Proyecto del genoma del neandertal

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El proyecto del genoma del neandertal (Neanderthal genome project) es un proyecto de secuenciación anunciado conjuntamente en julio del 2006 por el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva de Leipzig y la empresa de los Estados Unidos 454 Life Sciences.

Se publicaron los resultados del proyecto en el número de mayo del 2010 de la revista Science. Se presentaba allí un borrador del genoma del neandertal basado en el análisis de 4 mil millones de pares de bases de ADN de esa especie. El estudio señalaba que se había dado cierta mezcla de genes entre neandertales y ejemplares de Homo sapiens anatómicamente modernos, y que algunos componentes del genoma del neandertal permanecen en el de los humanos modernos de fuera de África.[1] [2] Con la secuenciación del genoma completo del neandertal en el 2013 por el grupo de Svante Pääbo se ha verificado esta mezcla de genes, entre otros descubrimientos.[3]

Descubrimientos[editar]

Con unos 3.200 millones de pares de bases, el genoma de Homo neanderthalensis tiene un tamaño casi igual que el de H. sapiens.[4] Según se desprende de las secuencias preliminares, los pares de bases de las dos especies son iguales en un 99.7%; la proporción es del 98.8% entre H. sapiens y los chimpancés.[4] [5] En otros estudios, la proporción de igualdad entre los pares de bases de H. sapiens y los de los chimpancés es cercana al 94%.[6] [7]

Se obtuvo ADN de neandertal mediante la extracción practicada en el fémur; para ello se contó con tres huesos de hembras de hace unos 38.000 años hallados en la cueva de Vindija (Croacia), más otros hallados en España, Rusia y Alemania.[8] Sólo hizo falta medio gramo de las muestras óseas para obtener la secuencia, pero el proyecto tuvo que enfrentarse con muchas dificultades: entre ellas, la contaminación del material por bacterias de los neandertales y por quienes habían manejado las muestras en los yacimientos y en el laboratorio.[4] A la hora de secuenciar el genoma, se escoge la muestra que menor grado de contaminación tenga, para ello se analiza el porcentaje de ADN mitocondrial humano y neandertal por PCR, ya que los ADN tan antiguos son muy fáciles de contaminar. Además, su antigüedad hace que durante su manipulación para la secuenciación haya que tener especialmente en cuenta y corregir los errores y artefactos que se suelen introducir por esta edad.[9]

En el 2010, el análisis del ADN mitocondrial del homínido de Denisova (Siberia) reveló que el espécimen difiere del hombre moderno en 385 de unas 15.500 bases de nucleótidos; la diferencia correspondiente entre el hombre de neandertal y el hombre moderno es de unas 202; entre los chimpancés y el hombre moderno, de unos 1.642 pares de bases de ADN mitocondrial. El estudio internacional, liderado desde el Instituto Max Planck, por Svante Pääbo, obtuvo la secuencia del genoma del homínido de Denisova,[10] y ratificó que se trata de una especie diferente a los neandertales y los H. sapiens, que habría compartido con los neandertales un ancestro hace unos 650 000 años y con los humanos modernos hace 800 000 años.[11] [12] Aun en el caso de que el linaje del ADN mitocondrial del homínido de Denisova sea anterior a la divergencia entre los neandertales y los humanos modernos, la teoría de la coalescencia, referida al ancestro común más reciente, no descarta una divergencia posterior de su ADN nuclear.

