Desde que los científicos leyeron por primera vez los códigos genéticos completos de criaturas como las moscas de la fruta y los humanos hace más de dos décadas, el campo de la genómica ha prometido grandes avances en la comprensión de las cuestiones básicas de la biología.
Y ahora viene una entrega importante de esa promesa. En lo que Beth Shapiro, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes y profesora del HHMI, llama un tesoro de investigación, más de 150 investigadores de 50 instituciones están publicando 11 artículos diferentes en la edición del 28 de abril de 2023 de Ciencia. La investigación aporta nuevos conocimientos del Proyecto Zoonomía, un esfuerzo de colaboración sin precedentes dirigido por Elinor Karlsson, directora del Grupo de Genómica de Vertebrados del Instituto Broad del MIT y Harvard, que compara y analiza los genomas completos de 240 especies diferentes de mamíferos, desde osos hormigueros hasta cebúes
Los hallazgos de esta enorme cantidad de datos genéticos incluyen identificar los genes que subyacen a la capacidad de hibernar o cómo crecieron los cerebros, así como identificar la pequeña fracción de genes que hace que los humanos sean únicos. «Estos 11 artículos son solo una muestra del tipo de ciencia que se puede hacer con los nuevos datos genéticos», dice Shapiro, profesor de ecología y biología evolutiva en la Universidad de California, Santa Cruz. «Muestran cuán importantes son realmente estos grandes consorcios y conjuntos de datos fundamentales».
Dos de los artículos, en coautoría con Shapiro y su equipo de Santa Cruz, abren nuevos caminos al mostrar cuánta información valiosa se puede encontrar en los genomas de una sola especie, como las orcas en peligro de extinción, o incluso en el ADN de un individuo. Ese individuo es un perro de trineo llamado Balto, que ha sido inmortalizado en películas y una estatua por ayudar a llevar la antitoxina diftérica que salvó vidas a Nome, Alaska, en un viaje épico a través del desierto de Alaska en el invierno de 1925. Con solo un fragmento del perro piel preservada y «estas nuevas y sorprendentes técnicas que no teníamos antes, pudimos hacer algo científico genial», dice la postdoctoral del HHMI, Katie Moon, autora principal del artículo de Balto y miembro del equipo de Shapiro.
Extinciones masivas
Uno de los nuevos artículos de Shapiro aborda una cuestión urgente y de alto riesgo en la conservación. Los seres humanos ahora están causando extinciones masivas y una grave pérdida de biodiversidad en todo el planeta. Pero, ¿cuáles son las especies que corren mayor riesgo? Tradicionalmente, los conservacionistas abordaron la cuestión contando minuciosamente cuántos individuos hay en una población y estimando cuánto hábitat queda. Tales esfuerzos muestran que algunas especies, como los pumas en California, en los que también ha trabajado el equipo de Shapiro, están en grave peligro de extinción.
Pero, ¿qué pasa si el animal en cuestión es una de las muchas miles de especies para las que no existen buenos datos de población o hábitat? Para esos, se preguntó el equipo de Shapiro, ¿sería posible estimar la amenaza de extinción simplemente mirando los genomas de las criaturas en busca de genes «malos» o evidencia genética de endogamia, los signos reveladores de problemas?
Para responder a la pregunta, los coautores principales, la científica del HHMI Megan Supple y Aryn Wilder de la Alianza para la Vida Silvestre del Zoológico de San Diego, utilizaron la «Lista Roja de Especies Amenazadas» de la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza para clasificar a los 240 mamíferos en el Proyecto Zoonomía junto con un continuo de «preocupación menor» a «en peligro crítico». Luego buscaron las señales preocupantes en el genoma de cada animal.
Los resultados muestran que los genomas son notablemente reveladores. «La información codificada incluso dentro de un solo genoma puede proporcionar una evaluación de riesgos en ausencia de datos adecuados del censo ecológico o de población», informa el documento. No existen buenos datos sobre el número o los hábitats de la rata topo ciega de las montañas de la Alta Galilea, un pequeño roedor excavador de túneles, por ejemplo. Pero su genoma muestra que la especie está bien, gracias. Por el contrario, tanto los datos genómicos como los ecológicos de las orcas confirman que las orcas se encuentran en grave peligro.
El poder predictivo de los genomas se puede aprovechar en el esfuerzo por identificar y salvar especies en peligro de extinción, sugiere Shapiro. «Sabemos que nunca tendremos suficientes dólares de conservación para todos, pero al usar incluso un genoma, podemos clasificar las especies», explica, identificando de manera rápida y económica a las criaturas en mayor riesgo.
Campeón de carreras de perros de trineo
Había menos en juego para el segundo artículo del equipo de Shapiro, el esfuerzo del perro de trineo, pero fue mucho más divertido, dicen los investigadores. «Espero que la gente disfrute leyendo sobre Balto tanto como yo disfruté trabajando en el proyecto», dice Moon.
