¿Por qué los mamuts eran lanudos? Científicos de Nebraska ayudan a encontrar pistas en ADN de 52.000 años de antigüedad

El trabajo, que apareció en la portada de la revista Cell en julio y fue dirigido por investigadores de laboratorios de todo el mundo, provocó un gran revuelo en el mundo científico. Esto es importante porque hasta ahora el ADN antiguo sólo se ha recuperado en pequeños fragmentos. Normalmente, los investigadores han intentado alinear cada fragmento comparándolo individualmente con el genoma de una especie existente. Durante los últimos 40 años, este tipo de investigaciones ha arrojado información sobre especies antiguas y en peligro de extinción.

Sin embargo, con el modelo gigantesco, los miembros del equipo utilizaron un método para medir y ensamblar un mapa 3D del genoma, identificando características clave que determinan cómo se empaquetan y pliegan los cromosomas.

Luego, los miembros del equipo del Centro Médico de la Universidad de Nebraska y otro par del Baylor College of Medicine en Houston se sumergieron más profundamente.

Jordan Rowley, profesor asistente en el Departamento de Genética, Biología Celular y Anatomía de la UNMC, en colaboración con Olga Dudchenko de Baylor, utilizó la gigantesca organización del genoma en 3D para identificar genes que difieren en actividad en comparación con los elefantes modernos. Para hacerlo, utilizaron una nueva herramienta computacional llamada Crush, desarrollada por Achyut Kalluchi, un estudiante graduado en el laboratorio de Rowley.

Los tres análisis indicaron que había evidencia de que sólo una pequeña cantidad de genes (alrededor del 4%) se expresaban diferencialmente en las muestras de las dos especies. Pero esos genes están asociados con el desarrollo de los folículos pilosos y el crecimiento del cabello, lo que sugiere una posible explicación para la anomalía del mamut lanudo.

«Este es un análisis histórico», dijo en un comunicado Erez Lieberman Iden, director del Centro de Arquitectura del Genoma de Baylor y coautor correspondiente del estudio. «Pero es un pequeño misterio encerrado. Aquí hay datos que describen un cromosoma fósil de la piel de un mamut lanudo. 20.000 genes podrían ser los responsables. ¿Puedes determinar qué genes la convirtieron en lana? Es un misterio que llevó mucho tiempo descubrir desmoronarse, y Jordan, Achyut y Olga eran detectives.

Kalucci dijo que comparar la organización tridimensional de los genes del mamut y del elefante moderno era particularmente interesante. Le gusta ver cómo Crush, que representa el refinamiento del compartimento para la estratificación ultraprecisa del C alto, puede usarse en otros modelos.

«Estamos tratando de buscar vías futuras y ver cómo esto puede ser útil para el campo de la ciencia en general», dijo.

La herramienta se puede utilizar junto con otros métodos de mapeo del plegamiento del genoma, dijo Rowley. Su laboratorio se centra en descubrir los principios básicos que controlan cómo se pliegan los genomas dentro del núcleo, un proceso que ayuda a determinar cómo funcionan los genes.

Observar cómo están mal plegados los genomas también puede ayudar a explicar las enfermedades. Parte del trabajo de su equipo, por ejemplo, se centra en cómo el plegamiento del genoma se relaciona con los trastornos del espectro alcohólico fetal, una variedad de problemas causados ​​por la exposición prenatal al alcohol. Rowley dirige el programa de doctorado de la UNMC en bioinformática y biología de sistemas, un campo en crecimiento que combina biología y tecnología de big data.

Sin embargo, en la investigación biomédica, los investigadores que buscan mapear dicho plegamiento toman medidas cuidadosas para preservar las muestras que están estudiando. No funciona así con los modelos gigantes.

“No se puede controlar lo que pasó hace 52.000 años. Lo que obtienes es lo que obtienes”, dijo Rowley. Al igual que otros científicos, se sorprendió al ver la estructura conservada en un espécimen de 52.000 años de antigüedad.

En los organismos vivos, el ADN está fuertemente envuelto alrededor de proteínas y otras moléculas, dijo Dudchenko. Pero si la célula muere, se degrada y los trozos resultantes quedan libres para mezclarse y moverse como azúcar soluble en agua.

Pero ese tipo de difusión no ocurrió en el modelo gigantesco. Basándose en expertos en física y ciencias de los alimentos, el equipo planteó la hipótesis de que la muestra de piel de mamut se liofilizó naturalmente en el frío siberiano poco después de la muerte del animal, preservando el material genético en un estado similar al vidrio que los investigadores llamaron «cromovidrio». Los alimentos no perecederos, como el café instantáneo y la cecina, pasan por lo que se llama transición vítrea.

«Creemos que esto es lo que ocurrió con el mamut», dijo Dudchenko, «y (creemos que) explica su considerable resistencia durante 52.000 años».

Para probar esa hipótesis, el equipo llevó a cabo todo tipo de experimentos para ver si el material genético conservaba su estructura en el material seco, incluido atropellar carne deshidratada de un año con un automóvil y dispararle con una escopeta. Lo hizo.

El equipo utilizó una técnica llamada Hi-C, que Aiden ayudó a desarrollar y que los investigadores adaptaron al ADN antiguo, para mapear la secuencia del genoma del mamut y ensamblar un mapa en 3D. Confirmó que los mamuts y los elefantes modernos tienen 28 cromosomas.

Dudchenko enfatizó que el esfuerzo general, que reúne a expertos de países como Estados Unidos, Dinamarca, España, Suecia y Rusia, implicará una «excelente colaboración».

Entonces los tres se atrincheraron. Dudchenko, profesor asistente en Baylor, dijo que los investigadores saben que el genoma se pliega de modo que las regiones que funcionan activamente están espacialmente separadas de las regiones que están inactivas. Si saben cómo se pliega el ADN, los investigadores pueden trabajar hacia atrás y descifrar qué está activo y qué no.

Pero esas herramientas se utilizan a menudo en especies modernas, donde hay más datos disponibles, dijo. Con modelos antiguos como el mamut, por muy buenos que fueran, tenían menos con qué trabajar.

«Aquí es donde Crush realmente brilla», afirmó. «Esto nos permitió aplicar algunas de las ideas que existen en el espacio de secuenciación 3D a especies modernas para poder comparar y crear un mapa de actividad genética en 3D para el mamut, para el cual teníamos relativamente pocos datos».

La herramienta que desarrolló Kallucchi permitió a los investigadores ir gen por gen y determinar si cada uno estaba activo o inactivo tanto en el mamut como en el elefante moderno, dijo Rowley. Estas diferencias dan pistas de por qué el mamut era lanudo, aunque se necesita más investigación para confirmarlo.

«Si sabemos qué genes se activan y cuáles se desactivan durante el tiempo evolutivo, podemos aprender mucho sobre las causas de esas diferencias», dijo Rowley.

Dudchenko dijo que poder ver ese nivel de detalle no se debe sólo a que los investigadores quieren demostrar que los datos existen, sino también a que pueden derivar conocimientos biológicos de ellos.

«Ésta es la información biológica más clara que hemos obtenido de un espécimen de 52.000 años de antigüedad», afirmó Dudchenko. “Esta es la primera vez. Este es el primer agradecimiento al equipo detrás de Crush. «