Un perro y un gato. Un salmón y un oso pardo. Un cocodrilo y un gorrión. Una cucaracha y una ballena blanca. Un humano y una estrella de mar. Todas estas parejas, a priori tan diferentes, están relacionadas entre sí. En realidad, todos tienen un nexo: comparten ancestros comunes que vivieron en algún momento de los últimos 3.700 millones de años, momento en el que surgió la vida en el planeta Tierra. Aquellos antepasados legaron su ADN, la receta con la que se crean los seres vivos, a sus descendientes. Si bien, las réplicas sufrieron cambios en el camino de los que surgieron otras características distintas que, con el tiempo, convirtieron a sus herederos en otros seres diferentes. Nuevas especies. Nuevas familias. Pero no todo se perdió: una parte invariable permaneció en aquel material genético; una parte que ha permitido a los científicos rastrear los orígenes de la vida casi desde los orígenes. Ahora, un equipo internacional, en el que han trabajado 150 investigadores de 50 instituciones de todo el mundo, ha elaborado el Proyecto Zoonomia : una base de datos con los genomas completos de 240 especies diferentes de mamíferos que representan el 80% de este tipo de animales entre los que nos incluimos. Una herramienta con la que comparar desde un oso hormiguero hasta un cebú, pasando por un humano, y los cambios genéticos que se han producido en los últimos 100 millones de años. Como resultado, este jueves la revista ‘ Science ‘ publica once estudios diferentes que han podido realizarse gracias al Proyecto Zoonomia y que versan desde lo que revelan los genes sobre la capacidad de hibernar; cómo el riesgo de extinción de las especies está también escrito en su material genético y cómo puede ayudar a su conservación; o la fracción de ADN que compartimos con todos los mamíferos. Los orígenes del Proyecto Zoonomia «La idea central del proyecto era desarrollar y utilizar estos datos para ayudar a los genetistas humanos a descubrir qué mutaciones causan enfermedades», explicó en rueda de prensa Kerstin Lindblad-Toh, directora científica de genómica de vertebrados en el Instituto Broad del MIT y Harvard, que junto con Elinor Karlsson, directora del departamento del Lindblad-Toah, son las coordinadoras y responsables últimas de este proyecto. El primer paso de esta enorme base de datos se dio en 2006, cuando se secuenció el genoma de 29 mamíferos. En 2020, el conjunto se amplió a 120. Ahora, se ha doblado la apuesta, con 240 genomas, otros 120 de mamíferos no secuenciados previamente. Además, se han alineado todos, una tarea computacional muy ardua, para que los científicos puedan compararlos de forma mucho más sencilla. Es decir, el Proyecto Zoonomia recoge la ‘receta genética’ de 240 animales emparentados con nosotros que reflejan 110 millones de años de evolución. Y no solo eso: los han organizado para que sea más fácil encontrar en el ADN la parte en la que está escrito, por ejemplo, cómo las ballenas permanecieron en el mar o qué provocó que nuestro cerebro se hiciese más grande. También, y ahí está la parte más interesante, los secretos de por qué nosotros desarrollamos algunas enfermedades a las que otros animales parecen ser inmunes. Sin embargo, no es tan fácil como abrir un libro en busca de respuestas. «El problema es que hay que interpretar estos datos; y ahí entra nuestro trabajo», explica a ABC Irene Gallego Romero, experta en genómica evolutiva humana de la Universidad de Melbourne (Australia), quien ha escrito en este número de ‘Science’ un artículo que pone en perspectiva cinco de los once de los estudios publicados -referentes a la parte ‘humana’ del proyecto-, un ejemplo del potencial de esta nueva herramienta. «Es un trabajo muy interesante porque permite, por ejemplo, seguir la historia evolutiva no solo de un animal, también de un gen concreto que te interese y seguir su secuencia en el resto de mamíferos», explica Gallego Romero. «Y fijándonos en las bases que no varían de todos ellos también se puede extraer información sobre la evolución de este grupo a nivel molecular, por lo que el Proyecto Zoonomia sin duda tiene muchas potenciales aplicaciones». Unos genes para gobernarlos a todos Precisamente la parte de los genes que no varían es uno de los estudios