Los orígenes del proyecto en realidad se remontan a unos pocos años. Heather Huson, una campeona de carreras de perros de trineo convertida en genetista de animales de la Universidad de Cornell, estaba dando una charla en una reunión de veterinarios de perros de trineo cuando uno de los veterinarios de la audiencia se preguntó si sería posible extraer y analizar el ADN de la piel preservada. Incluso tenía en mente un posible sujeto de estudio: Balto, cuyo cuerpo disecado se exhibe en una vitrina en el Museo de Historia Natural de Cleveland.
A Huson le enganchó la idea. «Crecí con las historias sobre Balto», recuerda. Pero no tenía experiencia trabajando con ADN antiguo, «y no iba a arruinar esto», dice. Así que se acercó a la comunidad de investigación del ADN antiguo. El camino condujo rápidamente a Beth Shapiro, pionera en revelar los secretos genéticos de criaturas extintas como los mastodontes y de humanos antiguos en el campo llamado paleogenómica. «Me acerqué a Beth y me dijo: ‘Podemos hacer esto'», dice Huson.
Los investigadores obtuvieron una muestra de la piel de Balto del Museo de Cleveland y extrajeron el ADN del perro de la muestra. Moonthen hizo el pesado levantamiento genético en el laboratorio de ADN antiguo de alta tecnología de UC Santa Cruz, leyendo el código de los fragmentos de ADN de Balto suficientes veces para cubrir su genoma completo 40 veces.
Normalmente, los científicos aprenderían sobre la genética de una especie en parte observando las variaciones genéticas entre diferentes individuos. Sin embargo, Balto era solo un individuo, por lo que «el desafío era cómo hacer un proyecto de investigación a partir de un perro», dice Huson. Pero el equipo tenía un as bajo la manga. Además de poder comparar el genoma del perro de trineo con los 240 mamíferos del Proyecto Zoonomia, también podrían aprovechar un depósito genético creado por Karlsson del Broad Institute que tiene genomas completos de 682 perros de una amplia variedad de razas. «Es un conjunto de datos increíble», dice Moon. Debido a la información que contiene, «sabemos mucho sobre los perros, qué partes del genoma hacen que se vean como lo hacen o se comporten como lo hacen», explica Moon. O, como agrega Shapiro, el proyecto Balto «fue una oportunidad para unir estos dos conjuntos de datos».
momento emocionante
Usando solo la información en los genes de Balto, Kathleen Morrill, entonces estudiante de doctorado en el laboratorio de Karlsson en la Facultad de Medicina Chan de la Universidad de Massachusetts, pudo predecir tanto la altura precisa del perro como el hecho de que su pelaje negro tenía reflejos tostados en los bordes: – que ni siquiera aparecen en la mayoría de las imágenes. Un artista talentoso, Morrill pudo dibujar una representación, basada en la genética, que fue más precisa que muchas imágenes. «Su dibujo era como se habría visto Balto», dice Moon. «Fue la primera vez que alguien hizo esto en un individuo que se había ido por casi 100 años, y fue un momento realmente emocionante para mí». También valida la idea de que los científicos pueden usar la genómica para imaginar con precisión cómo se veían realmente las especies extintas hace mucho tiempo, para las cuales no existen imágenes. «Esto demuestra que podemos hacer un buen trabajo al predecir su apariencia física», dice Huson.
También había muchas otras pepitas científicas en el ADN de Balto. Nacido en la perrera del famoso criador de perros de trineo Leonard Seppala en 1919, Balto descendía de perros importados de Siberia. «Pero una de las mejores cosas es lo cerca que está Balto de los modernos perros de trineo de Alaska y del husky siberiano», dice Huson. Su genoma muestra una mezcla de ancestros, con menos genes nocivos en comparación con las razas puras modernas como los huskies siberianos y los malamutes de Alaska. Su ADN también es rico en los llamados genes de desarrollo de tejidos, que están involucrados en funciones como el crecimiento muscular, el metabolismo y el consumo de oxígeno. «Eso es exactamente lo que necesitarías en un perro de trabajo», dice Moon.
Sin embargo, la genética también revela las limitaciones de Balto. Los perros de trineo se criaron originalmente para una gran resistencia, pero desde la época de Balto, los criadores agregaron más velocidad. «Balto podría haber sido un perro de trineo duro con mucha resistencia, pero no habría sido muy rápido», dice Huson.
De hecho, los expertos en trineos tirados por perros saben que Balto no fue en realidad el verdadero héroe del viaje que salvó vidas en 1925. Ese honor le pertenece a un perro llamado Togo, quien lideró al equipo de Seppala en el tramo más largo de la caminata de 674 millas, unas asombrosas 264 millas (en comparación con las 53 millas de Balto en el segmento final). «Balto era el 2Dakota del Norte perro de hilo», dice Huson. Al no ser material progenitor principal, fue castrado, en contraste con Togo, «que es el perro, la base de muchos perros de trineo», dice Huson. Entonces, sugiere que el siguiente paso es obtener una muestra de los restos de Togo, ahora preservados en Nome, para revelar el próximo capítulo en este drama genético canino. .
