Menys és més: la pèrdua de gens impulsa l'evolució adaptativa d'un bacteri pandèmic

Un estudi publicat a Nature Ecology & Evolution ha revelat una sorprenent idea evolutiva: de vegades, perdre gens en lloc de guanyar-los pot ajudar un patogen bacterià a sobreviure i expandir-se. 

El treball l’ha dut a terme un equip de científics coordinat per Jaime Martínez Urtaza, del Departament de Genètica i de Microbiologia de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB); Yang Chao i Falush Daniel, de l’Institut d’Immunitat i Infecció de Shanghai de l’Acadèmia Xinesa de Ciències, i Wang Hui, de la Universitat Jiao Tong, de Shanghai. 

En pensar en l’evolució, sovint imaginem organismes que canvien o adquireixen nous gens per adaptar-se, com, per exemple, que els creixin ales, desenvolupin resistència o adoptin nous comportaments. En l’arbre de la vida, tant les mutacions espontànies com l’adquisició de gens són eines clàssiques d’adaptació, però en aquest treball els científics han abordat una altra via evolutiva menys coneguda i poc explorada fins ara: la pèrdua de gens.

La investigació s’ha centrat en el bacteri Vibrio parahaemolyticus, un dels responsables d’infeccions més destacats a escala global, principalment associades al consum de marisc, però també per l’exposició de ferides obertes a l’aigua de mar. En particular, s’ha estudiat un clon pandèmic del bacteri, format per diversos subtipus o soques. Aquest clon en expansió és present principalment a Àsia (es va detectar per primera vegada l’any 1996 al Japó) i se n’han reportat brots significatius posteriorment a la costa oest d’EUA i en alguns països llatinoamericans com Xile, Perú o Mèxic. A Espanya es va detectar per primera vegada el 2004 a Galícia, on va causar un brot de gastroenteritis que va afectar vuitanta persones.

En estudiar la seva evolució, els investigadors van observar que diversos subtipus del bacteri semblaven substituir-se els uns als altres amb el temps en el seu recorregut expansiu a través de diferents onades (waves). Finalment, una soca dominant, anomenada wave-4, va ser la que es va imposar i va causar la majoria de les infeccions humanes. La dinàmica observada era similar a la manera en què les variants del virus SARS-CoV-2 (alfa, delta, òmicron…) es van substituir les unes a les altres durant la pandèmia de COVID-19. L’anàlisi de l’empremta genètica de wave-4 per entendre quins mecanismes li havien conferit el seu avantatge competitiu va revelar la pèrdua de gens, i no un nou gen o una mutació, com el motor adaptatiu clau per esdevenir dominant.

Com la pèrdua de gens ajuda el bacteri a triomfar

El grup de gens que va perdre wave-4 estan implicats en la utilització de la putrescina, una petita molècula present en el medi ambient i en l’intestí humà. Sense aquests gens, el bacteri va obtenir avantatges en dos aspectes clau. El primer, en la supervivència ambiental, ja que podia formar biopel·lícules més resistents, que protegeixen els bacteris de l’estrès i en faciliten l’adhesió a les superfícies, cosa que li permetria sobreviure durant els llargs viatges connectant zones distants del planeta. El segon, en la transmissió humana, perquè s’adheria més fàcilment a les cèl·lules humanes i colonitzava l’intestí més eficaçment.

La pèrdua genètica, per contra, provoca infeccions menys greus del bacteri. Això dona suport a una idea evolutiva coneguda com hipòtesi de la compensació de la virulència. Els patògens massa danyosos (amb una alta virulència) poden matar el seu hoste massa ràpid, cosa que en dificulta la propagació. En canvi, els que aconsegueixen un equilibri entre dany i propagació, com la grip estacional, poden tenir més èxit amb el temps. Aquest equilibri explicaria per què wave-4 es va fer tan dominant.

Una estratègia comuna a totes les espècies

En l’estudi, els científics van descobrir també pèrdues de gens similars en altres espècies bacterianes, com Vibrio cholerae i Escherichia coli, que també van donar lloc a biopel·lícules més fortes i a una adhesió cel·lular més elevada. Aquest resultat apunta a un fenomen d’evolució convergent, que es produeix quan diferents organismes evolucionen independentment amb trets similars perquè s’enfronten a reptes semblants. La pèrdua de gens, suggereixen els científics, pot ser un mecanisme d’adaptació comuna, potent i poc apreciat en els bacteris.

«Durant molt de temps, la pèrdua de gens es va considerar una espècie de decadència biològica», afirma Yang Chao. «Però el nostre estudi demostra que pot ser just el contrari: un moviment evolutiu intel·ligent. En la nostra espècie model, no va ser la mutació o el guany de gens el que va fer que el patogen tingués més èxit, sinó la pèrdua dels gens adequats en el moment oportú».

Un enigma resolt després de 30 anys i un altre per descobrir encara

El resultat de l’estudi publicat ara posa llum a un enigma que ha romàs irresoluble en els últims 30 anys sobre l’expansió global aconseguida per V. parahaemolyticus. I ha estat possible gràcies al volum de dades disponibles en l’actualitat: els científics han treballat a partir d’un conjunt de dades genòmiques mundials a gran escala, amb 8.600 genomes, que inclou representants de sis continents i 34 països.

La investigació proporciona «la visió genòmica més completa sobre l’origen i l’evolució del clon pandèmic de V. parahaemolyticus i permet inferir la història de la seva transmissió geogràfica», assenyala Jaime Martínez Urtaza. «Un pròxim treball ens donarà noves pistes importants sobre com aquest tipus de patògens aconsegueixen viatjar entre continents a través dels oceans», apunta el catedràtic de genètica de la UAB.

Article:

Chao Yang et al. Wave succession in the pandemic clone of Vibrio parahaemolyticus driven by gene loss Nature Ecology & Evolution (2025). DOI: 10.1038/s41559-025-02827-z