El humano comparte 11% de su genoma con todos los mamíferos

Desde hace al menos 100 millones de años, incluso más, los mamíferos se han adaptado a todos los ecosistemas del planeta y ahora predominan en la faz de la Tierra, por ello, la clase de animales denominada científicamente como Mammalia, a la que pertenece el ser humano, es sumamente diversa.

Se encuentran en los océanos, como las ballenas y delfines; en los aires, como los murciélagos y algunas ardillas; en los polos, como los osos polares y morsas; en los desiertos, como los camellos y las ratas canguro; en las sabanas, como las cebras, elefantes, leones y suricatas; en las selvas como los tigres, chimpancés, gorilas y armadillos; entre mucho otros.

Sus características pueden ser divergentes: El murciélago abejorro pesa solo dos gramos y la ballena azúl 150 toneladas; el guepardo es capaz de correr 110 kilómetros por hora y el oso perezoso solo 0.27 km/h; el ballenato de Cuvier puede aguantar sin respirar debajo del agua durante tres horas 42 minutos, mientras que el ser humano solo entre 30 segundos y 2 minutos, en promedio.

Una gran diversidad muy heterogénea de la que hasta ahora se conocen seis mil especies divididas en mil 230 géneros, 154 familias y 29 órdenes; pero hay alrededor de 2 mil especies más, todavía desconocidas.

Este variado grupo de animales tiene un ancestro común y por ello, de acuerdo con el proyecto internacional Zoonomía –cuyos resultados se publican esta semana en 11 artículos de la revista Science–, el 11% del genoma del ser humano es idéntico al de casi todas las demás especies de mamíferos.

“Los animales son una de las clases de animales más diversas, que varían tanto en tamaño como en muchos órdenes de magnitud y forma, casi hasta el límite de la propia imaginación”, señalan los científicos en Science. “Comprender cuándo, cómo y bajo qué presiones selectivas han desarrollado esta variación ha sido de interés desde los albores de la ciencia”.

El Proyecto Zoonomía en el que participan más de 150 investigadores de 50 instituciones científicas de varios países del mundo (ninguna de México), analizó la secuencia genómica de 240 especies de mamíferos que forman parte del 80% de las familias de esta clase, la colección más grande de secuencias genómicas de mamíferos, hasta ahora.

“En conjunto, los 11 artículos brindan una enorme cantidad de información sobre la función y el desarrollo de los genomas de los mamíferos”, dice Kerstin Lindblad-Toh, profesora de Genómica Comparada en la Universidad de Uppsala, una de las líderes de la investigación internacional. “Además, hemos producido datos que se pueden utilizar para estudios de evolución e investigación médica durante los próximos años”.

Genómica comparada

Las y los científicos se plantearon el objetivo de identificar aquellas áreas de los genomas que son similares y también aquellas que divergieron luego de millones de años de evolución.

En la primera década de este siglo se secuenció el genoma humano, así como el del chimpancé, la rata y el ratón, de esta manera se sabe que entre el chimpancé y el humano comparten el 99% de los genes, o el 95% del genoma es similar al del ratón y con el 90% de la rata.

Pero para Kerstin Lindblad-Toh, genetista de la Universidad de Uppsala, Suecia, la otra líder de Zoonomía, era necesario analizar más de 200 genomas para ofrecer una visión estadísticamente significativa sobre cómo las especies de mamíferos han cambiado con el tiempo, especialmente para acercarse a los cambios genéticos al nivel más básico: con los pares de bases del ADN.

Una vez que obtuvieron los genomas, incluida la información genética de 52 especies en peligro de extinción, los investigadores los alinearon y los compararon, una rama de la genómica llamada “comparativa” o “comparada”, que requiere una enorme capacidad computacional y una gran cantidad de datos.

Con esta alineación, identificaron regiones de los genomas, a veces solo algunas letras individuales del ADN (o pares de bases: adenina A, timina T, citosina C y guanina G), que están más conservadas o sin cambios en todas las especies de mamíferos.

Así, identificaron que la mayoría de los genes que se comparten regulan la actividad de otros genes funcionales, que son fundamentales para producir proteínas, participan en diversas interacciones y generan las características generales y únicas de las especies e individuos.

