Científicos logran rescatar ADN intacto de un mamut que vivió hace 52.000 años
Un grupo internacional de investigadores han descubierto fósiles de cromosomas antiguos en los restos de la piel de una hembra de mamut lanudo. El hallazgo permite ensamblar los genomas de especies extintas y reaviva la idea de resucitar criaturas extinguidas.
Por el Centro Nacional de Análisis Genómico
Los fósiles de cromosomas rescatados de los restos de una hembra de mamut lanudo da alas al sueño científico de resucitar criaturas extinguidas. Imagen generada con DALL-E
Un equipo dirigido por científicos del Centro Nacional de Análisis Genómico y el Centro de Regulación Genómica, en España; el Baylor College of Medicine, en Estados Unidos; y la Universidad de Copenhague, en Dinamarca, informa del descubrimiento de fósiles de cromosomas antiguos en los restos de un mamut lanudo (Mammuthus primigenius) que murió hace 52.000 años.
Los fósiles conservan la estructura de los cromosomas antiguos hasta la escala nanométrica, es decir, la milmillonésima parte de un metro. El descubrimiento ha sido publicado en la revista Cell, y ha contado con la participación de los invstigadores Marc A. Martí-Renom, profesor de Investigación ICREA y jefe de grupo en el Centro Nacional de Análisis Genómico i Centro de Regulación Genómica, y el Dr. Juan Antonio Rodríguez, investigador del Centro Nacional de Análisis Genómico de Barcelona y de la Universidad de Copenhague.
Piel de mamut lanudo con 52.000 años de antigüedad conservada en el permafrost, la capa de suelo congelado permanentemente.Cortesía: Love Dalén / Stockholm University
“Sabíamos que fragmentos diminutos de ADN antiguo pueden sobrevivir durante largos periodos de tiempo —afirma Marcela Sandoval-Velasco, del Centro de Hologenómica Evolutiva de la Universidad de Copenhague y coautora del nuevo estudio. Y añade—; 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, y preservó así la estructura del cromosoma completo".
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 superan los cien pares de bases —o cien letras del código genético—, mucho más pequeños que la secuencia completa de ADN de un organismo, que suele tener 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 las letras individuales del código genético han cambiado —explica otro de los autores del trabajo, Olga Dudchenko, profesora de Genética Molecular y Humana en el Centro de Arquitectura del Genoma del Baylor College of Medicine e investigadora principal en el Centro de Física Biológica Teórica de la Universidad Rice (Estados Unidos). Y continúa—: Los cromosomas fósiles cambian las reglas del juego, porque conocer la forma de los cromosomas de un organismo hace posible ensamblar toda la secuencia de ADN de criaturas extintas. Esto permite obtener información que antes no era impensable".
Veintiocho pares de cromosomas
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 tienen veintiocho pares de cromosomas, lo que tiene mucho sentido, porque eso es lo que tienen los elefantes modernos, y son el pariente vivo más cercano del mamut lanudo —comenta Juan Antonio Rodríguez, coautor del estudio e investigador de la Universidad de Copenhague y del Centro Nacional de Análisis Genómico. Y continúa—: Fue extremadamente emocionante poder contar los cromosomas de una criatura extinta por primera vez. Por lo general, no es posible divertirse tanto simplemente contando del uno al veintiocho".
Valerii Plotnikov y Dan Fisher examinan la piel de mamut lanudo después de que fue rescatada del permafrost. Cortesía: Love Dalén, Stockholm University
Examinando los cromosomas fósiles, que procedían de la piel del mamut, fue posible ver qué genes estaban activos. Esto se debe a un fenómeno llamado compartimentación cromosómica, es decir, 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 observaron en la piel de los elefantes modernos. Pero no siempre.
Ha permitido observar, por primera vez, qué genes estaban activos en un mamut lanudo
"La pregunta obvia para nosotros era: ¿por qué es un mamut lanudo? ¿Por qué no es un mamut escandalosamente calvo? —dice Thomas Gilbert, director del Centro de Hologenómica y coautor del artículo. Y añade—: El hecho de que la compartimentación se conservara en estos fósiles fue fundamental, porque permitió 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 distinto que en los elefantes."
