¿Por qué ciertos mamíferos tienen un sentido del olfato excepcional, algunos hibernan y otros, incluidos los humanos, están predispuestos a las enfermedades? Un importante proyecto de investigación internacional, dirigido conjuntamente por la Universidad de Uppsala, Suecia, y el Instituto Broad, EE. UU., ha examinado y analizado los genomas de 240 mamíferos diferentes. Los resultados, ahora publicados en 11 artículos en la revista Ciencia, muestran cómo se han desarrollado los genomas de humanos y otros mamíferos a lo largo de la evolución. La investigación muestra qué regiones tienen funciones importantes en los mamíferos, qué cambios genéticos han llevado a características específicas en diferentes especies y qué mutaciones pueden causar enfermedades.
«En combinación, los 11 artículos que estamos publicando ahora en Ciencia proporcionan 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 y una de los dos líderes del consorcio internacional de investigadores. «Además, hemos producido datos que pueden utilizarse para estudios de evolución e investigación médica durante muchos años».
En un gran proyecto internacional dirigido conjuntamente por la Universidad de Uppsala y el Instituto Broad, más de 30 equipos de investigación han examinado y analizado juntos los genomas de 240 especies de mamíferos. Los resultados, ahora publicados en 11 artículos en la revista Cienciamuestran cómo se han desarrollado los genomas de humanos y otros mamíferos en el curso de la evolución.
El genoma humano contiene aproximadamente 20.000 genes que constituyen el código para fabricar todas las proteínas del cuerpo. El genoma también contiene instrucciones que indican dónde, cuándo y cuántas proteínas se producen. Estas partes del genoma, que se denominan elementos reguladores, son mucho más difíciles de identificar que las partes que dan origen a las proteínas. Sin embargo, el estudio de los genomas de una gran cantidad de mamíferos permite determinar qué partes del genoma son funcionalmente importantes.
La hipótesis compartida por los investigadores detrás de las publicaciones en Ciencia ha sido que si una posición en el genoma se ha conservado a lo largo de 100 millones de años de evolución, es probable que cumpla una función en todos los mamíferos. Por primera vez, han podido probar esta hipótesis a gran escala. Al realizar una encuesta detallada y una comparación sistemática de los genomas de 240 mamíferos, los investigadores han identificado regiones del genoma humano con una función previamente no caracterizada. Estas regiones son probablemente elementos reguladores y son importantes para el correcto funcionamiento del genoma. Las mutaciones en estos pueden jugar un papel importante en el origen de enfermedades o en las características distintivas de las especies de mamíferos.
Los investigadores identificaron más de tres millones de elementos reguladores importantes en el genoma humano, aproximadamente la mitad de los cuales se desconocían previamente. También pudieron determinar que al menos el 10 por ciento del genoma es funcional, diez veces más que el aproximadamente uno por ciento que codifica las proteínas.
Los 240 mamíferos diferentes del estudio varían ampliamente en sus características, como la agudeza de su sentido del olfato o el tamaño de su cerebro. Los investigadores pudieron encontrar regiones en los genomas que hacen que algunas especies tengan un sentido del olfato superior o que ciertas especies hibernen.
«Es emocionante tener ahora una imagen de qué mutaciones han dirigido el desarrollo de rasgos específicos en estos mamíferos tan divergentes», dice Matthew Christmas, investigador y coautor de uno de los artículos que se centran en la función del genoma y cómo afecta las características distintivas en diferentes especies.
Uno de los estudios muestra que los mamíferos habían comenzado a cambiar y divergir incluso antes de que la Tierra fuera golpeada por el asteroide que mató a los dinosaurios, hace aproximadamente 65 millones de años.
«Nuestros resultados también pueden proporcionar información importante sobre si los mamíferos están en riesgo de extinción, dependiendo de cuánta variación tengan en su genoma. Esta es información que puede sentar las bases para comprender cómo manejar una especie para ayudarla a sobrevivir», dice. Profesor Lindblad-Toh.
El nuevo conocimiento también ayuda a los investigadores a comprender cómo surgen las enfermedades, al vincular las posiciones en el genoma conservadas por la evolución con las condiciones conocidas. Esto se puede hacer para todas las especies y también se podrá utilizar con referencia a las enfermedades humanas.
«Nuestros análisis de 240 mamíferos nos brindan una mejor comprensión de las señales reguladoras en el genoma. Calibramos nuestros resultados en posiciones que se sabe que contribuyen a la enfermedad, y luego podríamos usarlas para sugerir posiciones adicionales que podrían priorizarse para rasgos neurológicos, como la esquizofrenia o afecciones inmunitarias como el asma o el eccema», dice Jennifer Meadows, investigadora y coautora del segundo artículo, que se centra en cómo los datos del proyecto pueden contribuir al conocimiento de las enfermedades.
Se compara el genoma de personas sanas y enfermas para comprender qué mutaciones conducen a la enfermedad. Esto produce una imagen de la región en el genoma que puede ser importante, pero no proporciona un conocimiento exacto de qué mutación causa la enfermedad.
«Una gran proporción de las mutaciones que conducen a enfermedades comunes, como la diabetes o el trastorno obsesivo-compulsivo, se encuentran fuera de los genes y tienen que ver con la regulación de genes. Nuestros estudios facilitan la identificación de las mutaciones que conducen a la enfermedad y comprender qué sale mal», dice Lindblad-Toh.
Los investigadores también estudiaron el cáncer meduloblastoma, que es el tipo más común de tumor cerebral maligno en los niños. Aunque los tratamientos modernos han mejorado el pronóstico, no todos los niños pueden curarse. Además, aquellos que sobreviven a menudo experimentan efectos secundarios de por vida debido al tratamiento agresivo.
«En pacientes con meduloblastoma, encontramos muchas mutaciones nuevas en posiciones conservadas evolutivamente. Esperamos que el análisis de estas mutaciones siente las bases para nuevos diagnósticos y terapias», dice Karin Forsberg-Nilsson, profesora de investigación de células madre en la Universidad de Uppsala, quien dirigió la parte del estudio sobre el cáncer.
Este trabajo fue apoyado en parte por los Institutos Nacionales de Salud (EE. UU.), el Consejo Sueco de Investigación (SWE), la Fundación Knut y Alice Wallenberg (SWE) y la Fundación Nacional de Ciencias (EE. UU.).
