Descubren fósiles de cromosomas antiguos
El descubrimiento de fósiles de cromosomas antiguos en los restos de un mamut lanudo que murió hace 52.000 años ha desvelado que los fósiles preservan la estructura de los cromosomas antiguos hasta la escala nanométrica (milmillonésimas de metro). Así lo concluye un equipo dirigido por científicos del Baylor College of Medicine (Estados Unidos), la Universidad de Copenhague (Dinamarca) y el Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica y el Centre for Genomic Regulation, estos últimos en Barcelona (España), en un trabajo que aparece en la portada de 'Cell'.
"Sabíamos que fragmentos diminutos de ADN antiguo pueden sobrevivir durante largos períodos de tiempo", enuncia la doctora Marcela Sandoval-Velasco, del Centro de Hologenómica Evolutiva de la Universidad de Copenhague y coautora principal del nuevo estudio. "Pero lo que encontramos aquí es una muestra en la que la disposición tridimensional de estos fragmentos de ADN se congeló en su lugar durante decenas de milenios, preservando así la estructura de todo el cromosoma".
Los cromosomas fósiles son una nueva y poderosa herramienta para estudiar la historia de la vida en la Tierra. Esto se debe a que los fragmentos típicos de ADN antiguo rara vez tienen más de 100 pares de bases, o 100 letras del código genético, mucho más pequeños que la secuencia completa de ADN de un organismo, que a menudo tiene miles de millones de letras. En cambio, los cromosomas fósiles pueden abarcar cientos de millones de letras genéticas.
"Al comparar las moléculas de ADN antiguas con las secuencias de ADN de las especies modernas, es posible encontrar casos en los que han cambiado letras individuales del código genético", expone la coautora principal y coautora correspondiente, la doctora Olga Dudchenko, profesora adjunta de genética molecular y humana en el Centro de Arquitectura Genómica de la Facultad de Medicina de Baylor e investigadora principal en el Centro de Física Biológica Teórica de la Universidad Rice (Texas, Estados Unidos). "Los cromosomas fósiles son un punto de inflexión, porque conocer la forma de los cromosomas de un organismo permite ensamblar la secuencia completa de ADN de criaturas extintas. Esto permite obtener los tipos de conocimientos que antes no habrían sido posibles".
Dado que los cromosomas fósiles procedían de un mamut, una de las primeras cosas que hizo el equipo fue determinar el número de cromosomas que poseía el mamut lanudo. "Descubrimos que tenían 28 pares de cromosomas, lo que tiene mucho sentido, porque es lo que tienen los elefantes modernos, y son el pariente vivo más cercano del mamut lanudo", relata el doctor Juan Antonio Rodríguez, coautor principal del estudio e investigador de la Universidad de Copenhague y del Centro Nacional de Análisis Genómico de Barcelona, ??España. "Fue extremadamente emocionante poder contar los cromosomas de una criatura extinta por primera vez".
Al examinar los cromosomas fósiles, que se derivaron de la piel del mamut, fue posible ver qué genes estaban activos. Esto se debe a un fenómeno llamado compartimentación cromosómica: el hecho de que el ADN activo e inactivo tiende a segregarse en dos vecindarios espaciales dentro del núcleo celular. Para la mayoría de los genes, el estado de actividad coincide con lo que los investigadores vieron en la piel del elefante moderno. Pero no siempre.
"La pregunta obvia para nosotros era: ¿por qué es un 'mamut lanudo'? ¿Por qué no es un 'mamut sorprendentemente calvo'?", reflexiona el doctor Thomas Gilbert, director del Centro de Hologenómica y coautor del artículo. "El hecho de que la compartimentación todavía estuviera preservada en estos fósiles fue fundamental, porque hizo posible observar, por primera vez, qué genes estaban activos en un mamut lanudo. Y resulta que hay genes clave que regulan el desarrollo del folículo piloso cuyo patrón de actividad es totalmente diferente al de los elefantes".
Los investigadores observaron más que una simple compartimentación en la forma de estos cromosomas antiguos. De hecho, los cromosomas compartían muchas características estructurales con los cromosomas modernos. La más espectacular de estas características era también la más diminuta: bucles de cromatina, estructuras de tan solo 50 nm que el equipo de Baylor había cartografiado en humanos por primera vez, hace tan solo 10 años.
"La supervivencia de los bucles en estos cromosomas antiguos es quizás la parte más impresionante", reflexiona el profesor de investigación ICREA Marc A. Marti-Renom, coautor del estudio y líder del grupo en el Centro Nacional de Análisis Genómico, así como en el Centro de Regulación Genómica, ambos en Barcelona, ??España. "Los bucles de ADN, que tienen un tamaño de solo 50 nanómetros, son importantes porque acercan las secuencias de ADN activadoras a sus genes diana. Por lo tanto, estos fósiles no solo nos muestran qué genes estaban activos, sino también por qué".
Sin embargo, los investigadores se quedaron con un enigma: ¿cómo podrían los fragmentos de ADN de cromosomas antiguos sobrevivir durante 52.000 años con su estructura tridimensional intacta? Después de todo, en 1905, su 'annus mirabilis' o 'año milagroso', Albert Einstein publicó un artículo clásico en el que calculaba la rapidez con la que las partículas pequeñas, como fragmentos de ADN, tienden a moverse a través de una sustancia. "El trabajo de Einstein hace una predicción muy simple sobre los fósiles de cromosomas: en circunstancias normales, no deberían existir", enuncia Dudchenko. "Y sin embargo: aquí están. ¡Era un misterio de la física!"
Para explicar esta aparente contradicción, los investigadores se dieron cuenta de que los fósiles de cromosomas se encontraban en un estado muy especial, muy parecido al estado de las moléculas en el vidrio. "El cromovidrio es muy parecido al vidrio de una ventana: es rígido, pero no es un cristal ordenado", agrega el doctor Erez Lieberman Aiden, coautor del estudio, director del Centro de Arquitectura Genómica y profesor en el Baylor College of Medicine. "Si se hace un acercamiento a las partículas individuales, un trozo de vidrio –o un trozo de cromovidrio– es básicamente un atasco de tráfico a escala nanométrica, en un mundo sin marcadores de carril. Las partículas individuales, o los fragmentos individuales de ADN antiguo, simplemente no pueden moverse muy lejos en esa situación. Incluso si se espera miles y miles de años".
La idea de que los restos de mamut, desenterrados en 2018 en el permafrost siberiano, se conservaron en un estado similar al vidrio no es tan descabellada. Sin darse cuenta, muchas civilizaciones desarrollaron formas de inducir una "transición vítrea" en sus alimentos como una forma de conservarlos, generalmente mediante una combinación de enfriamiento y deshidratación. Esto dio como resultado alimentos, como las tortillas fritas y la cecina de res, que son más frágiles que los alimentos originales, pero que duran mucho más. Y es por eso que la transición vítrea se ha convertido en un concepto clave para los científicos de alimentos modernos. Básicamente, los investigadores descubrieron que los fósiles de cromosomas habían quedado atrapados dentro de un trozo de cecina de mamut lanudo liofilizada.