También en Denisova fue encontrada una falange del pie de otro individuo[13] que al ser analizada resultó ser de un neandertal. De este hueso fue obtenida una secuencia completa del genoma neandertal de muy alta calidad.[3]

Historia[editar]

En el 2006, publicaron sus resultados dos equipos que trabajaban con las mismas muestras de neandertal:

  • El equipo de Richard Green, en Nature.[14]
  • El equipo de Noonan, en Science.[15]

Esos resultados fueron recibidos con cierta crítica, sobre todo en lo referente a la posibilidad de la inclusión de genoma de neandertal en el del hombre moderno.[16] El gen FoxP2, relacionado con el habla, fue hallado en el ADN de los ejemplares 1.253 y 1.351c de la cueva de El Sidrón, y presentaba las mismas mutaciones que en el hombre moderno, lo que apunta a que una especie podría haber tenido algunas de las capacidades básicas de lenguaje de la otra.[17] [18]

En el 2006, el equipo de Richard Green había empleado una técnica de secuenciación, por entonces novedosa, que había desarrollado la empresa 454 Life Sciences y que servía para amplificar moléculas individuales con el objetivo de su caracterización, y proporcionaba más de un cuarto de millón de secuencias cortas. La técnica facilita lecturas localizadas al azar, de manera que las secuencias de interés, como son los genes que difieren entre el neandertal y el hombre moderno, también se presentan al azar. El empleo de esa técnica destruye la muestra secuenciada.[19]

El equipo de Noonan, dirigido por Edward Rubin, empleó una técnica diferente: hacer inserción del ADN de neandertal en bacterias que harían copias de un fragmento. El equipo demostró que se puede obtener secuencias del genoma del nandertal empleando una aproximación metagenómica basada en una genoteca. Todo el ADN de la muestra se perpetúa en genotecas metagenómicas.[19]

En conjunto, los resultados de un equipo y los del otro fueron muy similares, si bien uno señalaba que podía haberse dado la mezcla de los genomas del hombre de Neandertal y el moderno, y el otro no halló indicios de ese hecho. Ambos declararon que no había datos suficientes para llegar a una conclusión definitiva al respecto.[16]

La publicación del equipo de Noonan refería que algunas secuencias del ADN de neandertal se correspondían con otras de los chimpancés, pero no del hombre moderno. De esta manera, se puede calcular con cierta precisión la antigüedad del ancestro común más reciente de H. sapiens y H. neanderthalensis: a partir de sus muestras de neandertal y las de referencia de hombre moderno, el equipo considera una antigüedad de 706.000 años en el caso de ese ancestro común, y 370.000 en el caso de la separación entre las poblaciones ancestrales de neandertales y modernos.[20]

En una investigación anterior del ADN mitocondrial, dirigida por Svante Pääbo en 1997, se había obtenido como resultado que la separación de linajes tenía una antigüedad de unos 500.000 años. El equipo de Green calculó una antigüedad de 516.000 años en el caso del ancestro común, y no indicaba antigüedad de la separación, si bien sostenía que el promedio en la divergencia de los alelos de la especie actual es de 459.000 con un margen de error de unos 40.000: se establecía el margen de confianza desde hace 498.000 años hasta hace 419.000, con un 95% de probabilidad de acierto. Todas estas cifras se obtuvieron considerando ausencia de presión selectiva. De haberse dado esa presión, la separación podría haberse dado antes. Se afirmaba en ese estudio:

« Neanderthal genetic differences to humans must therefore be interpreted within the context of human diversity. » (« Las diferencias genéticas entre H. neanderthalensis y H. sapiens han de ser interpretadas, por tanto, en el conjunto de la diversidad humana. »)

Por su parte, el equipo de Noonan no encontró evidencia de presencia de genoma de H. neanderthalensis en el de H. sapiens, pero no descartaba una mezcla de hasta un 20% con una probabilidad mayor del 95%, por lo que evitó pronunciarse al respecto de manera conclusiva.

