Científicos catalanes han encontrado fósiles de cromosomas antiguos que pueden cambiar la historia. Concretamente, un equipo internacional liderado por el Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG) y el Centro de Regulación Genómica (CRG) —los dos de Barcelona— han descubierto fósiles de cromosomas antiguos en los restos de un mamut lanudo que murió hace 52.000 años. El hallazgo ha sido publicado en la revista Cell y ha contado con la participación de los doctores Marc A. Martí-Renom, profesor de investigación ICREA y jefe de grupo en el CNAG y en el CRG; y Juan Antonio Rodríguez, investigador en el CNAG y la Universidad de Copenhague.
La cosa es que, hasta ahora, no sabíamos que podían existir cromosomas antiguos fosilizados —en otras palabras, mapas de ADN convertidos en fósiles, después de haber sobrevivido durante milenios—. Así, con estos fósiles se ha conseguido ensamblar un genoma y su estructura 3D, cosa que no había sido posible hasta el momento. Y es que estos fósiles de cromosomas antiguos conservan un millón de información genética más que las muestras de ADN antiguo que había hasta ahora, de manera que revelan información muy relevante para conocer las especies y su evolución: más detalladamente, qué genes estaban activos. Por lo tanto, el descubrimiento abre la puerta a ensamblar genomas de especies extinguidas, como de muestras conservadas en museos.
Los cromosomas fósiles cambian las reglas del juego
La doctora Marcela Sandoval-Velasco, coautora principal del estudio, ha apuntado que han descubierto que "los pequeños fragmentos de ADN antiguo pueden sobrevivir a lo largo de muchísimo tiempo". "Y no solamente eso. Lo que hemos encontrado aquí es una muestra donde la disposición tridimensional de estos fragmentos de ADN se congeló intacta en su lugar quedándose así durante decenas de milenios, preservando de esta manera la estructura del cromosoma completo", ha añadido.
La cuestión es que los cromosomas fósiles son una herramienta muy potente para estudiar la historia de la vida: si bien los fragmentos típicos de ADN antiguo raramente superan la extensión de 100 letras de código genético (la secuencia completa de un organismo es de miles de millones de letras), los cromosomas fósiles pueden llegar a hacer centenares de millones de letras genéticas. "Si comparamos moléculas de ADN antiguo con las secuencias de ADN de especies modernas, es posible encontrar casos donde las letras individuales del código genético han cambiado", ha afirmado la doctora Olga Dudchenko, coautora principal. En este sentido, Dudchenko ha explicado que "los cromosomas fósiles han cambiado las reglas del juego, porque conocer la forma de los cromosomas de un organismo hace posible el ensamblaje de la secuencia completa de ADN de especies que se extinguieron". "Eso nos permite obtener información que no teníamos hasta ahora", ha dicho.
Cromosomas fósiles: genes activos y por qué
Como los cromosomas fósiles pertenecían a un mamut, una de las primeras cosas que hizo el equipo fue determinar el número de cromosomas que tenía. "Encontramos que tienen 28 de cromosomas, lo cual tiene mucho sentido, porque eso es lo que tienen los elefantes modernos, y son los parientes vivos más próximos del mamut lanudo, ha dicho Rodríguez, que ha añadido que "fue extremadamente emocionante poder contar los cromosomas de una criatura extinta por primera vez". "Usualmente, no es posible divertirse tanto simplemente contado del uno al veintiocho", ha bromeado.
Cuando se examinaron los cromosomas fósiles, fue posible ver qué genes estaban activos gracias a un fenómeno denominado compartimentalización cromosómica: el hecho de que el ADN activo e inactivo tiende a segregarse en dos espacios contiguos dentro del núcleo celular. Para la mayoría de genes, el estado de actividad coincide con lo que el equipo de investigación vio en la piel de los elefantes modernos... pero no siempre. La pregunta obvia para nosotros fue: ¿Por qué es un mamut lanudo? ¿Por qué no es un mamut sorprendentemente calvo?", ha señalado el doctor Thomas Gilbert, coautor del estudio. Según Gilbert, "el hecho de que la compartimentalización del genoma todavía se preservara en estos fósiles fue crucial, 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 del de los elefantes", ha precisado.
Pero la compartimentalización no fue la única cosa que observó el equipo en la forma de estos cromosomas antiguos, ya que los cromosomas compartían muchas características estructurales con los cromosomas modernos. La más "espectacular" de estas características fue también la más diminuta: los bucles de cromatina, estructuras pequeñas de aproximadamente 50 nanómetros. "La supervivencia de los bucles en estos cromosomas antiguos es quizás la parte más impresionante", ha dicho Martí-Renom, que ha añadido que "los bucles de ADN son importantes porque acercan las secuencias de ADN activadores a sus objetivos genéticos". "Por lo tanto, estos fósiles no solos nos muestran qué genes estaban activos, sino también por qué", ha detallado.
Ahora bien, ¿cómo podrían los fragmentos de ADN de cromosomas antiguos sobrevivir durante 52.000 años con su estructura tridimensional intacta? La cosa es que Albert Einstein hizo "una predicción muy simple sobre los cromosomas antiguos: en circunstancias normales, no tendrían que existir", ha señalado Dudchenko. Pero el equipo de investigación se dio cuenta de que los cromosomas fósiles estaban en un estado muy especial, que se parecen al estado de las moléculas de cristal. "El cristal es muy parecido al cristal de tu ventana: es rígido, pero no es un cristal ordenado. (...) Si haces zoom en las partículas individuales, un trozo de cristal es básicamente como un atasco de tráfico a escala nanométrica, en un mundo donde no hay carriles. Las partículas individuales, o los fragmentos individuales de ADN antiguo, simplemente no tienen a dónde ir en esta situación, aunque esperamos miles y miles de años", ha indicado el doctor Erez Lieberman Aiden, coautor del estudio.
¿Cómo sobrevivieron 52.000 años?
Los restos del mamut estaban preservados en el permagel siberiano, de manera que pensar que se conservaron en un estado similar al cristal no es una idea tan descabellada. Muchas civilizaciones han desarrollado, sin saberlo, maneras de inducir esta "transición vítrea" en sus alimentos para conservarlos, a menudo mediante una combinación de enfriamiento y deshidratación —cómo pasa con la carne seca—. Es por eso que la transición vítrea se ha convertido en un concepto clave para la comunidad científica en la alimentación moderna. Así, el equipo de investigación descubrió que los fósiles de cromosomas habían quedado atrapados dentro de un trozo de carne seca de mamut liofilizada.
"Confirmamos esta teoría haciendo experimentos con carne seca de ternera, que es mucho más fácil de encontrar que el de mamut lanudo", ha explicado la doctora Cynthia Pérez Estrada, coautora principal, que ha añadido que la dispararon con una escopeta, pasaron sobre ella con un coche e hicieron que un exlanzador de los Houston Astres le lanzara una bola rápida. "En cada ocasión, la carne seca se rompía en pequeños fragmentos, haciéndose pizcas como un cristal. Pero en nanoescala, los cromosomas estaban intactos, sin cambios. Esta es la razón por la cual los fósiles sobrevivieron. Es la razón por la cual estos fósiles estaban allí, 52.000 años después, esperando que los encontráramos", ha concluido.