El cotejo del genoma humano con el de hipotéticos mamíferos ancestrales que vivieron hace 100 millones de años puede ser la clave para identificar tramos del ADN que contribuyen al desarrollo de enfermedades como el cáncer y la esquizofrenia, difíciles de detectar mediante las técnicas actuales. Esta es una de las promesas de Zoonomia, un proyecto en el que participan más de 30 laboratorios de diferentes instituciones y países, bajo la dirección de científicos de la Universidad de Upsala (Suecia), y del Instituto Broad (EE. UU.). Los resultados iniciales se publicaron el jueves 27 de abril en un número especial de la revista Science, que incluye 11 artículos, todos ellos basados en la evolución de los mamíferos placentarios, lo que deja fuera a animales como el ornitorrinco y el canguro.
Los científicos se basan en datos inéditos de 241 especies, que abarcan a casi todas las familias de los mamíferos, para rearmar la historia evolutiva del grupo, al tiempo que se obtienen pistas para el desarrollo de posibles formas de tratamiento y diagnóstico de enfermedades. Este enfoque promete incluso revelar algunos de los mecanismos genéticos que diferencian a las especies e identificar a las que corren mayor riesgo de extinción, ayudando a definir prioridades para su conservación.
Mônica Imbuzeiro / Wikimedia CommonsDelfín rosado o bufeo, de los ríos amazónicos: una estructura para la vida acuáticaMônica Imbuzeiro / Wikimedia Commons
“Al analizar la evolución de los genomas en el transcurso del tiempo, pudimos identificar segmentos que permanecieron igual y otros que han cambiado”, le explicó a Pesquisa FAPESP la bioinformática Elinor Karlsson, del Instituto Broad y la Universidad de Massachusetts, una de las coordinadoras del proyecto. El nombre elegido para el mismo es un homenaje a Erasmus Darwin (1731-1803), abuelo de Charles Darwin y autor del libro Zoonomia, o Las leyes de la vida orgánica, de 1794.
Karlsson afirma que suelen ser los genes – la parte más estudiada y conocida que representa el 1 % del genoma – los que sufren mutaciones, más fácilmente interpretadas por los efectos funcionales que provocan. Estas alteraciones en el ADN generan modificaciones puntuales en las proteínas, que pueden ser perjudiciales o contribuir para aumentar la diversidad genética en las poblaciones, acaso dando origen incluso a nuevas especies.
“Los tramos que no sufren demasiados cambios regulan los genes y hacen que produzcan más o menos proteínas”, dice Karlsson. “Si un sector del genoma ha permanecido intacto durante 100 millones de años, ha de tener una función importante en los mamíferos”. Estas mutaciones también pueden estar vinculadas a enfermedades. Los investigadores descubrieron que el 9 % del genoma posee funciones regulatorias; aún queda un 90 % cuyas funciones se desconocen.
Clodomiro Esteves Junior / Wikimedia CommonsCarpincho [Hydrochoerus hydrochaeris]: el mayor roedor del mundo tiene hábitos anfibiosClodomiro Esteves Junior / Wikimedia Commons
Hoy en día, la forma más habitual de estudiar las enfermedades complejas es comparando el genoma de las personas con y sin el problema e identificando las áreas presentes solamente en los enfermos. El problema, según Karlsson, reside en que este tipo de abordaje localiza tramos de ADN muy grandes, que incluyen tanto genes como regiones reguladoras.
“El genoma contiene una cantidad gigantesca de información, por lo que estudiar cada uno de esos segmentos es caro y laborioso, y se corre el riesgo de que no sean importantes”, subraya. Así que el criterio evolutivo podría indicar un camino – o atajo – para identificar los tramos del ADN relevantes para la salud.
Desmodus / Wikimedia CommonsMurciélago…Desmodus / Wikimedia Commons
El mes pasado, Karlsson y sus colegas optaron por realizar el quinto congreso de Zoonomia que ya tenían previsto celebrar en Brasil, en la ciudad de Manaos. El escenario fue la Amazonia, en lugar de una ciudad con playa, como era costumbre. “Por primera vez pude conocer en persona animales tales como perezosos, monos y delfines rosados, que solo veo en la pantalla de la computadora bajo la forma de letras de su ADN”.
Uno de los artículos publicados en la edición especial de Science abordó la evolución de los mamíferos placentarios y arribó a la conclusión de que la diversificación del grupo comenzó mucho antes de la extinción de los dinosaurios. “Los mamíferos placentarios aparecieron hace más de 100 millones de años, cuando los continentes aún estaban conectados entre sí”, relata el biólogo Eduardo Eizirik, de la Pontificia Universidad Católica de Rio Grande do Sul (PUC-RS), uno de los autores del artículo.
