El Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2022 se concedió a Svante Pääbo por “sus descubrimientos sobre los genomas de los homínidos extintos y la evolución humana”. La relación entre el Homo sapiens y los homínidos extintos ha sido durante mucho tiempo un tema de gran interés y poco alumbrado. La paleontología y la arqueología son importantes para el estudio de la evolución humana. La moderna tecnología del ADN ofrece la posibilidad de investigar nuestro antiguo pasado con mayor precisión.
Sin embargo, debido a las extremas dificultades técnicas derivadas de la degradación del ADN durante decenas de miles de años y de la contaminación por parte de microorganismos y seres humanos contemporáneos, durante mucho tiempo se puso en duda la posibilidad de analizar el ADN arcaico de formas de homínidos extinguidas. Imaginaos tener que analizar ADN de, por ejemplo, huesos fósiles de hace 200.000 años.
Muchos decían que en los huesos fósiles no había nada, que recuperar el genoma de especies desaparecidas era imposible. Pero había mucho, genomas enteros, y resultó que era posible recuperarlos.
Gracias a los amplios desarrollos tecnológicos, Svante Pääbo estableció nuevos y rigurosos estándares en esta difícil área y logró obtener la secuencia del genoma de nuestro pariente extinto más cercano, el neandertal. A esto le siguió su sensacional descubrimiento de otro homínido extinto, el Denisova, enteramente a partir de los datos del genoma obtenidos de un pequeño espécimen de hueso de dedo.
Hasta hace poco se decía que una especie no podía intercambiar genes con otra, es decir, que cada especie estaba aislada genéticamente del resto. Pero ahora resulta que todas las especies del mismo género, los osos, por ejemplo, han intercambiado genes con las especies vecinas, así que no es de extrañar que nosotros y los neandertales lo hiciéramos.
El trabajo del premio Nobel Svante Pääbo estableció además que el Homo sapiens se había mezclado con neandertales y denisovanos durante períodos de coexistencia, lo que dio lugar a la introgresión de ADN arcaico en los humanos actuales
Gracias a sus innovadores descubrimientos, este premio Nobel ha abierto una nueva ventana a nuestro pasado evolutivo, revelando una inesperada complejidad en la evolución y la mezcla de los antiguos homínidos, además de sentar las bases para una mejor comprensión de los rasgos genéticos que nos hacen únicamente humanos.
Retos metodológicos en el análisis de ADN antiguo
En varias décadas de su carrera, Svante Pääbo trabajó incansablemente en el desarrollo de protocolos para recuperar, secuenciar y analizar el ADN de especímenes arcaicos. En 1988, Pääbo y Wilson fueron los primeros en aplicar la PCR a restos antiguos. Pääbo era plenamente consciente de los retos técnicos asociados al análisis del ADN de muestras óseas muy antiguas. Él y otros habían demostrado que los huesos del periodo de interés, el Pleistoceno tardío, están muy contaminados por ADN procedente de microbios y de humanos contemporáneos que manipulan los especímenes, mientras que el ADN endógeno, si está presente, se encuentra en cantidades ínfimas.
También se necesitaban desesperadamente métodos para determinar la cantidad de ADN antiguo presente en determinadas muestras, así como una mejor comprensión de las propiedades bioquímicas del ADN antiguo. El tipo de daño del ADN observado en muestras antiguas incluye la fragmentación y las modificaciones de nucleótidos causadas por procesos oxidativos como la desaminación de residuos de citosina a uracilo. A lo largo de varias décadas, el grupo de Pääbo describió los retos asociados a los análisis de ADN antiguo y aportó soluciones a los mismos.
El hallazgo inicial: El ADN mitocondrial neandertal
A pesar de la invención de la PCR, seguía siendo muy dudoso que las ínfimas cantidades de ADN que quedaban en los huesos arcaicos pudieran haber resistido a las modificaciones químicas y a la fragmentación durante decenas de miles de años, lo suficiente como para resistir a la competencia del ADN más reciente procedente del crecimiento microbiano y de la contaminación del ADN humano actual.
El ADN mitocondrial (ADNmt) tiene más posibilidades de persistir en los esqueletos antiguos que el ADN nuclear, ya que cada célula contiene entre cientos y miles de copias de ADNmt, pero sólo dos copias (una materna y otra paterna) de cada segmento de ADN nuclear. Por ello, Pääbo seleccionó el ADNmt como primer objetivo. La secuencia inicial de ADNmt que obtuvo tenía 61 nucleótidos de longitud. La mayoría de los clones contenían variantes que no se habían observado entre los humanos actuales.
