Cómo sobreviven los peces antárticos al frío extremo: genes anticongelantes y 'genes saltarines' en su ADN

A casi dos grados bajo cero, con un agua cargada de oxígeno que mantiene a las células bajo estrés constante, el océano Antártico parece un lugar imposible para un vertebrado. Sin embargo, los nototénidos, un grupo de unas 140 especies de peces, lo dominan desde hace millones de años. Un estudio publicado en Genome Biology acaba de mostrar buena parte de la explicación, escrita en su ADN.

El trabajo reconstruyó por primera vez el genoma de uno de estos peces, el pez espinoso antártico (Harpagifer antarcticus), y lo hizo distinguiendo por separado las dos copias que hereda de cada progenitor. Es producto de una colaboración entre el Instituto Senckenberg de Fráncfort, el British Antarctic Survey, el Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Cambridge y la Universidad de Colorado. Los métodos tradicionales de secuenciación mezclan ambas copias y pueden ocultar diferencias entre ellas; este enfoque evita ese problema.

El resultado es un mapa de alta precisión, con 24 cromosomas por copia y más de 23.000 genes identificados. Una sorpresa: las dos copias son casi idénticas, con una diferencia inferior al 0,4%, algo inusual si se compara con otros animales, donde la distancia entre la versión paterna y la materna puede ser mucho mayor.

Una de las adaptaciones más conocidas son las glicoproteínas anticongelantes, que se adhieren a los cristales de hielo formados dentro del organismo e impiden que sigan creciendo. El gen que las produce aparece repetido entre 16 y 17 veces, con una copia de diferencia según se mire el haplotipo paterno o el materno. Aunque ambas versiones tienen una estructura casi igual en número de genes, los investigadores hallaron diferencias significativas en la longitud de los segmentos que codifican esas proteínas. Como las proteínas más grandes frenan mejor el crecimiento del hielo, el estudio plantea que esas variantes podrían ser relevantes para la adaptación local de la especie.

La respuesta al frío va más allá del anticongelante. El análisis identificó 334 genes con cambios acelerados en el ancestro común de los crionototénidos, el subgrupo antártico, y bajo presión evolutiva para adquirir nuevas funciones. Entre los procesos más representados están la defensa contra el daño celular, el metabolismo de las grasas y el equilibrio proteico, es decir, la capacidad de producir, plegar y eliminar proteínas. El agua antártica tiene más oxígeno disuelto que los océanos templados, lo que impone un alto estrés químico, y el frío extremo dificulta que las proteínas adopten su forma correcta. Los genes ligados a neutralizar ese daño dentro de las mitocondrias mostraron señales claras de evolución específica en este grupo.

Otra conclusión llamativa atañe a los elementos transponibles, o “genes saltarines”: secuencias de ADN que se mueven o duplican dentro del genoma y pueden alterar genes cercanos. El 43% del genoma de H. antarcticus son elementos repetitivos. Al comparar 12 genomas de nototénidos, el equipo detectó dos fases: una expansión lenta entre hace 10,7 y 6,86 millones de años, y picos masivos desde hace unos 4 millones de años, coincidiendo con grandes caídas de temperatura en el Antártico. El trabajo sugiere que el enfriamiento pudo debilitar los mecanismos que normalmente controlan esos elementos y disparar su actividad.

La estructura general de los cromosomas se conservó en el grupo, aunque en algunas especies hubo fusiones. El caso más extremo es Notothenia rossii, que pasó de los 24 cromosomas típicos a solo 12. Además, separar las copias permitió ver “genes saltarines” que aún no están en las dos versiones del genoma a la vez, señal de movimiento reciente. La mayoría cayó en zonas que no codifican proteínas directamente, lo que limita su efecto inmediato.

Queda por saber cómo responderán estas especies, moldeadas por el enfriamiento, a un océano que se calienta.