centrales. Liderado por Matthew Christmas, investigador de la Universidad de Uppsala, e Irene Kaplow, investigadora posdoctoral de la Universidad Carnegie Mellon, el equipo encontró que al menos el 10 por ciento del genoma humano está muy conservado en el resto de especies; es decir, que lo compartimos con el resto. Los investigadores hallaron que estos genes comunes han cambiado más lentamente que el resto de los cambios aleatorios del genoma y están involucradas en el desarrollo embrionario y la regulación de la expresión del ARN (genes que pueden interferir, por ejemplo, en la replicación del ADN, suprimiendo a su vez genes específicos). Los investigadores también identificaron partes del genoma vinculadas a algunos rasgos excepcionales en el mundo de los mamíferos, como un tamaño cerebral más grande que el resto de familias, un sentido del olfato más ‘fino’ y la capacidad de hibernar durante el invierno. Con miras a preservar la biodiversidad, los investigadores encontraron que los mamíferos con menos cambios genéticos en los lugares conservados en el ADN están en mayor riesgo de extinción. Karlsson y Lindblad-Toh, quienes también participaron en el estudio, afirman que incluso tener un solo genoma de referencia por especie podría ayudar a los científicos a identificar especies en riesgo, ya que menos del 5 por ciento de todas las especies de mamíferos tienen genomas de referencia, si bien se necesita más trabajo para desarrollar estos métodos. Qué dice el ADN animal sobre enfermedades humanas Una de las partes más interesante es, sin duda, la referente a las aplicaciones en salud humana. Tomando estos genes comunes de mamíferos descubiertos por el anterior estudio, el equipo dirigido por Patrick Sullivan, director del Centro de Genómica Psiquiátrica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte, los comparó con variantes genéticas que los científicos han relacionado previamente con enfermedades como el cáncer gracias a otros métodos. El equipo descubrió que sus hallazgos se correspondían, pero además revelaban más conexiones entre las variantes genéticas y su función que los otros sistemas, así como nuevos genes que podrían estar involucrados en enfermedades raras. «Algunos genes altamente restringidos pueden producir proteínas que son casi idénticas en nosotros y en un ratón», explica Sullivan. «Eso es una locura porque probablemente hay 60 millones de años de evolución entre los humanos y los ratones. Y, sin embargo, esta proteína no ha cambiado, por lo que inferimos que esta proteína está haciendo algo realmente importante«. Otros estudios publicados este jueves señalan cambios específicos en la organización del genoma humano o un sistema de ‘machine learning’ que identificó regiones asociadas con el tamaño del cerebro. No acaban ahí los hallazgos: otro de los artículos demuestra que los mamíferos se diversificaron antes de la extinción masiva de los dinosaurios, hace 65 millones de años, una corriente teórica que ha ganado peso en los últimos años, ya que tradicionalmente se pensaba que nuestros antepasados no florecieron hasta la desaparición de estos gigantes. Uno de los más trabajos más curiosos es la historia que revelan los genes de Balto, el famoso perro de trineo que salvó al pueblo de Nome (Alaska) en 1925 al llevarles medicinas y comida cuando quedaron aislados: el can era mestizo, y no un husky siberiano como se pensaba, lo que influyó en su resistencia al frío. MÁS INFORMACIÓN noticia No Esta es la primera imagen de un agujero negro y su chorro de energía noticia No Webb consigue, por primera vez, observar el nacimiento de lo que hoy es un gigantesco cúmulo galáctico «Estamos muy entusiasmados con la secuenciación de especies de mamíferos», dijo Lindblad-Toh. «Y estamos entusiasmados de ver cómo nosotros y otros investigadores podemos trabajar con estos datos de nuevas formas para comprender tanto la evolución del genoma como las enfermedades humanas». Lo que nos hace mamíferos Todos los organismos vivos del planeta tienen ADN. El material autorreplicante actúa como modelo para producir ciertas moléculas en los organismos, como las proteínas. No sorprende que los humanos y nuestros parientes más cercanos, los chimpancés, compartan el 98,8% del material