Se presenta el primer borrador del genoma del Neandertal

Uhm… yo se que muy tarde me uní a la fiesta, muchos medios ya informaron sobre este importante avance en el entendimiento de la evolución humana. El viernes pasado se publicó en Science el primer borrador del genoma del Neandertal. Un par de artículos muy extensos —sobre todo el primero— que muestran resultados inesperados que ya lo comentaré más adelante. Borrador quiere decir que es un primer secuenciamiento, de seguro con muchos errores y algunas regiones incompletas, pero lo suficientemente bueno para hacer comparaciones con secuencias de humanos modernos y especies relacionadas.

Y ahora, ¿por donde empezamos?. Todos los estudios sobre fósiles de nuestros ancestros homínidos se basaban en características morfológicas y proporcionales, hasta que en los 90’s Svante Pääbo se enfocó más al estudio del ADN antiguo. Pero, después de más de 50000 años, ¿habrá algo de ADN que extraer?. El ADN es una de las estructuras más estables que existen y en los huesos fósiles pueden haber cantidades considerables de moléculas de ADN, pero muchas de ellas cortadas o degradadas. Si la preservación del fósil fue buena —por ejemplo, bajo el permafrost de las montañas de los países nórdicos— el ADN estará mejor preservado. Sin embargo, otro problema es la contaminación, tanto con ADN de humanos modernos como de bacterias que viven normalmente en los suelos.

Y, ¿para que secuenciar el genoma del Neandertal?. Una de las respuestas es que los humanos modernos y los Neandertales llegaron a vivir al mismo tiempo y quedaría abierta la posibilidad de que haya habido algún tipo de cruce entre estas dos especies, para esto es importante analizar su genoma y compararlo con el de los humanos modernos. Algunos científicos creen que esto haya sido posible, mientras que otros dicen que los humanos modernos vinieron de África y desplazaron a los Neandertales sin que haya habido cruces entre ellos. Hasta ahora, la evidencia genética descartaba que haya habido mezcla de genes entre los humanos modernos y los Neandertales… hasta ahora.

 

Ahora tenemos el primer borrador del genoma del Neandertal, el cual tiene más de 3 mil millones de nucleótidos (3000Mb). Pääbo et al. recolectaron huesos de tres chicas Neandertal que vivieron en Croacia hace 38000 años (Figura). A partir de estos fósiles se pudo extraer el ADN y se secuenció. Al hacer un alineamiento y comparar el genoma del Neandertal con el genoma  de cinco humanos modernos de diferentes partes del mundo, los investigadores encontraron que los europeos y asiáticos comparten del 1 al 4% de su ADN nuclear con los Neandertales, pero los africanos no. Este descubrimiento ha sido uno de los más fascinantes de esta investigación y sugiere que hubo cruce entre los primeros humanos modernos con los Neandertales después que los humanos modernos dejaran África pero antes que se diseminaran por todo Europa. Por más que pese a algunos científicos, es difícil encontrar otra explicación posible a este descubrimiento. Esto quiere decir que mucha gente que vive fuera de África tiene ADN de un homínido extinto, posiblemente “los Neandertal viven en cada uno de ellos”.

San (Sur de África), Yoruba (Oeste de África), PNG (Papúa y Nueva Guinea), Han (Chino) y French (Francés)

Ya tenemos el genoma del Neandertal, ahora debemos buscar que genes son lo que nos hacen “humanos modernos”, genes presentes en el Homo sapiens y no en los Neandertales. A pesar que somos de especies diferentes y distanciados por miles de años, nuestro genoma y el genoma de los Neandertales comparten el 99.84% de identidad. Conociendo estas pequeñas diferencias podemos determinar que genes han cambiado o evolucionado desde que nuestro ancestro más antiguo y los Neandertales divergieron hace unos 270000 a 400000 años. Las principales diferencias se encontraron en genes relacionados con el metabolismo, la piel, el esqueleto y el desarrollo cognitivo, pero no se pudo determinar si estos cambios tuvieron algún efecto fisiológico.

