Científics catalans han trobat fòssils de cromosomes antics que poden canviar la història. Concretament, un equip internacional liderat pel Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica (CNAG) i el Centre de Regulació Genòmica (CRG) —tots dos de Barcelona— han descobert fòssils de cromosomes antics en les restes d'un mamut llanut que va morir fa 52.000 anys. La troballa ha estat publicada a la revista Cell i ha comptat amb la participació dels doctors Marc A. Martí-Renom, professor de recerca ICREA i cap de grup al CNAG i al CRG; i Juan Antonio Rodríguez, investigador al CNAG i la Universitat de Copenhaguen.
La cosa és que, fins ara, no sabíem que podien existir cromosomes antics fossilitzats —en altres paraules, mapes d'ADN convertits en fòssils, després d'haver sobreviscut durant mil·lennis—. Així, amb aquests fòssils s'ha aconseguit assemblar un genoma i la seva estructura 3D, cosa que no havia estat possible fins al moment. I és que aquests fòssils de cromosomes antics conserven un milió d'informació genètica més que les mostres d'ADN antic que hi havia fins ara, de manera que desvelen informació molt rellevant per conèixer les espècies i la seva evolució: més detalladament, quins gens estaven actius. Per tant, el descobriment obre la porta a assemblar genomes d'espècies extingides, com ara de mostres conservades en museus.
Els cromosomes fòssils canvien les regles del joc
La doctora Marcela Sandoval-Velasco, coautora principal de l'estudi, ha apuntat que han descobert que "els petits fragments d'ADN antic poden sobreviure al llarg de moltíssim temps". "I no sols això. El que hem trobat aquí és una mostra on la disposició tridimensional d'aquests fragments d'ADN es va congelar intacta al seu lloc quedant-se així durant desenes de mil·lennis, preservant d'aquesta manera l'estructura del cromosoma complet", ha afegit.
La qüestió és que els cromosomes fòssils són una eina molt potent per estudiar la història de la vida: si bé els fragments típics d'ADN antic rarament superen l'extensió de 100 lletres de codi genètic (la seqüència completa d'un organisme és de milers de milions de lletres), els cromosomes fòssils poden arribar a fer centenars de milions de lletres genètiques. "Si comparem molècules d'ADN antic amb les seqüències d'ADN d'espècies modernes, és possible trobar casos on les lletres individuals del codi genètic han canviat", ha afirmat la doctora Olga Dudchenko, coautora principal. En aquest sentit, Dudchenko ha explicat que "els cromosomes fòssils han canviat les regles del joc, perquè conèixer la forma dels cromosomes d'un organisme fa possible l'assemblatge de la seqüència completa d'ADN d'espècies que es van extingir". "Això ens permet obtenir informació que no teníem fins ara", ha dit.
Cromosomes fòssils: gens actius i per què
Com que els cromosomes fòssils pertanyien a un mamut, una de les primeres coses que va fer l'equip va ser determinar el nombre de cromosomes que tenia. "Vam trobar que tenen 28 de cromosomes, la qual cosa té molt sentit, perquè això és el que tenen els elefants moderns, i són els parents vius més pròxims del mamut llanut", ha dit Rodríguez, que ha afegit que "va ser extremadament emocionant poder comptar els cromosomes d'una criatura extinta per primera vegada". "Usualment, no és possible divertir-se tant simplement comptat de l'u al vint-i-vuit", ha bromejat.
Quan es van examinar els cromosomes fòssils, va ser possible veure quins gens estaven actius gràcies a un fenomen anomenat compartimentalització cromosòmica: el fet que l'ADN actiu i inactiu tendeix a segregar-se en dos espais contigus dins del nucli cel·lular. Per a la majoria de gens, l'estat d'activitat coincideix amb el que l'equip de recerca va veure en la pell dels elefants moderns... però no sempre. "La pregunta òbvia per a nosaltres va ser: per què és un mamut llanut? Per què no és un mamut sorprenentment calb?", ha assenyalat el doctor Thomas Gilbert, coautor de l'estudi. Segons Gilbert, "el fet que la compartimentalització del genoma encara es preservés en aquests fòssils va ser crucial, perquè va fer possible observar, per primera vegada, quins gens estaven actius en un mamut llanut". "I resulta que hi ha gens clau que regulen el desenvolupament del fol·licle pilós el patró d'activitat del qual és totalment diferent del dels elefants", ha precisat.
Però la compartimentalizació no va ser l'única cosa que va observar l'equip en la forma d'aquests cromosomes antics, ja que els cromosomes compartien moltes característiques estructurals amb els cromosomes moderns. La més "espectacular" d'aquestes característiques va ser també la més diminuta: els bucles de cromatina, estructures petites d'aproximadament 50 nanòmetres. "La supervivència dels bucles en aquests cromosomes antics és potser la part més impressionant", ha dit Martí-Renom, que ha afegit que "els bucles d'ADN són importants perquè acosten les seqüències d'ADN activadores als seus objectius genètics". "Per tant, aquests fòssils no sols ens mostren quins gens estaven actius, sinó també per què", ha detallat.
Ara bé, com podrien els fragments d'ADN de cromosomes antics sobreviure durant 52.000 anys amb la seva estructura tridimensional intacta? La cosa és que Albert Einstein va fer "una predicció molt simple sobre els cromosomes antics: en circumstàncies normals, no haurien d'existir", ha assenyalat Dudchenko. Però l'equip de recerca es va adonar que els cromosomes fòssils estaven en un estat molt especial, que s'assemblen a l'estat de les molècules de vidre. "El vidre és molt semblant al cristall de la teva finestra: és rígid, però no és un cristall ordenat. (...) Si fas zoom en les partícules individuals, un tros de vidre és bàsicament com un embús de trànsit a escala nanomètrica, en un món on no hi ha carrils. Les partícules individuals, o els fragments individuals d'ADN antic, simplement no tenen a on anar en aquesta situació, encara que esperem milers i milers d'anys", ha indicat el doctor Erez Lieberman Aiden, coautor de l'estudi.
Com van sobreviure 52.000 anys?
Les restes del mamut estaven preservades en el permagel siberià, de manera que pensar que es van conservar en un estat similar al vidre no és una idea tan forassenyada. Moltes civilitzacions han desenvolupat, sense saber-ho, maneres d'induir aquesta "transició vítria" en els seus aliments per conservar-los, sovint mitjançant una combinació de refredament i deshidratació —com passa amb la carn seca—. És per això que la transició vítria s'ha convertit en un concepte clau per a la comunitat científica en l'alimentació moderna. Així, l'equip de recerca va descobrir que els fòssils de cromosomes havien quedat atrapats dins d'un tros de carn seca de mamut liofilitzada.
"Confirmem aquesta teoria fent experiments amb carn seca de vedella, que és molt més fàcil de trobar que la de mamut llanut", ha explicat la doctora Cynthia Pérez Estrada, coautora principal, que ha afegit que la van disparar amb una escopeta, hi van passar sobre ella amb un cotxe i van fer que un exllançador dels Houston Astres li llancés una bola ràpida. "En cada ocasió, la carn seca es trencava en petits fragments, fent-se miques com un cristall. Però a nanoescala, els cromosomes estaven intactes, sense canvis. Aquesta és la raó per la qual els fòssils van sobreviure. És la raó per la qual aquests fòssils eren allà, 52.000 anys després, esperant que els trobéssim", ha conclòs.