Influencia de la tasa de mutación en la dinámica evolutiva de cuasiespecies

Resumen

La hipótesis de esta Tesis Doctoral es que el valor de la tasa de mutación tiene un papel fundamental en la dinámica evolutiva al depender en gran medida las capacidades adaptativas de las poblaciones del valor de la tasa de mutación de dichas poblaciones. Considerando una población cualquiera, el tiempo que el fenotipo con mayor fitness tarda en alcanzar el estado estacionario depende de múltiples factores, y entre ellos de manera particular del valor de la tasa de mutación. A dicho tiempo lo denominamos tiempo de evolución. Por un lado si la tasa de mutación es muy alta, el tiempo que tarda una población de organismos en adaptarse a unas determinadas condiciones ambientales será alto. Por otro lado, si la tasa de mutación es muy baja, el tiempo que tardará la población en generar nuevas variedades con mayor fitness también será alto. Por lo tanto, debe de existir un trade-off en el tiempo de evolución que implica el valor de la tasa de mutación. Como consecuencia de ello, entre los dos máximos del tiempo de evolución anteriormente mencionados, debe de existir un mínimo del tiempo de evolución para un determinado valor de la tasa de mutación. A la tasa de mutación a la que se da el mínimo del tiempo de evolución la denominamos tasa de mutación óptima. Las principales conclusiones de este trabajo son: 1 La metodología del tiempo característico, Tc, es útil para estudiar el tiempo de evolución dentro del marco del modelo de cuasiespecies. 2 Existen trade off del Tc en función de la tasa de mutación en multitud de fitness landscapes. La importancia de la existencia de los trade off del Tc radica en que pueden tener en un principio influencias profundas en la dinámica evolutiva de poblaciones de replicadores y de sistemas reales. 3 La importancia del Tc es tan crítica en la dinámica de la aproximación estocástica que hace que dicha dinámica pueda ser totalmente diferente para ciertos tamaños de población, N, en comparación con la dinámica que presenta la aproximación determinista. Esto hace necesario emplear la aproximación determinista y la estocástica cuando se estudia la influencia de diferentes valores de la tasa de mutación en la dinámica de poblaciones de replicadores, para no sacar conclusiones sesgadas debidas al empleo de una sóla de las dos aproximaciones y así poder relacionar los resultados con sistemas biológicos reales. 4 Para un amplio rango de valores del tamaño de población, N, la probabilidad de supervivencia de cada uno de los linajes con diferente tasa de mutación está relacionada con el Tc de dichos linajes, siendo la probabilidad de supervivencia más alta la del linaje que tiene el Tc mínimo y por consiguiente la tasa de mutación óptima. 5 Cuando se consideran poblaciones de replicadores con tasa de mutación variable y en la condición inicial la población está compuesta por replicadores con tasa de mutación baja, se observa una gran influencia del Tc en la dinámica de la aproximación estocástica. Dicha influencia se pone de manifiesto por la existencia de un estado metaestable en una proporción muy alta de las simulaciones. Este estado metaestable está caracterizado porque la población está formada prácticamente en su totalidad por replicadores con una tasa de mutación mayor y un Tc menor que los de los replicadores existentes en la condición inicial. 6 La duración del estado metaestable detectado en comparación con el resto de fases del proceso es alta. Esto podría hacer que en situaciones reales de sistemas biológicos como virus y o bacterias dichos sistemas se encuentren durante la mayor parte del tiempo en este estado metaestable, y que dicho estado metaestable sea observado como el estado estable real de los sistemas.Todas estas conclusiones indican la gran influencia que puede tener la tasa de mutación en la dinámica evolutiva de cuasiespecies, y por lo tanto apunta a la importancia del estudio de dicho aspecto mediante el Tc tanto a nivel teórico como en poblaciones de virus de tipo RNA.