De hecho, los cromosomas del mamut compartían muchas características estructurales con los cromosomas modernos. La más espectacular de estas características era también la más minúscula: los bucles de cromatina, estructuras de tan solo 50 nanometros que el equipo de Baylor había cartografiado en humanos, por primera vez, hace solo una década. Recordemos que la cromatina es la sustancia que compone los cromosomas en las células eucariotas y consiste en ADN, ARN y proteínas. Su estructura y organización son fundamentales, entre otras cosas, para la regulación de la expresión génica y para la protección del ADN durante la división celular.
"La supervivencia de los bucles en estos cromosomas antiguos es quizás la parte más impresionante", dice Marti-Renom, coautor del estudio. Y añade —: Los bucles de ADN, que solo miden 50 nanómetros, son importantes porque acercan las secuencias activadoras de ADN a sus dianas génicas. Por tanto, estos fósiles no solo nos muestran qué genes estaban activos, sino por qué".
El permafrost siberiano, clave para preservar la estructura cromosómica
Sin embargo, los investigadores se quedaron con un enigma: ¿cómo podrían los fragmentos de ADN de los cromosomas antiguos sobrevivir durante 52.000 años con su estructura tridimensional intacta? Al fin y al cabo, 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 los trozos 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", explica Dudchenko. Y añade—: Y, sin embargo, aquí están. ¡Era un misterio de física!"
Para explicar esta aparente contradicción, los investigadores se dieron cuenta de que los fósiles cromosómicos se encontraban en un estado muy especial, muy parecido al estado de las moléculas en el vidrio.
"El cromoglás [muestras de ADN de cromosomas antiguos degradados en fragmentos cortos] se parece mucho al cristal de la ventana: es rígido, pero no es un cristal ordenado —explica Erez Lieberman Aiden, coautor del estudio, director del Centro de Arquitectura Genómica y profesor de la Baylor College of Medicine. Y continúa—: Si nos acercamos a las partículas individuales, un trozo de vidrio -o de cromoglás- es básicamente un atasco a escala nanométrica, en un mundo sin marcas de carril. Las partículas individuales —o los fragmentos individuales de ADN antiguo— no pueden ir muy lejos en esa situación. Aunque esperes miles y miles de años".
Mamuts congelados, nachos y cecina
La idea de que los restos de mamut, desenterrados en 2018 en el permafrost siberiano, se conservaran en estado vítreo no es tan descabellada. Sin darse cuenta, muchas civilizaciones desarrollaron formas de inducir una transición vítrea en sus alimentos como forma de conservarlos, normalmente mediante una combinación de enfriamiento y deshidratación.
El resultado son alimentos, como lo nachos y la cecina, más quebradizos que los originales, pero que duran mucho más. Por eso la transición vítrea se ha convertido en un concepto clave para los científicos de la alimentación moderna. Básicamente, los investigadores descubrieron que los fósiles cromosómicos habían quedado atrapados dentro de un trozo de cecina liofilizada de mamut lanudo.
"Confirmamos esta teoría haciendo experimentos con cecina de vaca vieja liofilizada, que es mucho más fácil de encontrar que la cecina de mamut lanudo —razona Cynthia Pérez Estrada, coautora del estudio e investigadora del Centro de Arquitectura Genómica y del Centro de Física Biológica Teórica de la Universidad Rice. Y concluye: Le disparamos con una escopeta. Lo atropellamos con un coche. Hicimos que un antiguo lanzador de los Astros de Houston le lanzara una bola a toda velocidad. En todas las ocasiones, la cecina se rompió en pedacitos, como un cristal. Pero a escala nanométrica, los cromosomas estaban intactos, sin cambios. Esa es la razón por la que estos fósiles pueden sobrevivir. Esa es la razón de que estuvieran ahí, cincuenta y dos mil años después, esperando a que los encontráramos". ▪️
Aviva Aiden, pediatría en el Baylor College of Medicine, intenta destruir a tiros el cromoglás de un pedazo de cecina de vaca helada. Objetivo: demostrar que la arquitectura nuclear es extremadamente resistente en muestras de tejido deshidratado. Crédito: Aviva Aiden, Thomas Griggs y Erez Aiden
Información facilitada por el Centro Nacional de Análisis Genómico -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Sandoval-Velasco, Marcela, et al. Three-Dimensional Genome Architecture Persists in a 52,000-Year-Old Woolly Mammoth Skin Sample. Cell (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.06.002.