Se sabe que los Neandertales y los humanos modernos coexistieron en Europa de 30000 a 45000 años atrás y en el Oriente Medio hace 80000 años, pero no se encontró rastros de mezcla cuando fueron estudiadas las secuencias del ADN mitocondrial de los Neandertales, fue por esto que los científicos decidieron que no pudo haber cruces entre Neandertales y humanos modernos con descendencia viable. Hasta el mismo Pääbo pensó, la primera vez que vio sus resultados, que este 1 a 4% se podía deber al azar o un flujo estadístico. Pero, cuando se aplicaron distintos métodos en diferentes laboratorios, en todos ellos se obtuvo los mismos resultados, confirmándose la hipótesis del cruce con descendencia viable entre los Neandertales y los humanos modernos.

Estos resultados refutan las teorías que dicen que los humanos modernos salieron de África y colonizaron el mundo sin cruces con otras especies de homínidos antiguos. Sin embargo, estos resultados y descubrimientos obtenidos por Pääbo et al. no son concluyentes debido a la baja cobertura del secuenciamiento (1.3X) y la tercera parte del genoma del Neandertal sigue confuso (por algo es un borrador). Sin embargo, se aplicó una metodología novedosa para llenar los huecos dejados al hacer este primer borrador. Se usaron las secuencias parciales de Neandertales que vivieron en España, Alemania y Rusia. Además, compararon el genoma del Neandertal con el del chimpancé para determinar que variantes genéticas son las más primitivas, lo cual no se puede hacer con los genomas de humanos modernos.

Los Neandertales compartían más SNPs (Polimorfismos de nucleótido simple o cambios en una sola secuencia) con los europeos y asiáticos que con los africanos. Pero, por qué los Neandertales se cruzaron con los europeos y asiáticos pero no con los africanos?. ¿Serían racistas?. Para responder a esta pregunta se deberían secuenciar genomas de más africanos de diferentes partes del continente, de repente justo en esos dos genomas secuenciados no hay evidencia de la mezcla pero en otros sí hay.

Finalmente, se escaneo los genomas de humanos modernos en busca de regiones genéticas de humanos antiguos. Antes de ser comparado con el genoma del Neandertal, estos humanos modernos tenían 13 regiones genéticas que fueron inusualmente variables entre sí y que probablemente han tenido un origen evolutivo antiguo (relacionado con los Neandertales por no estar presentes en los genomas de 23 africanos-americanos). Luego al compararlos con el genoma del Neandertal observaron que de la13 regiones, 10 tenían una variante ancestral de estos genes.

Entonces, después de estudiar todo estos datos se puede inferir que el escenario es que grupos de Neandertales se movieron y se unieron a pequeños grupos de humanos modernos. Y si llegaron a cruzarse y dar descendencia viable las variables genéticas persistieron por el pequeño tamaño de la población. Sin embargo, los datos genéticos obtenidos no apoya la hipótesis de que este cruce se dio hace uno 30000 a 45000 años atrás. Aún así, los cruces no fueron muchos, ¿que era lo que prevenía que se diera este cruce? De seguro que la estructura social primitiva de los primeros humanos modernos, una “barrera cultural”.

El equipo de investigadores también encontró 78 SNPs que cambian la capacidad de codificar ciertas proteínas. Estas 78 modificaciones se dio en los últimos 300000 años. Al estudiar estos genes que estaban relacionados con la cura de las heridas y cicatrización, el movimiento del flagelo de los espermatozoides y la transcripción genética.

Referencia:

Green, R., Krause, J., Briggs, A., Maricic, T., Stenzel, U., Kircher, M., Patterson, N., Li, H., Zhai, W., Fritz, M., Hansen, N., Durand, E., Malaspinas, A., Jensen, J., Marques-Bonet, T., Alkan, C., Prufer, K., Meyer, M., Burbano, H., Good, J., Schultz, R., Aximu-Petri, A., Butthof, A., Hober, B., Hoffner, B., Siegemund, M., Weihmann, A., Nusbaum, C., Lander, E., Russ, C., Novod, N., Affourtit, J., Egholm, M., Verna, C., Rudan, P., Brajkovic, D., Kucan, Z., Gusic, I., Doronichev, V., Golovanova, L., Lalueza-Fox, C., de la Rasilla, M., Fortea, J., Rosas, A., Schmitz, R., Johnson, P., Eichler, E., Falush, D., Birney, E., Mullikin, J., Slatkin, M., Nielsen, R., Kelso, J., Lachmann, M., Reich, D., & Paabo, S. (2010). A Draft Sequence of the Neandertal Genome Science, 328 (5979), 710-722 DOI: 10.1126/science.1188021