Como el ADNmt se hereda exclusivamente por línea materna y sólo puede ser transmitido a la siguiente generación por las hembras, sólo puede dar una imagen limitada de nuestra historia evolutiva. Debido a su estricta herencia materna y a la ausencia de recombinación, las variantes del ADNmt también pueden desaparecer por azar, si las mujeres portadoras sólo tienen hijos varones. Así pues, los análisis del ADNmt son menos informativos que las investigaciones del genoma nuclear. Los resultados de la secuenciación y el análisis del ADNmt neandertal no excluyen la posibilidad de que los neandertales aportaran otros genes a los humanos actuales.
Pääbo, que ya había fundado el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig (Alemania), se centró en el genoma nuclear, impulsado por la aparición de nuevas tecnologías de secuenciación.
El camino hacia la secuencia del genoma neandertal: El primer millón de nucleótidos neandertales
El equipo del premio Nobel analizó más de 70 muestras de huesos y dientes neandertales procedentes de distintos yacimientos de Europa y Asia occidental para estimar la conservación biomolecular. El primer millón de nucleótidos generados por secuenciación de alto rendimiento se publicó en 2006.
Para llevar a cabo su plan, Pääbo necesitaba aún más huesos. En 2010, en una publicación pionera, Pääbo logró lo inalcanzable y presentó un borrador de la secuencia del genoma nuclear neandertal.
La cuestión de si había habido mestizaje entre neandertales y humanos anatómicamente modernos podía investigarse ahora, directamente mediante análisis de secuencias del genoma nuclear. Cuando Pääbo investigó el grado de parentesco de los neandertales con los humanos actuales, utilizando inicialmente dos europeos americanos, dos asiáticos orientales y cuatro africanos occidentales, descubrió sorprendentemente que los neandertales estaban igual de próximos a los europeos y a los asiáticos orientales, y significativamente más próximos a los no africanos que a los africanos.
De camino al premio Nobel. Descubrimiento de un nuevo homínido: El Denisovano
Con la secuenciación del genoma neandertal, Pääbo había demostrado que la secuencia del genoma de un homínido extinto de finales del Pleistoceno puede recuperarse y analizarse de forma fiable, siendo pionero en un nuevo enfoque para estudiar nuestra historia evolutiva. Esto le valió para más adelante ganar el premio Nobel. Se requieren circunstancias excepcionales para que el ADN persista durante el largo tiempo transcurrido desde que se extinguieron nuestros parientes evolutivos más cercanos. La degradación aumenta con la temperatura y las condiciones del suelo, como la acidez, y la mayoría de los huesos de los primeros homínidos proceden de regiones ecuatoriales y tropicales de África y Eurasia, donde las condiciones para mantener la integridad del ADN son deficientes.
En 2008, se excavó la falange distal del quinto dedo de la mano de un homínido juvenil en la cueva de Denisova, en los montes Altai (Rusia), en un estrato datado entre 48.000 y 30.000 años atrás. A partir de este hueso del dedo, el grupo de Pääbo hizo polvo y extrajo ADN, que se encontró excepcionalmente bien conservado.
La secuencia se alineó con 54 ADNmt humanos actuales, un ADNmt de finales del Pleistoceno de un humano moderno temprano, seis ADNmt neandertales completos, un ADNmt de bonobo y un ADNmt de chimpancé. El ADNmt del homínido desconocido divergía considerablemente más de los humanos actuales que del ADNmt neandertal. En 2010, un análisis filogenético de las secuencias confirmó el sorprendente hecho de que se trataba de un hominino único, al que se denominó Denisova. La fecha del ancestro común de ADNmt más reciente compartido por el homínido Denisova, los neandertales y los humanos modernos se estimó en aproximadamente un millón de años, es decir, el doble que el ancestro común de ADNmt más reciente de los humanos modernos y los neandertales.
Espero que te haya gustado este pequeño paseo por la paleogenómica. Yo no conocía mucho de este campo y creo que es mucho más complicado de lo que parece. Si te ha gustado puedes seguirme en mis redes sociales, donde publico resúmenes de estos artículos. También puedes escuchar el podcast de La colmena molecular.
Fuente:
– https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2022/advanced-information/