Cómo contribuye la epigenética a la respuesta ambiental

Las condiciones ambientales en este campo geotérmico incluyen una alta temperatura del suelo, concentraciones excepcionalmente altas de dióxido de carbono (CO2) y bajas de oxígeno y una mayor biodisponibilidad de metales. Este ambiente estresante sería letal para la mayoría de los organismos, por eso un proyecto financiado por la Unión Europea empleó como especie de estudio L. rubellus con el fin de determinar cómo esta lombriz de tierra puede tolerar estas condiciones tan desfavorables para la vida.

El proyecto EPIWORM (Finding the ghost in the genome: Assessing the contribution of epigenetics to environmental plasticity in the soil sentinel Lumbricus rubellus) estudió alteraciones en las características epigenéticas provocadas por la exposición a contaminantes ambientales en L. rubellus. El equipo del proyecto se proponía determinar si el control epigenético es un mecanismo adicional para regular las respuestas del genoma en las poblaciones de esta especie.

Los investigadores postularon que factores ambientales estresantes como los contaminantes influyen de manera directa en la expresión de determinados genes. El resultado es una mayor plasticidad fenotípica y una base mecanicista que sustenta la respuesta del organismo a estímulos causales que inducen estrés.

Para tal fin, se seleccionaron dos sitios de estudio en la isla de San Miguel. El primero era Furnas, que presenta la mayor actividad volcánica de todo el archipiélago de las Azores, y el segundo era Macela, que no presenta actividad volcánica. Aunque la concentración de metales era parecida en los dos sitios, el suelo de Furnas se caracterizaba por temperaturas altas, hipoxia relativa, niveles extremadamente altos de CO2 y acidez.

Los investigadores mapearon los cambios epigenéticos mediante la inmunoprecipitación de ADN metilado de muestras pulverizadas de lombriz de tierra. Esto constituyó la primera descripción de patrones de metilación en lombrices de tierra.

Los datos también condujeron al desarrollo de un programa informático capaz de llevar a cabo análisis exploratorios rápidos de grandes conjuntos de datos epigenéticos. Además, los investigadores crearon bibliotecas de pequeñas secuencias de ARN e identificaron, por primera vez, microARN (miARN) en la lombriz de tierra Amynthas gracilis. El miARN parecía no solo desempeñar una función clave en la adaptación de estos organismos a las condiciones volcánicas, sino también presentar funciones de regulación específicas para cada población.

Los investigadores también estudiaron la relación espacial entre modificaciones epigenéticas y loci que presentan una expresión alterada mediante la obtención de datos de secuencias de ARN. Esto permitió identificar una serie de rutas relacionadas con la supervivencia a múltiples agentes ambientales estresantes, incluyendo genes implicados en la respuesta del organismo a la hipoxia, la hipercapnia, el estrés térmico y metales.

El proyecto EPIWORM también estudió la epidermis de la lombriz de tierra en suelos volcánicos y no volcánicos con el fin de determinar la relación funcional entre cambios epigenéticos y respuestas fenotípicas. Los resultados revelaron que las lombrices de tierra responden a los cambios desde un punto de vista epigenético mediante la regulación de cambios tanto en la expresión génica como en las secuencias basales, cuya información genética se modifica como resultado de la adaptación.