Nortondefeis / Wikimedia Commons…perezoso…Nortondefeis / Wikimedia Commons
Animales pequeños parecidos a ratas circularon libremente hasta que quedaron aislados por el alejamiento gradual de América del Norte y Eurasia, en el hemisferio norte, y de América del Sur con respecto a África y la India, en el hemisferio sur. “Una vez separadas, las poblaciones habrían seguido su propia trayectoria evolutiva dando origen a los grandes grupos que existen en la actualidad, entre los que se cuentan primates, roedores, carnívoros y murciélagos, entre otros”, sugiere Eizirik.
Unos 20 millones de años más tarde, una gran inundación de los continentes, producto del calentamiento global y de una ingente elevación del nivel del mar, habría acentuado este proceso aún más, al separar a África en dos partes y transformar en islas grandes extensiones de tierra en América.
Para comparar los genomas, los investigadores alinearon el ADN de las 241 especies, comparando cada letra – cada base, en la jerga técnica – y marcando las diferencias. “Es como elaborar una gran tabla con 2.300 millones de columnas y 240 filas, y en cada casillero se coloca la letra que aparece en el genoma de las especies estudiadas”, explica Eizirik.
El trabajo fue particularmente difícil porque el genoma de las especies puede sufrir cambios estructurales a lo largo del tiempo. Por eso, primero hubo que desmenuzar todo el genoma e identificar las regiones equivalentes de cada especie.
Como es posible estimar la tasa de mutación del ADN a lo largo del tiempo, estos árboles evolutivos también aportan información sobre la época en que existieron los antepasados. Esos datos fueron cotejados con las edades conocidas de 37 fósiles de mamíferos para realizar la datación molecular y efectuar los ajustes necesarios.
Hace 66 millones de años, libres de la depredación y la competencia con los dinosaurios, los principales grupos de mamíferos, ya separados, experimentaron nuevas rondas de diversificación y se adaptaron a diversos ambientes, que dieron lugar a grupos tales como los murciélagos, los elefantes y las ballenas. “La diversificación fue rápida, en el transcurso de unos pocos millones de años, especialmente en grupos como los de los murciélagos y los roedores”, dice Eizirik. Cada uno de los grupos originales se diversificó ocupando los nichos que dejaron los grandes reptiles.
El conocimiento de los genomas también puede ayudar a identificar las especies en peligro de extinción, colaborando en los esfuerzos de conservación. El genoma contiene información que permite detectar indirectamente el tamaño de las poblaciones de las especies a lo largo del tiempo.
Luc Viatour / Wikimedia Commons…y mono ardilla común: adaptaciones para el vuelo y la vida en los árbolesLuc Viatour / Wikimedia Commons
Cuanto más pequeñas son las poblaciones, menor suele ser la variabilidad genética, dificultando la capacidad de una especie para adaptarse a los cambios en el ambiente. Entre los felinos brasileños, por ejemplo, el margay [Leopardus wiedii] ha tenido en el pasado poblaciones menores que el ocelote [Leopardus pardalis], por lo que actualmente presenta un menor nivel de diversidad genética, un aspecto que ha de tenerse en cuenta cuando se analiza su vulnerabilidad a la extinción.
“El reto de reconstruir la evolución de los seres vivos a partir del genoma radica en que, además de su enorme extensión, no todos sus tramos relatan la misma historia”, comenta la bióloga Cristina Miyaki, de la Universidad de São Paulo, quien no participó en el trabajo. La investigadora explica que los tramos conservados y los segmentos que han cambiado en el curso de la evolución pueden referir historias diferentes, aunque formen parte del mismo genoma. “Los autores sortearon este inconveniente no solo utilizando una gran cantidad de datos, sino también efectuando diversos análisis para comprobar que los árboles filogenéticos propuestos [los diagramas que representan las relaciones evolutivas] reflejaban esos datos”, dice.
Bo Mertz / Wikimedia CommonsUn pequeño roedor, remanentes de los animales que sobrevivieron a los dinosauriosBo Mertz / Wikimedia Commons
Los estudios del Zoonomia publicados en la revista Science solo han sido posibles gracias a los avances que, en los últimos 20 años, han reducido de 15 años a algunas horas el tiempo que les lleva a las máquinas secuenciadoras completar la lectura de un genoma, y a las técnicas computacionales más sofisticadas de análisis de los patrones evolutivos.
Con el estudio sobre la evolución de los mamíferos, Eizirik y sus colegas han podido corroborar una tesis que abonaban desde 2001, cuando en un artículo publicado en la revista Nature habían planteado que los mamíferos placentarios comenzaron a diversificarse antes de la extinción de los dinosaurios. En virtud del aumento vertiginoso de la extracción de datos y los avances en el análisis informático, el grupo pudo poner a prueba su teoría inicial, que resistió. “Pero ahora, la cantidad de información que da sostén a esta teoría es cientos de miles de veces mayor”.
Artículos científicos
FOLEY, N. M. A genomic timescale for placental mammal evolution. Science. v.380, n.eabl8189. 28 abr. 2023.
MURPHY, W. J. et al. Molecular phylogenetics and the origins of placental mammals. Nature. v. 409, p. 614-18. 1º feb. 2001.
