La Ciencia explicada: El genoma del Neandertal

Los neandertales son los parientes evolutivos más cercanos de los humanos modernos. Vivieron en la mayor parte de Europa, Medio Oriente y Asia Occidental hasta que desaparecieron hace unos 30,000 años. Después de años de trabajo y de desarrollar las técnicas para obtener ADN de fósiles, un grupo de científicos ha logrado obtener un borrador de la secuencia del genoma del Neandertal; y al compararlo con el genoma de humanos modernos, han intentado responder a preguntas como: ¿Hubo entrecruzamiento entre los neandertales y los ancestros de los humanos modernos? ¿Qué diferencias genéticas son importantes para diferenciar a los humanos modernos de los neandertales?

El primer reto es obtener ADN de Neandertal; después de tantos años éste se encuentra fragmentado en pedazos no mayores a 200 nucleótidos, ha sufrido modificaciones químicas, y más del 99% es contaminación proveniente de microorganismos, que colonizaron los fósiles después de la muerte, y de humanos modernos que estuvieron en contacto con los fósiles. Los científicos usaron técnicas de aislamiento de ADN que empezaron a desarrollar más de veinte años atrás, y que permitieron que en 1999 se extrajera ADN de fósiles del Pleistoceno, y en 2008 se secuenciara el genoma del Mamut y el genoma mitocondrial del Neandertal. Las técnicas incluyen el uso de una sala estéril, el procesamiento con enzimas que cortan específicamente ADN con secuencias que se encuentran en microorganismos pero no en primates, y una serie de controles para detectar contaminación proveniente de humanos modernos como buscar secuencias del cromosoma Y (que sólo tienen los machos) en fósiles provenientes de hembras.

En total, se analizaron tres huesos provenientes de Vindija, Croacia de los que se secuenciaron alrededor de 4 mil millones de nucleótidos; además se obtuvieron secuencias en menor cantidad de otros tres individuos de regiones geográficas diversas, y se secuenciaron, con el mismo método, 5 humanos modernos: un Yoruba y un San (África); un Han (Asia oriental); un Papuano (Oceanía); y un Francés (Europa occidental); con los cuales comparar el genoma del Neandertal.

Lugares de donde se obtuvieron los fósiles de Neandertal para secuenciar.

Con toda esta información, y con los genomas del chimpancé, macaco y orangután; los científicos lograron confirmar algunas hipótesis previas, como que la gran mayoría del genoma del Neandertal es idéntico al de los humanos modernos y que la variación genética de los neandertales cae dentro de la variación genética en humanos contemporáneos. Sin embargo, los científicos también lograron identificar características genéticas únicas de los humanos modernos; se encontraron 78 sustituciones que cambian la proteína codificada por un gen; 5 genes (uno de ellos de función desconocida) tienen más de una de estas sustituciones; y 1 gen (relacionado con pigmentación de la piel) tiene una sustitución que cambia el tamaño de la proteína codificada. Además de los genes, existen otros elementos funcionales en los genomas; los autores del estudio identificaron 168 diferencias con posibles implicaciones en la regulación transcripcional, y un cambio funcional en un miARN. En promedio, los neandertales suelen compartir, con los humanos modernos, el 87.9% de las diferencias de éstos con los chimpancés.

Modelo que muestra como la similitud entre no europeos y neandertales puede ser explicada por entrecruzamiento entre ambos.

Los científicos también intentaron identificar regiones que hayan sufrido selección positiva en el linaje de los humanos modernos, es decir variantes que hayan aportado algún beneficio reproductivo a sus portadores. Se lograron identificar 212 regiones candidatas, y entre ellas se encontraron genes como THADA, asociado con diabetes tipo II ,y que puede haber influido el metabolismo energético y estar relacionado con cambios en la alimentación; y otros genes relacionados con funciones cognitivas y morfológicas como: DYRK1A, localizado en la región crítica del síndrome de Down; NRG3, asociado a la esquizofrenia; CADPS2 y AUTS2, asociados al autismo; y RUNX2, cuyo buen funcionamiento es necesario para evitar la displasia cleidocraneal.

Por último, una de las hipótesis que más ha despertado la curiosidad de la imaginación popular (y la de los científicos también) es la posibilidad de que haya habido entrecruzamiento entre humanos modernos y neandertales después de la divergencia de sus poblaciones ancestrales; en el pasado, la evidencia genética y morfológica se interpretado en ambos sentidos. Para evaluar esta hipótesis, los científicos recalcularon que la divergencia poblacional ocurrió en algún momento entre hace 270 mil y 440 mil años. Luego se comparó la variación entre el genoma del Neandertal con la variación entre cinco humanos modernos, y se encontró que los humanos no africanos son mucho más parecido al Neandertal que los humanos africanos. En total, entre el 1% y el 4% de los genomas humanos modernos no africanos proviene del Neandertal. Esto sugiere que sí hubo entrecruzamiento, probablemente en Asia menor (antes de la divergencia entre europeos y asiáticos) donde se estima que ambos grupos convivieron entre hace 50 mil y 100 mil años. Esto no significa que no haya habido entrecruzamiento posterior, sino simplemente que, de haber existido, no tuvo relevancia genética (aunque puede ser muy interesante desde el punto de vista histórico).

La secuenciación del genoma del Neandertal, demuestra la utilidad de obtener secuencias de poblaciones extintas para aprender sobre la historia de especies actuales. Anteriormente, la secuenciación de una proteína de dinosaurio demostró la mayor cercanía de éstos con las aves que con los reptiles; ahora, la secuenciación de grandes porciones del genoma abre la puerta a un estudio más detallado de la historia de las especies.

Referencias: