Genómica
Por by Ann Gibbons 31/08/12 13:09

Una niña siberiana de 50.000 años descubre a los Denisova, primos de los neandertales

Un equipo internacional ha utilizado nuevas técnicas de secuenciación de ADN para obtener su mapa genético a partir de una mínima muestra de un dedo meñique
Uno de los dientes encontrados en la cueva de Denisova. Imagen del Instituto Max Planck
Uno de los dientes encontrados en la cueva de Denisova. Imagen del Instituto Max Planck

Science

En una hazaña técnica impresionante, un equipo internacional de científicos ha secuenciado el genoma de una niña siberiana que vivió hace 50.000 años.  Para ello han usado un método que amplifica las cadenas simples de ADN y la secuenciación es tan completa que los investigadores han obtenido un mapa de una calidad similar a la que se puede generar a partir de la muestra de una persona viva en la actualidad.

La niña tenía los ojos marrones, al igual que el cabello y era de piel tostada. "Nadie pensó que se obtendría un genoma humano prehistórico de tal calidad", dice Matthias Meyer, un post-doctorado en el Instituto Max Planck para la Antropología Evolutiva en Leipzig, Alemania, y parte del equipo. "Todo el mundo se sorprendió. Eso me incluye a mí."

Esa precisión ha permitido comparar el genoma nuclear de esta niña directamente con los genomas de personas vivas, produciendo un "casi completo" catálogo del pequeño número de cambios genéticos que nos hacen diferentes de los denisovanos, que eran parientes cercanos de los neandertales. "Esta es la receta genética para ser un humano moderno", dice Svante Pääbo, el jefe de la investigación y un paleogenetista del instituto Max Planck.

Irónicamente este genoma alta resolución significa que los denisovanos, de los que sólo se conserva el hueso de un dedo meñique y dos dientes, se conocen mucho mejor genéticamente que cualquier otro ser humano prehistórico, incluyendo neandertales, de los cuales hay cientos de especímenes. La investigación ha confirmado que los denisovanos se cruzaron con los antepasados de algunos homo sapiens y también que tenían poca diversidad genética, lo que sugiere que su pequeña población disminuyó aún más cuando los humanos modernos se expandieron.

"Este equipo científico ha revolucionado el campo del ADN prehistórico de nuevo", dice Beth Shapiro, un biólogo evolutivo de la Universidad de California, Santa Cruz, quien no formó parte del equipo. La genetista evolutiva Sarah Tishkoff, de la Universidad de Pensilvania, coincide en que "esto realmente va a hacer que este campo de la ciencia avance".

El grupo de Pääbo ya sorprendió al mundo en mayo de 2010 al obtener una secuencia de baja calidad (1,3 ejemplares de media) del genoma nuclear del neardental, compuesto por muestras de tres ejemplares. Esto permitió averiguar que entre el uno y el cuatro por ciento del ADN del homo sapiens europeo y asiático --pero no de los africanos--  era común al neandertal y concluyó que el humano moderno se hibridó con neandertales a niveles bajos.

Extraído de un dedo meñique

Tan sólo siete meses después, el mismo grupo científico lograba extraer el genoma nuclear del hueso meñique de la niña de la cueva de Denisova (la llamaron Mujer X). Descubrieron que no era ni un neandertal ni un hombre moderno -aunque se habían encontrado huesos de ambas especies en la cueva- con lo que se trataba de un nuevo linaje al que se le puso el nombre del lugar donde fue encontrada. El equipo encontró 'ADN Denisova' en algunos hombres de las islas Sudeste asiático y llegó a la conclusión de que también se cruzaron con los antepasados del homo sapiens,  probablemente en Asia.

Pero el genoma que se había logrado extraer del meñique era de calidad demasiado baja para producir un catálogo fiable de las diferencias. Parte del problema estribaba en que el ADN antiguo es fragmentario, y la mayor parte de él se distribuye en cadenas sencillas tras extraerlo del hueso.

El mayor avance se produjo al desarrollar un método de secuenciación que comenzara con cadenas simples de ADN en lugar de cadenas dobles, como se hace habitualmente. Se logró incorporando moléculas de unión especiales a los extremos de cada hebra, lo que hizo que el ADN antiguo se mantuviera en su lugar mientras las enzimas iban copiado su secuencia. El resultado fue un aumento de entre seis y 22 veces del material genético secuenciado a partir de los escasos 10 miligramos de muestra que se obtuvieron del dedo de la niña.

Con la nueva información generada, el equipo fue capaz de cubrir el 99,9% de las posiciones asignables de nucleótidos en el genoma de al menos una vez, y más de 92% de los sitios de por lo menos 20 veces, que se considera un punto de referencia para la identificación de sitios de forma fiable. Alrededor de la mitad de los 31 ejemplares provenían de la madre de la niña y la otra mitad de su padre. Se había logrado producir un genoma "de calidad equivalente a un genoma humano reciente", dice el paleoantropólogo John Hawks, de la Universidad de Wisconsin, Madison, quien no formó parte del equipo que realizó el trabajo.

El mapa de este genoma es ahora es tan claro que Meyer y sus colegas fueron capaces de detectar por primera vez que los denisovanos, como los humanos modernos, tienen 23 pares de cromosomas, en lugar de 24 pares, como los chimpancés. Al alinear el genoma de los Denisova con el humano, se ha podido calcular que ambos tuvieron un ancestro común y se separaron hace entre 170.000 y 700.000 años.

Diversidad genética baja

Los investigadores también calcularon el tamaño de las poblaciones de los hombres de Denisova utilizando métodos para estimar la edad de los linajes de diferentes genes y  la diferencia entre los cromosomas que la niña heredó de su madre y de su padre. Encontraron que la diversidad genética de esta especie, ya baja, se redujo aún más hace 400.000 años, lo que refleja las pequeñas poblaciones de la época. Por el contrario, la población de nuestros antepasados aparentemente se duplicó antes de su éxodo desde África.


El equipo también comparó el genoma de los Denisova y los chimpancés, y con los que tienen más en común que el hombre moderno. El linaje de la niña tenía menos tiempo para acumular mutaciones, y la "evolución perdida" sugiere que murió hace aproximadamente unos 80.000 años, dice el co-autor David Reich, un genetista de poblaciones en la Universidad de Harvard.
Si esta fecha -la primera prueba de que un fósil puede ser directamente databa de su genoma- se mantiene, es considerablemente mayor que la fecha de 30.000 a más de 50.000 años que se había establecido para la capa de sedimentos donde fueron encontrados los fósiles de neandertales, denisovanos, y humanos modernos.

La investigación muestra que aproximadamente el 3% de los genomas de las personas que viven en Papúa Nueva Guinea provienen de denisovanos, mientras que en la carga genética de los Han y Dai de China sólo se ha encontrado una pequeña cantidad de ADN denisova.

Por otra parte, el equipo determinó que los papúas tienen en sus autosomas mas ADN denisova que en los cromosomas X (los primeros se heredan de ambos progenitores y los segundos sólo de la madre). Este curioso patrón sugiere varios escenarios posibles, incluyendo que los denisovanos hombres se cruzaron con mujeres humanas modernas, o que estas uniones son genéticamente incompatibles, por lo que la selección natural hacía que desaparecieran algunos de los cromosomas X de los denisova, explica Reich.

El nuevo genoma también ha sacado a la luz un resultado "peculiar". Al utilizar el genoma denisova detallado para mejorar la visión de los de sus primos cercanos los neandertales, el equipo llega a la conclusión de que los asiáticos orientales tienen más ADN neandertal que los europeos. Pero los fósiles neandertales más abundantes se encuentran en Europa, según recalca paleoantropólogo Richard Klein, de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California.

Lo más emocionante para Pääbo es el "catálogo casi completo" de las diferencias genéticas entre los distintos grupos. Esto incluye 111.812 nucleótidos únicos que han cambiado en los humanos modernos en los últimos 100.000 años. De estos, ocho se encontraban en los genes asociados con el sistema nervioso, incluyendo los implicados en el crecimiento de axones y dendritas y un gen implicado en el autismo.

Pääbo está intrigado en particular por un cambio en un gen que está regulado por el gen llamado FOXP2, implicado en trastornos del habla. "Invita a especular que los aspectos cruciales de la transmisión sináptica pueden haber cambiado en los humanos modernos", asegura el equipo en las conclusiones de su investigación. Treinta y cuatro genes están asociados con la enfermedad en los seres humanos. El listado sugiere algunos candidatos obvios para los estudios de expresión de genes. "Lo bueno es que no es una lista astronómicamente grande", dice Pääbo. "Nuestro grupo y otros probablemente serán capaces de analizar la mayor parte de ellos en la próxima década o dos".

De vuelta en Leipzig, el estado de ánimo es optimista, ya que los investigadores pretenden sacar de las estanterías fósiles fuera para probar de nuevo con el 'método de Matías' de secuenciación del genoma. El primero en la lista de Pääbo: Las muestras de hueso de Neandertal, para tratar de producir un genoma que rivalizar con la de la chica Denisova.

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Genómica quiere decir vanguardia tecnológica. Tecnología punta y ya no tan cara. El primer paso se dio al leer los cerca de las 3.000 millones de 'letras' que forman el genoma humano. De eso hace diez años y con ello se abrió un nuevo mundo de posibilidades para la biología, la medicina y también a las ciencias que estudian la evolución de las especies.

En una década la evolución exponencial que ha experimentado la tecnología de la genómica ha permitido reducir sustancialmente los costes de secuenciación genética, lo que ha permitido ampliar el abanico de especies analizadas. El genoma del panda fue desentrañado en 2010 y en la actualidad científicos de todo el mundo persiguen el objetivo de secuenciar más de 10.000 especies de vertebrados para estudiar su evolución.

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