Un día de otoño, gris y lluvioso como tantos otros, Eske Willerslev, un estudiante danés de doctorado de la Universidad de Copenhague miró por la ventana. Las hojas caídas se amontonan con el viento, amarillentas y húmedas, más allá un perro estaba haciendo sus deposiciones... Eske se pregunta en voz alta: "todos estos restos biológicos tendrían que dejar huella, restos de su ADN tendrían que encontrarse en los sedimentos del futuro, hojas muertas, polen, hongos y excremento... tiene que quedar la huella". Su director de Tesis le dijo que nunca había oído una mayor burrada. Corrían los inicios del siglo XXI, y claramente, su director de Tesis no fue capaz de ver más allá de lo que se conocía en el momento, porque hoy día este gran hito es posible, gracias a los grandes avances en secuenciación masiva, en recuperación de ADN antiguo y del ADN ambiental.
Todos hemos escuchado por las noticias que se puede saber si hay infección por covid en una población analizando las aguas residuales. De hecho, mediante el análisis de muestras de agua marinas o de agua dulce, encontramos restos celulares de los animales y plantas que viven allí. Por lo tanto, se puede aislar este ADN y secuenciar. Tener la secuencia masiva, millones y millones de lecturas de fragmentos de ADN no es suficiente para reconocer de qué organismo vivo procede, hay que hacer una comparación con los bancos de datos de todos los genomas que han sido secuenciados hasta el momento. Es como si cada genoma fuera un puzzle gigante, y tenemos la foto completa del puzzle, pero cuando secuenciamos, solo tenemos piezas pequeñas, que tenemos que ir comparando con la foto de referencia para saber colocarlas donde van. Si no tenemos foto del puzzle gigante (es decir, no tenemos un genoma de referencia) no podemos identificar de qué organismo es el ADN que hemos aislado. Cuantas más especies tenemos secuenciadas, más puzzles completos y más fácil es encontrar dónde va la pequeña pieza de ADN (millones de pequeñas piezas de ADN) que secuenciemos.
Además de obtener ADN del agua, también se puede obtener ADN del aire. Cada vez que habláis, toséis y respiráis, expulsáis células de vuestra mucosa bucal o nasal, que contienen ADN. Hay artículos en los que demuestran que, por ejemplo, obteniendo muestras de aire de una cueva, se puede obtener ADN y al secuenciarlo, identificar qué animales viven habitualmente. El ADN que hay en el agua y en el aire recibe el nombre de ADN ambiental, eDNA (environmental DNA). Y como acabo de comentaros, es muy útil para hacer "muestreo" de las especies (bacterias, plantas, animales...) que viven en determinados hábitats sin necesidad de verlos físicamente. Vivimos inmersos en una sopa de ADN.
Todavía podemos ir más allá y nos podemos preguntar si Eske Willerslev realmente estaba tan desencaminado pensando que se podía aislar ADN ambiental de sedimentos geológicos muy antiguos, con el fin de reconocer qué especies vivían en aquella época. ¿Es eso posible? Se puede obtener eADN de buena calidad de sedimentos de yacimientos donde vivían hominins, como neandertales (como podéis encontrar en este artículo en el que participan científicos muy conocidos como Eudald Carbonell y José Luis Arsuaga). Estamos hablando de sedimentos de hace unos 100.000 años. El ADN que se obtuvo y analizó fue tanto ADN nuclear (el que hemos heredado 50% de cada progenitor y está dentro del núcleo celular), como sobre todo ADN mitocondrial, lo que se encuentra dentro de las mitocondrias, que heredemos exclusivamente por vía materna. Como os expliqué hace un tiempo, cuando hablamos de ADN antiguo, se degrada antes el ADN nuclear, del cual solo tenemos una copia por célula, mientras que es más fácil que queden restos de ADN mitocondrial, del cual tenemos miles de copias por célula.
Ahora os podéis preguntar, si el ADN se estropea con el tiempo, ¿cuál es el ADN más antiguo que se ha podido nunca secuenciar? Pues hasta hace muy poco, el ADN más antiguo era el de un mamut siberiano de hace aproximadamente 1 millón de años, que había quedado congelado y, por lo tanto, preservado, en el permahielo siberiano; en el suelo permanentemente helado que ahora, a causa del cambio climático y el incremento de temperatura global, ha iniciado el deshielo, revelando aquellos organismos que murieron y quedaron enterrados en medio del frío, hasta ahora, perenne.
