LTEE: un experimento brillante

Hace casi 30 años Richard Lenski empezó un experimento que aún no ha terminado. El experimento de evolución a largo plazo (LTEE, por sus siglas en inglés) con la bacteria Escherichia coli. Se trata de un experimento simple, pero brillante, que aprovecha el potencial de los cultivos microbiológicos (poblaciones muy grandes, tiempos de generación muy cortos) para observar la evolución en acción, casi en directo.

 

Richard Lenski mostrando parte del “registro fósil” del LTEE.

 

El experimento comenzó en febrero de 1988 con doce poblaciones de la bacteria que se inocularon en matraces con 10 ml de un medio de cultivo relativamente pobre. A lo largo del LTEE los matraces se incuban a 37o en agitación para asegurar la mezcla de los componentes. Las bacterias crecen y se multiplican durante varias horas hasta agotar la glucosa del medio. Al día siguiente se recoge una pequeña porción del cultivo y se utiliza para inocular un nuevo cultivo, que de nuevo crece hasta agotar la glucosa, y así se repite día a día. En estas condiciones se calcula que se produce una media de 6,7 generaciones por día. Cada 500 generaciones se recoge una parte de cada uno de los cultivos y se congela de forma que se preserve la viabilidad de las bacterias y puedan recuperarse de nuevo cuando se necesiten.

El experimento es sencillo, el microorganismo crece siempre en las mismas condiciones, no hay competencia con otras especies, no hay plásmidos ni bacteriófagos, no hay depredadores ni presas, no hay diferencias geográficas, tan solo el mismo ciclo de siembra en medio fresco y crecimiento hasta el agotamiento de la glucosa,  repetido una y otra vez. Desde que empezó se han sucedido casi 70.000 generaciones de bacterias (el número actualizado puede verse aquí). Cómo comparación, se calcula que la historia total de Homo sapiens comprende unas 10.000 generaciones.

A lo largo de los años se han ido realizando diversos estudios (la lista de artículos publicados aquí) en los que se han observado fenómenos de adaptación (aumento de la eficacia relativa, aumento del tamaño celular), especialización ecológica (clones que crecen mejor cuando el medio es rico conviviendo con otros que tienen ventaja cuando el medio es más pobre), innovación (como la aparición de un clon capaz de utilizar el citrato aeróbicamente). Los estudios moleculares han pasado por la secuenciación de genes, genomas, y ahora metagenomas: en el último trabajo publicado los autores seleccionan muestras de cada una de las doce poblaciones obtenidas, en intervalos de 500 generaciones y abarcando 60.000 generaciones, y secuencian el ADN total contenido en cada muestra, es decir el ADN de toda la población bacteriana que la muestra contenía en el momento de congelarla, de manera que se identifican todas las mutaciones que han aparecido en la población en algún momento y han alcanzado una frecuencia de al menos un 10% durante 500 generaciones o más. Es decir, se consigue extraer del “registro fósil” guardado en los congeladores una película muy detallada de la evolución molecular de cada una de las poblaciones durante 60.000 generaciones. Y la película muestra un panorama genético complejo y dinámico que pocos biólogos o microbiólogos hubieran podido imaginar hace treinta años, tal vez ni el propio Lenski. Se observa una acumulación constante de mutaciones, diversificación de la población en linajes genéticos que prosperan por un tiempo y luego se extinguen, con algunos linajes dominantes pero también con linajes múltiples conviviendo a un tiempo. Los datos muestran la acción de toda una variedad de mecanismos evolutivos que promueven y mantienen la diversidad a nivel molecular: adaptación, interferencia clonal (competición entre clones), epistasis (interacción entre mutaciones), contingencia histórica (mutaciones beneficiosas en un linaje y no en otros).

Cabría pensar que con el tiempo la evolución producirá la bacteria óptima, la que mejor crece en las condiciones concretas del experimento. Y que a partir de ahí el sistema entrará en un desierto evolutivo, un paisaje genético homogéneo y sin más variaciones dominado por un único genotipo, el de la bacteria suprema… pero no es así. La evolución genera diversidad, la diversidad genera nuevas interacciones genéticas y ecológicas, que promueven más evolución, más diversidad. La biología es evolución, y es diversidad. La microbiología también.

 

REFERENCIAS

Good BH, McDonald MJ, Barrick JE, Lenski RE, Desai MM. The dynamics of molecular evolution over 60,000 generations. Nature. 2017 Nov 2;551(7678):45-50. doi: 10.1038/nature24287.

 

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Comentarios

Gracias por la entrada.
Pensarían que estaba loco, y seguro que ni él mismo imaginó que podría llegar a secuenciar y analizar el genoma de todas la muestras. Me ha encantado. Visión de futuro.

Me encanta vuestro blog , he aprendido un monton de cosas

los microbichitos están a todos lados

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