En febrero del 2009, el equipo del Instituto Max Planck, dirigido por Svante Pääbo, informó de que había completado el primer borrador del genoma del hombre de Neandertal.[4] Los resultados de un análisis anterior habían apuntado a que los neandertales eran una especie abocada a la extinción, y a que no había trazas de sus genes en los hombres modernos.[21] Resultados posteriores indicaban que algunos neandertales adultos presentaban intolerancia a la lactosa.[18] Con respecto a la posibilidad de obtener un hombre de Neandertal mediante clonación, decía Pääbo: « Partiendo de ADN extraído de un fósil, es y seguirá siendo imposible.»[4]

En mayo del 2010, el proyecto publicó un borrador de la secuencia del genoma del neandertal. En contradicción con los resultados del examen del ADN mitocondrial, se demostró que había un margen del 1 al 4% de aporte genético del neandertal a los humanos modernos de fuera de África. A partir de las muestras de H. sapiens con que contaba el equipo, procedentes de Eurasia, en concreto de Francia, del pueblo han y de papúes, se estableció que podía haberse dado el cruce entre las dos especies en Oriente antes de que H. sapiens emigrase a Europa.[22] No obstante, hay polémica en cuanto a esa consideración, ya que faltan hallazgos arqueológicos que la apoyen, y el registro fósil no señala esa coincidencia espaciotemporal de las dos especies.[23]

Con anterioridad, en 1999, se había publicado un informe sobre el fragmento de una costilla perteneciente al esqueleto incompleto de un niño neandertal hallado en la cueva Mezmaiskaya, del piedemonte noroccidental del Cáucaso. Mediante la datación por radiocarbono, al fragmento se le había asignado una antigüedad de 29.195 ± 965 años AP; se entendía, por tanto, que era un resto correspondiente a los últimos hombres de Neandertal. Se había obtenido material genético para llevar a cabo una secuencia de ADN mitocondrial, que presentaba una divergencia del 3.48% con el de Feldhofer. El hallazgo de este último se había producido 2.500 km más a occidente, en Alemania. Mediante análisis filogenético, se adscribieron los dos ejemplares a un clado al que es ajeno el hombre moderno, y se indicaba que ninguno de los dos tipos de ADN mitocondrial había contribuido al acervo génico correspondiente de la especie actual.[24]

En marzo de 2013 el equipo de proyecto del genoma neandertal del Instituto Max Planck publicó una secuencia completa del genoma neandertal.[3]

Crítica[editar]

Una revisión de los datos de los equipos de Noonan y de Green, hecha por Wall y Kim en el 2007, sostiene que no son compatibles. Además, plantea problemas dignos de consideración con respecto a la fiabilidad de los datos de uno de los estudios, bien en relación con la posibilidad de contaminación por ADN moderno, bien con la de un alto grado de error en las secuenciaciones o bien con una cosa y con la otra.[25]

La repetición de los análisis confirmó los dos resultados: el de 706.000 años de antigüedad del ancestro común considerados por el equipo de Noonan y el de los 516.000 considerados por el equipo de Green. Con los datos del equipo de Noonan, se asignaba una antigüedad de 35.000 años a la separación de la población moderna del neandertal; y con los del equipo de Green, de 325.000. El equipo de Green no había considerado fecha de separación en su estudio; el de Noonan había considerado en principio 440.000 años, si bien se consignó después una antigüedad de 370.000 para esa separación.[14]

Como el equipo de Noonan no había podido llegar a la conclusión de que no se habiera producido hibridación, estableció que había poca probabilidad de que se hubiera dado en un grado apreciable.[19] El equipo decidía considerar una contibución nula del ADN del neandertal al acervo génico europeo actual, tomando como base un margen de confianza fiable en un 95% que indicaba no obstante un margen de hasta el 20% de contribución. La repetición de los análisis hecha por Wall y Kim indicaba márgenes también del 0 al 20% con los datos de Noonan, y del 81 al 100% con los datos de Green. Estos resultados, altamente inconsistentes, sólo podían formar un conjunto coherente de haberse producido la separación en tiempos muy recientes: hace 60.000 años o menos. Pero, aun en ese caso, no habría coherencia entre esa fecha y la determinada para la separación en Europa en el estudio de Noonan.

