Genes del ARN ribosomal
Comparaciones de secuencia de ácidos nucleicos como medidas de la separación evolutiva
Ejemplo: Usando secuencias de ADN para construir un árbol sin raíz
Homología del ARN Ribosomal
Ejercicio 2: Identificar a Archaea y Bacteria usando secuencias de ARN 16S.

Los científicos han aprendido que las mutaciones ocurren más frecuentemente en unos genes que en otros, por el número de sustituciones de nucleótidos que se pueden encontrar, al comparar diferentes organismos.

Al estudiarse las relaciones evolutivas de un grupo de especies muy cercanas (como humanos, chimpancés y gorilas), donde la evolución se ha llevado a cabo en los pasados 20 millones de años, probablemente se querría examinar un gene que mutará frecuentemente, para así encontrar las diferencias a estudiar. Pero si el interés es comparar seres vivos con diferencias de cientos o miles de millones de años, el estudio por medio de genes mutantes es raro.

¿Qué gene(s) mutan más lentamente en los organismos vivos ahora ? Posibles candidatos para este honor, incluye a los genes del ARN ribosomal.

Las células producen tres distintos tipos de moléculas de ARN:

  1. El ARN mensajero (ARNm), el cual lleva la información genética a los ribosomas, para poder especificar la estructuras de las proteínas. Las bacterias pueden contener cientos de diferentes tipos de ARNm al mismo tiempo y es el 5% del total del ARN.
  2. ARN de transferencia (ARNt), el cual lleva a los aminoácidos a los ribosomas, para proveer de material para la producción de proteínas. Las bacterias pueden contener cerca de 60 tipos diferentes de ARNt, siendo el 15% del total del ARN.
  3. ARN ribosomal (ARNr), el cual es parte de la estructura de los ribosomas. Las bacterias a menudo usan el 90% de su energía para sintetizar nuevas proteínas y requieren de gran número de ribosomas. El ARNr es cerca del 80% del total del ARN.

Los genes para el ARN ribosomal están entre los más estables e inmutables genes conocidos. Hay mutaciones viables, pero no frecuentemente. En particular, los genes de la unidad pequeña del ARN (16S in procariontes ó 18S en eucariontes) se usan extensivamente para comparar organismos vivos, tan diversos como bacterias, hongos y humanos.

En 1977, Carl Woese de la Universidad de Illinois y sus colegas, asombraron al mundo científico, al publicar los resultados de sus estudios de la subunidad pequeña del ARN (Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 74:4537, 5088.) Como era previsible, se encontraron grandes diferencias en las secuencias de del ARN entre bacterias y eucariontes. Lo que fue sorprendente, sin embargo, fue descubrir que un tercer grupo de organismos, el Archaea, cuyas secuencias de ARN fueron diferentes de otras bacterias, así como de los eucariontes. Estas diferencias se expresan en el siguiente árbol filogenético sin raíz (dibujado de Woese et al.)

Archaea comparte muchas secuencias homólogas de ARN de 16S entre ellas, que con cualquier otra bacteria o eucarionte. Basados en estos estudios, Woese sugirió abandonar la división tradicional de todos los organismos vivo en cinco reinos:

Monera
Protista
Fungi
Plantae
Animalia

En lugar de esto, Woese propuso agrupar a los seres vivos en tres dominios:

Bacteria (las eubacterias, o bacterias "verdaderas")
Archaea (las arqueobacterias)
Eucarya (los eucariontes)

La reacción de los científicos para esta propuesta fue diversa. Todos estuvieron de acuerdo que Archaea parece estar más desligado de las bacterias ordinarias, de lo que se había pensado anteriormente. Pero hay escepticismo acerca de cambiar la taxonomía más fundamental, sólamente por los resultados de una sola metodología, basada en comparar sólamente ARN ribosomal. ¿Qué sucedería si futuros estudios revelaran que los genes ribosomales evolucionan diferentemente que otros genes? Para muchos, es prudente esperar y ver estudios posteriores, particularmente la secuencia de genomas completos de Archaea.