, el número de funciones que se supone que las células pueden realizar en un cuerpo humano es tan alto que antes de que se secuenciara el genoma humano, la mayoría de las estimaciones del número de genes en humanos era de alrededor de 100 000 – 300 000. Llegaron 20 000 como sorpresa y creó mucha reacción de “todo es mucho más complicado de lo que pensamos”.

La vida es compleja, y competir y evolucionar contra otras formas de vida genera complejidad adicional. La mayoría de los organismos de vida libre tienen un núcleo de ~ 4.000 genes, y las plantas y animales multicelulares generalmente tienen al menos 2-3 veces más genes.
Muchos organismos tienen muchos más genes que ese mínimo, y tanto los vertebrados como las plantas han sufrido duplicaciones del genoma completo donde el número de genes se duplica, pero a estos duplicados generalmente les sigue una pérdida masiva de genes, y los genes duplicados que quedan generalmente terminan teniendo algunos nueva función única (o las dos copias del gen original se especializan en algunas subfunciones).
No estoy seguro de por qué la pregunta dice que más genes significan una mayor probabilidad de enfermedad por genes defectuosos. La mayoría de las mutaciones genéticas son de pérdida de función, por lo que tener una segunda copia de ese gen es más probable que proteja contra dicha mutación.

Los organismos vivos son entidades complejas. Tienen múltiples tareas que realizar. El genoma completo se distribuye en tantos genes que se encuentran en los cromosomas. Desempeñan un papel importante cuando es el momento de la transcripción del ADN, la síntesis de proteínas, etc. A los genes se les asignan funciones específicas, como en el caso del Lac Operon. Un solo gen no podrá manejar las diferentes funciones. Se necesitan muchos. En nuestro genoma también hay muchas secuencias genéticas no traducidas que no tienen ningún propósito en absoluto, sino que solo tienen un lugar.

Tener muchos genes no implica muchos genes defectuosos. Las posibilidades de fallas son escasas, ya que nuestros procesos a nivel de genes tienen actividad de corrección y lectura de prueba (con enzimas endonucleasa y exonucleasa) en caso de que se haya introducido algún error. Por lo tanto, hasta cierto punto, los “genes defectuosos” no necesariamente aumentan en número debido a la abundancia de ninguno de los genes. Los genes defectuosos resultan principalmente en caso de mutación.