Genoma completo del neandertal[editar]

En enero de 2014 Svante Pääbo publica en la revista Nature las conclusiones a las que se ha llegado tras obtener la secuencia completa del genoma del neandertal.[26] El ADN utilizado para esta secuenciación fue tomado de la falange de un dedo del pie de un homínido descubierto en la Cueva de Denisova, una vez identificado como perteneciente a la estirpe neandertal. Para dicha identificación se llevan a cabo distintos análisis filogenéticos empleando el ADN mitocondrial o basándose en las transversiones (sustituciones de una purina por una pirimidina o viceversa) existentes entre los ADN nucleares de diversas especies; concluyéndose que este homínido comparte un ancestro común con el resto de los neandertales con los que se compara, siendo el niño neandertal encontrado en la Cueva Mezmaiskaya con el que se encuentra más íntimamente relacionado.[26]

El análisis del genoma de este individuo también revela la existencia de un alto grado de endogamia, pues al comparar las dos copias del genoma (una que proviene del padre y otra de la madre) aparecen gran cantidad de regiones con un elevado porcentaje de homocigosis; revelando que los padres estaban estrechamente emparentados. El alto grado de homocigosis en el cromosoma X indica que estos progenitores compartían, al menos, una madre en común. [26] Todas las investigaciones coinciden en que el tamaño efectivo de la población neandertal no era muy grande, debido probablemente a que se expandieron en grupos pequeños.[9] [26]

Los cálculos de los tiempos de divergencia entre especies son más exactos al utilizar este genoma completo; hallándose que los humanos se dividieron de los neandertales y de los denisovanos hace 571.000 años, mientras que los neandertales y los denisovanos se separaron hace 381.000 años.[26]

La identificación y cuantificación de regiones de ascendencia neandertal o denisovana en el genoma humano permite conocer el flujo genético que tuvo lugar entre estas especies, es decir, la contribución genómica entre ellas. Los humanos que viven en la actualidad fuera del continente africano tienen alrededor de 1,5 - 2,1 % del genoma heredado de los neandertales. Además de ha observado también que los denisovanos dejaron rastros genéticos que perduran en los humanos modernos, mayoritariamente en las poblaciones de Oceanía (3 - 6 %) y Asia (0,2 %).[26]

El homínido de Denisova se llegó a cruzar con un cuarto grupo de los primeros seres humanos que también vivía en Eurasia en ese momento (0,5 - 8 %). La hipótesis más aceptada es que existió un tercer grupo que divergió de los neandertales y denisovanos antes que los humanos; se postula que esta especie podría tratarse del Homo erectus.[26]

Se aprecia un flujo genético también entre los neandertales y los denisovanos, aunque pequeño (menor del 0,5 %). Algunos de los genes para los que se observa una menor divergencia entre ambas especies son HLA y CRISP, envueltos en inmunidad y función del esperma, respectivamente. Este estudio ha permitido realizar un catálogo donde se recopilan las posiciones en las que casi todos los humanos actuales llevan el mismo nucleótido pero difieren de los neandertales, de los denisovanos y de los simios. Se han encontrado un número bajo de sustituciones, inserciones y deleciones, que afectan solamente a 87 genes. 87 genes específicos en los humanos modernos que son significativamente diferentes de los genes relacionados con los neandertales y los homínidos de Denisova y que puede proporcionar información sobre las diferencias de comportamiento que nos distingue de las primeras poblaciones humanas que se extinguieron. Algunos de estos genes son VCAM1 (esencial para el mantenimiento de las células madre neurales en la zona subventricular adulta), HGS (codifica para un factor de crecimiento importante en la supresión de tumores) o ST6GAL2 (relacionado con la respuesta a fármacos contra la esquizofrenia), entre otros. También se han detectado 63 regiones afectadas por selección positiva entre humanos y neandertales, es decir, que se han cambiado y fijado rápidamente, y se han mantenido. Regiones que contienen 112 genes, entre los que se encuentran STK3 (envuelto en apoptosis), RB1CC1 (mantenimiento de células madre neurales), PHKB (almacenamiento de glucógeno) o ITFG1 (modulador de células T). Este catálogo de rasgos genéticos que marcan a todos los humanos modernos podría dar una idea de las causas que hicieron posible la expansión y el desarrollo de estas poblaciones humanas, en detrimento de las especies neandertales y denisovanas.[26]