Pues bien, la noticia de esta semana es un hito increíble para muchos científicos, y al mismo tiempo, muy excitante. Un grupo de investigadores daneses liderado por Eske Willerslev ha conseguido aislar eADN de sedimentos del permahielo del norte de Groenlandia, de hace unos 2,4 millones de años (recordad que Groenlandia es territorio danés), y la sorpresa ha sido mayúscula porque han podido aislar eADN suficiente que les ha permitido identificar centenares de especies. Pero dejadme ir poco a poco, para poder entender el alcance de este hito. La formación de Kap København es un desierto ártico, no hay casi vida, colinas con pendientes de sedimentos que se han ido acumulando miles de años, recibiendo restos y sedimentos de ríos y el mar, según si era época de glaciación o no. Hay muy pocos restos macrofósiles. Durante tres estancias diferentes, desde el 2006 al 2016, obtuvieron muestras verticales de sedimentos a metros de profundidad, con la idea de analizar y extraer el ADN, pero cada vez que lo intentaban, fallaba. El ADN estaba demasiado degradado, no parecía factible. Pero con la incorporación de una científica especializada en la extracción química del ADN unido a los minerales, han encontrado la manera de purificarlo. Pensad que el ADN es un ácido y está cargado negativamente, por lo tanto, puede unirse a metales o a diferentes tipos de elementos minerales cargados positivamente, como la arcilla, las esmectitas y el cuarzo. Las esmectitas son las que retienen mejor el ADN (hasta 100 veces más), pero este no se separa fácilmente, mientras que el ADN unido a cuarzo se libera mejor. Y este ADN unido a minerales queda preservado y no se degrada tan fácilmente como el eADN libre.
Como os podéis imaginar, para trabajar con eADN se tiene que ir con mucho cuidado para no contaminar las muestras, y los investigadores tienen que ir bien llenados con EPI y guantes de laboratorio. El ADN tan antiguo no estaba intacto. Había muy poco ADN nuclear, por eso, básicamente han obtenido secuencias de ADN mitocondrial y de cloroplastos (otro orgánulo con ADN, en este caso, exclusivo de vegetales). Además, las secuencias de ADN eran muy cortas (como si las piezas del puzzle estuvieran desmenuzadas), pero obtuvieron más de 2.000 millones de secuencias que podían ser comparadas con los bancos de datos de los genomas de las especies secuenciadas actuales. Con la ayuda de programas bioinformáticos y mucho trabajo, han podido identificar más 102 géneros de plantas terrestres, además de artrópodos como hormigas y escarabajos, algas y cangrejos, y animales terrestres pertenecientes a diferentes familias, desde roedores, liebres, ciervos y renos, y también mastodontes, un género de megaherbívoros próximo a mamuts y elefantes, ya extinguido, que necesita una gran cantidad de alimento para sobrevivir y que nunca se habían encontrado restos tanto en el Norte, sino más en el Sur y en el continente norteamericano. ¿Cómo llegaron los mastodontes hasta la isla de Groenlandia? No se sabe, pero su ADN mitocondrial nos indica que allí vivieron, y no debieron ser pocos porque queden los restos entre los sedimentos de hace dos millones de años.
El conjunto de todas las muestras de eADN, el que podríamos decir metagenoma, permiten dibujar un ecosistema muy rico, donde hay seres vivos terrestres, de agua dulce y salada, con una gran diversidad biológica, con una temperatura ambiental de entre 11 a 19 grados superior a la actual. Y esta diversidad es solo una pequeña muestra, ya que hay muchas secuencias de ADN que no pueden ser comparadas porque no hay ningún genoma de referencia con el que comparar, se hipotetiza que una buena parte de estas secuencias quizás pertenecen a géneros extinguidos, o a especies muy alejadas de las que tenemos actualmente. Son piezas del puzzle que no tienen ninguna foto con la que comparar para encajarlas. Sin embargo, ¡imaginad cuántas posibilidades nos abre el eADN! Perfeccionando la técnica, quizás podremos obtener más ADN de sedimentos todavía más antiguos, y hacernos la idea de ecosistemas que actualmente no existen, y con especies desconocidas que ni siquiera podemos imaginar.
Para acabar, os recomiendo mucho que veáis el vídeo divulgativo de Eske Willerslev, en el que podréis vivir a través de sus palabras la emoción de este descubrimiento científico, con unas imágenes espectaculares, y donde podréis ver cómo es ahora este terreno yermo de Groenlandia y cómo debió ser hace 2 millones de años. ¡Es realmente increíble!