genético. Si bien algunos de nuestros genes han evolucionado con el tiempo, otros se han mantenido iguales durante todo el proceso evolutivo de los mamíferos. En términos científicos, estos se denominan genes «altamente restringidos». Algunos genes humanos tienen una cantidad sorprendente de similitud genética en ratones, vacas, perros, gatos, murciélagos y delfines en muchas regiones del genoma. Estos son los genes que nos unen como mamíferos. Dado que estos genes se han sometido a una «prueba de fuego» a lo largo de la historia evolutiva, estas regiones genéticas inalteradas deben desempeñar un papel fundamental en la salud y la composición genética del organismo, según Sullivan. Podría ser más sencillo ver el trabajo de nuestros genes compartidos cuando nos alejamos para tener una visión más holística. Los humanos y otros mamíferos comparten estructuras anatómicas, como el corazón de cuatro cámaras, los pulmones, el cabello (o pelaje), el esqueleto y las glándulas mamarias productoras de leche. También compartimos procesos fundamentales similares a menor escala, incluida la embriología, cómo crecen y se dividen las células, y el desarrollo y funcionamiento de las sinapsis que transmiten sustancias químicas neurológicas a través de nuestro cuerpo y cerebro. Todos los cuales se forman a través de nuestras regiones genéticas compartidas. Entonces, si uno de estos genes que componen la base de un mamífero se altera o se elimina, podría tener efectos negativos en el organismo. Una nueva forma de ver la salud mental y física humana Si un paciente tiene un trastorno cerebral neurológico o ciertos trastornos psiquiátricos, los investigadores pueden rastrearlo y ver que esta persona ha recibido un «gran golpe» en uno de los genes altamente restringidos que son críticos para el sistema nervioso, la estructura cerebral, o sinapsis. Muchos investigadores se han basado en el estudio de asociación del genoma completo (GWAS) para encontrar dónde se encuentra el riesgo genético de una enfermedad en el genoma. Usando técnicas genómicas y muestras de gran tamaño, los investigadores pueden analizar el genoma completo de muchas poblaciones para encontrar variaciones genéticas, como polimorfismos de un solo nucleótido (SNP), asociados con una enfermedad o un rasgo. Aunque es importante saber dónde se ubican estas variaciones en el genoma, también es útil saber cómo o por qué ocurrieron estas variaciones genéticas en primer lugar. Sullivan espera que otros investigadores hagan uso del nuevo y extenso documento para llegar a sus propias conclusiones con respecto a la genética subyacente a una variedad de enfermedades humanas. «Resulta que muchos rasgos cerebrales en realidad están altamente conservados», dijo Sullivan, quien se desempeña como director del Instituto de Prevención del Suicidio de la UNC en el Departamento de Psiquiatría. «Este proyecto de investigación realmente me ha dado una comprensión mucho más profunda del genoma y cómo se configura el genoma. Ahora uso esto todo el tiempo para tratar de comprender la esquizofrenia, el suicidio, la depresión y los trastornos alimentarios». Lo que esto significa para futuras investigaciones Como uno puede imaginar, el desarrollo exitoso de un ser humano requiere un trabajo pesado de proteínas y secuencias de ADN. Hay dos regiones cortas dentro de nuestro ADN, llamadas potenciadores reguladores y promotores reguladores, que juegan un papel especialmente importante en la regulación de nuestro ADN. La creación de un gen humano es similar a una fábrica que produce donas. Los potenciadores reguladores son responsables de controlar la cantidad de masa que sale de la máquina y se deposita en la bandeja de horno. Los promotores, por otro lado, tienen el control de cuándo se vierte la masa en la bandeja. Al final del día, tienes un gen completamente formado. Los investigadores como Sullivan pueden entrar en las secuencias de ADN y aumentar o disminuir estos potenciadores y promotores reguladores para afectar la cantidad de proteínas producidas por los genes, con el objetivo de disminuir los efectos de una enfermedad genética. «Podría ser posible tocar la parte aguas arriba que lo controla, de una manera muy suave, para ver si eso realmente ayuda», dice Sullivan.