Véase también[editar]

Notas y referencias[editar]

  1. GREEN, Richard E., KRAUSE, J., BRIGGS, A.W., et al., mayo del 2010: A draft sequence of the Neandertal genome (Borrador de la secuencia del genoma del hombre de Neandertal). Science, 328 (5979): 710–22. doi:10.1126/science.1188021. PMID 20448178; en inglés.
  2. The Neandertal in us (El neandertal que llevamos dentro). Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology (Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva). Max Planck Society (Sociedad Max Planck). 7 de mayo del 2010; en inglés.
  3. a b c PÄÄBO, Svante (2013) "A high-quality Neandertal genome sequence". Department of Genetics, Max-Planck-Gesellschaft. Consultado el 30 de marzo de 2013.
  4. a b c d e McGROARTY, Patrick, 12 de febrero del 2009: Team in Germany maps Neanderthal genome (Un equipo de Alemania confecciona el mapa del genoma del hombre de Neandertal). The Associated Press. En inglés.
  5. THAN, Ker, 6 de mayo del 2010: Neanderthals, Humans Interbred—First Solid DNA Evidence" (Cruce entre Homo neanderthalensis y H. sapiens: primera prueba consistente en el ADN). National Geographic Society.
  6. COHEN, Jon, 29 de junio del 2007: Relative Differences: The Myth of 1% (Proporción de diferencias entre especies próximas: el concepto errado del 1%). American Association for the Advancement of Science (Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia).
  7. Humans and Chimps: Close But Not That Close (Humanos y chimpancés: próximos pero no tan próximos). Scientific American. 19 de diciembre del 2006. En inglés.
  8. Scientists Decode Majority of Neanderthal Man's Genome (Unos científicos descifran la mayor parte del genoma del hombre de Neandertal). Deutsche Welle. 13 de febrero del 2009.
  9. a b Green RE, Krause J, Ptak SE, Briggs AW, Ronan MT, Simons JF, Du L, Egholm M, Rothberg JM, Paunovic M, Pääbo S. (2006). «Analysis of one million base pairs of Neanderthal DNA.». Nature 444 (7117). 
  10. MEYER, Mathias et. al. (2012) "A High-Coverage Genome Sequence from an Archaic Denisovan Individual"; Science 338 (6104): 222-226.
  11. REICH, D. et. al. (2010) «Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia». Nature 468 (1012): 1053–1060.
  12. KRAUSE, J., FU, Q., GOOD, J.M., et al., abril del 2010: The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia (ADN mitocondrial completo de un homínido desconocido hallado en el sur de Siberia). Nature, 464 (7290): 894–7. doi:10.1038/nature08976. PMID 20336068.
  13. MEDNIKOVA, M.B. (2011) "A proximal pedal phalanx of a Paleolithic hominin from denisova cave, Altai"; Archaeology, Ethnology & Anthropology of Eurasia 39 (1): 129-138.
  14. a b GREEN, Richard E. et al., 16 de noviembre del 2006: Analysis of one million base pairs of Neanderthal DNA (Análisis de un millón de pares de bases de ADN de neandertal). Nature, 444 (7117): 330–336. doi:10.1038/nature05336. PMID 17108958. En inglés.
  15. NOONAN, James P. et al.: 17 de noviembre del 2006: Sequencing and Analysis of Neanderthal Genomic DNA (Secuencia y análisis del ADN del hombre de Neandertal). Science, 314 (5802): 1113–1118. doi:10.1126/science.1131412. PMC 2583069. PMID 17110569.
  16. a b TIMMER, John, 17 de noviembre del 2006: Welcome to Neanderthal genomics (Bienvenidos a la genómica del hombre de Neandertal); en inglés.