Los científicos consideran que, aunque algunas de estas regiones no dan lugar a proteínas, la mayoría del 11% de los genes “conservados” y compartidos son llamados reguladores ya que contienen las instrucciones que indican dónde, cuándo y cuánta proteína se debe producir o modulan cómo y cuándo se transcriben otros genes. Aproximadamente la mitad de estos genes conservados se desconocía su función.

Asimismo, observaron que determinadas mutaciones en estas regiones pueden desempeñar un papel importante en el origen de algunas enfermedades o en las características distintivas de cada especie.

“Los genes que se conservan en muchas especies pueden indicar aquellos que son esenciales para el funcionamiento normal y, por lo tanto, pueden conducir a la enfermedad cuando se alteran. Alternativamente, los genes que son distintivos de grupos o especies específicas pueden ser el resultado de la selección para rasgos adaptativos particulares”, indican los científicos en la revista.

Se sabe que los mamíferos ancestrales aparecieron hace más de 200 millones de años con el Brasilodon quadrangularis, una especie de pequeño roedor ancestral. También se conoce que en la era de los dinosaurios yahabían comenzado a cambiar y divergir, pero fue después del impacto del meteorito de Chicxulub que extinguió a los dinosaurios, hace 65 millones de años, que empezó la era de los mamíferos que aún domina el planeta.

Algunos hallazgos

A través de los análisis comparativos de genomas completos de los 240 mamíferos, los investigadores probaron que al menos el 10% del genoma humano es funcional, diez veces más que aquellos que codifican proteínas, e identificaron partes del genoma humano que se han mantenido sin cambios, después de millones de años de evolución, lo que proporciona información que puede arrojar luz sobre la salud y las enfermedades humanas.

Los resultados muestran cómo el uso de estos datos puede facilitar la búsqueda de los cambios genéticos que aumentan el riesgo de enfermedades, como por ejemplo, algunas variantes genéticas que participan en el origen de enfermedades raras y comunes, incluido el cáncer.

Observaron mutaciones en posiciones del genoma humano conservadas evolutivamente que creen que podrían estar relacionadas con el crecimiento acelerado de los tumores cerebrales o con su resistencia a los tratamientos.

En otro de los artículos identificaron partes del genoma vinculadas con algunos rasgos excepcionales en el mundo de los mamíferos, como el gran tamaño del cerebro, un sentido del olfato refinado y la capacidad de hibernar durante el invierno.

Uno de los estudios examinó más de 10 mil deleciones genéticas específicas de los humanos y luego de un análisis experimental, vinculó algunas de ellas con la función de las neuronas.

Con el uso del aprendizaje automático de la inteligencia artificial descubrieron cambios específicos en la organización del genoma humano, la evolución de secuencias reguladoras o las secuencias que se mueven a lo largo del genoma así como las regiones del genoma asociadas con el tamaño del cerebro.

También se descubrió por qué el famoso perro de trineo de la década de 1920 llamado Balto pudo sobrevivir en el duro ambiente de Alaska. El heroico perro transportó la antitoxina diftérica a la población Nome y salvó la vida de cientos de personas. Con los datos de Zoonomía y 682 genomas de perros y lobos del siglo XXI, se descubrió que Balto comparte solo una parte de su ascendencia con el husky siberiano y que era genéticamente más sano que las razas modernas de canes.

Asimismo, los investigadores encontraron que los mamíferos con menos cambios genéticos en los sitios conservados del genoma estaban en mayor riesgo de extinción, lo que podría ayudar a preservar la biodiversidad. Los científicos consideran que incluso tener un solo genoma de referencia por especie podría ayudar a los científicos a identificar los riesgos de cada especie, ya que menos del 5% de todas las especies tienen genomas de referencia.

Este conjunto de investigaciones del Proyecto Zoonomía es solo una pequeña fracción de la información y descubrimientos que están por venir en el campo de la genómica comparada, lo que permitirá conocer mejor su evolución biológica y sus vínculos con las enfermedades humanas.

Si bien desde hace varios lustros se ha contado con algunos genomas completos, como el humano, este contiene tanta información que todavía se desconoce a detalle la función de los 20 mil genes que lo componen.

Sin embargo, los anáslisis de esos primeros genomas de mamíferos publicados en las últimas dos décadas han sido un buen comienzo para aprender a secuenciar correctamente los genomas, pero ahora, como lo demuestra este proyecto, el ser humano está empezando a sumergirse realmente a desentrañar los secretos de los genomas.

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