  17. KRAUSE, J., LALUEZA-FOX, C., ORLANDO, L et al., noviembre del 2007: The derived FOXP2 variant of modern humans was shared with Neandertals (La variante de FoxP2 derivada propia del hombre moderno estaba presente también en el hombre de Neandertal). Current Biology[1][2] (Biología actual), 17 (21): 1908–12. doi:10.1016/j.cub.2007.10.008. PMID 17949978.
  18. a b INMAN, Mason, 12 de febrero del 2009: Neanderthal Genome "First Draft" Unveiled (Revelación del primer borrador del genoma del Hombre de Neandertal); en National Geographic News (Noticias de la National Geographic; en inglés.
  19. a b c YARRIS, Lynn, 15 de noviembre del 2006: Research News, Berkeley Lab (Laboratorio de Berkeley: Noticias de investigación): Neanderthal Genome Sequencing Yields Surprising Results and Opens a New Door to Future Studies (La secuenciación del genoma del neandertal da resultados inesperados y abre una puerta a estudios subsiguientes).
  20. NOONAN et al., 2006: « Our analyses suggest that on average the Neanderthal genomic sequence we obtained and the reference human genome sequence share a most recent common ancestor ~706,000 years ago, and that the human and Neanderthal ancestral populations split ~370,000 years ago, before the emergence of anatomically modern humans. »
  21. WADE, Nicholas: 12 de febrero del 2009: Scientists in Germany Draft Neanderthal Genome (Unos científicos de Alemania presentan un borrador del genoma del hombre de Neandertal). The New York Times.
  22. "Draft full sequence of Neanderthal Genome" (Borrador de la secuencia completa del genoma del hombre de Neandertal) en el sitio de Science.
  23. WADE, Nicholas, 6 de mayo del 2010: [http://www.nytimes.com/2010/05/07/science/07neanderthal.html Signs of Neanderthals Mating with Humans (Indicios de cruce entre H. sapiens y H. neanderthalensis). The New York Times.
  24. OVCHINNIKOV, Igor V., GÖTHERSTRÖM, Anders, ROMÁNOVA, Galina P., JARITONOV, Vitaliy, M., LIDÉN, Kerstin y GOODWIN, William, 30 de marzo del 2000: Molecular analysis of Neanderthal DNA from the northern Caucasus (Análisis molecular del ADN del neandertal del norte del Cáucaso). Letters to Nature, en Nature, 404. pp. 490–493. doi:10.1038/35006625.
  25. WALL, J.D., KIM, S.K., octubre del 2007: Inconsistencies in Neanderthal genomic DNA sequences (Inconsistencias en las secuencias de ADN de neandertal). PLoS Genetics,[3] o Genética de la Biblioteca Pública de Ciencia (Public Library of Science[4][5]), 3 (10): 1862–6. doi:10.1371/journal.pgen.0030175. PMC 2014787. PMID 17937503.
  26. a b c d e f g h Prüfer K, Racimo F, Patterson N, Jay F, Sankararaman S, Sawyer S, Heinze A, Renaud G, Sudmant PH, de Filippo C, Li H, Mallick S, Dannemann M, Fu Q, Kircher M, Kuhlwilm M, Lachmann M, Meyer M, Ongyerth M, Siebauer M, Theunert C, Tandon A, Moorjani P, Pickrell J, Mullikin JC, Vohr SH, Green RE, Hellmann I, Johnson PL, Blanche H, Cann H, Kitzman JO, Shendure J, Eichler EE, Lein ES, Bakken TE, Golovanova LV, Doronichev VB, Shunkov MV, Derevianko AP, Viola B, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. (2014). «The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains». Nature 505 (7481). 

Enlaces externos[editar]