Imagina que tienes un rompecabezas de tres mil millones de piezas, pero no tienes la imagen de la tapa del puzzle para usarla de referencia. Esto es más o menos lo que sucede con los restos de ADN que se obtienen de las numerosas muestras de mamut lanudo que se encuentran en el permafrost de Siberia, una circunstancia que cambiará radicalmente gracias al hallazgo de un equipo internacional de científicos con la participación del Centro de Regulación Genómica (CRG) en Barcelona.
En un trabajo publicado este jueves en la revista Cell, los investigadores describen el descubrimiento de los primeros fósiles de cromosomas antiguos en los restos de un mamut lanudo que murió hace 52.000 años. Los autores extrajeron ADN de una muestra de piel tomada detrás de la oreja de este animal encontrado en el noreste de Siberia en 2018 e inusualmente bien conservado. “Creemos que se liofilizó espontáneamente poco después de su muerte”, dice Olga Dudchenko, investigadora del Centro de Arquitectura del Genoma de la Facultad de Medicina de Baylor y coautora del artículo. “La arquitectura nuclear de una muestra deshidratada puede sobrevivir durante un período de tiempo increíblemente largo”.
Estos fósiles conservan la estructura de los cromosomas antiguos hasta la escala nanométrica (millonésimas de metro). Y los cromosomas fosilizados, que son alrededor de un millón de veces más largos que la mayoría de los fragmentos de ADN antiguos, proporcionan información sobre cómo se organizaba el genoma del mamut dentro de sus células vivas y qué genes estaban activos dentro del tejido de la piel del que se extrajo el ADN. “Se trata de un nuevo tipo de fósil, y su escala eclipsa a la de los fragmentos individuales de ADN antiguo”, afirma Erez Lieberman Aiden, coautor del estudio. “También es la primera vez que se determina un cariotipo de cualquier tipo para una muestra antigua”.
Más cerca de de la desextinción
El hallazgo es un pequeño avance para quienes trabajan en la desextinción de estos animales y nos ayuda a conocer mejor su parecido con los elefantes actuales. “Estos resultados tienen consecuencias obvias para los esfuerzos contemporáneos destinados a la desextinción del mamut lanudo”, dice Thomas Gilbert, especialista en paleogenómica de la Universidad de Copenhague y coautor del estudio.
Una de las primeras cosas que hizo el equipo fue determinar la cantidad de cromosomas que poseía el mamut lanudo. “Descubrimos que tenían 28 pares de cromosomas, lo cual tiene mucho sentido, porque eso es lo que tienen los elefantes modernos, y son el pariente vivo más cercano del mamut lanudo”, asegura. Juan Antonio Rodríguez, investigador de la Universidad de Copenhague y del Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica de Barcelona (CNAG), coautor del trabajo.
“Lo que nuestro trabajo nos ha enseñado es que la estructura del genoma del mamut y el número de cromosomas que tiene, que hasta ahora no se sabía, son muy parecidos a los del elefante actual”, explica Marc A. Marti-Renom, coautor del estudio e investigador del CRG de Barcelona. “Nos dice que la idea de desextinción no es exagerada. Si hubiéramos encontrado que tiene un cromosoma más, o uno menos, o que hay una reorganización cromosómica relevante, habría sido un trabajo mucho más difícil. ¿Es eso suficiente para revivir el mamut? No, es un pasito más y nos dice que igual no es tan complicado. Otro asunto es si vale la pena, que es un debate en el que no entramos”.
Esto nos dice que la idea de desextinción no es exagerada. Si hubiéramos encontrado que tiene un cromosoma más habría sido un trabajo mucho más difícil
“Para los que sueñan con utilizar información del ADN fósil para recuperar especies extintas este es un descubrimiento ilusionante”, admite Juan L. Cantalapiedra, científico titular en el departamento de Paleobiología del Museo Nacional de Ciencias Naturales (Madrid) que no ha participado en el estudio, en declaraciones a SMC España. “Tener la secuencia de ADN completa de un organismo extinto (algo que solo se tiene para especímenes muy recientes) no vale para nada si no conocemos en detalle cómo este ADN se organiza en cromosomas”.
El origen del pelo
Al comparar las moléculas de ADN antiguas con las secuencias de ADN de las especies modernas de elefante, es posible encontrar casos en los que han cambiado letras individuales del código genético. “Los cromosomas fósiles son un punto de inflexión, porque conocer la forma de los cromosomas de un organismo permite ensamblar la secuencia completa de ADN de criaturas extintas”, apunta Dudchenko. “Esto permite obtener los tipos de conocimientos que antes no habrían sido posibles”.
Los autores también pudieron ver qué genes estaban activos al examinar los cromosomas fósiles en la piel del mamut. “La pregunta obvia para nosotros era: ¿por qué es un 'mamut lanudo'? ¿Por qué no es un 'mamut sorprendentemente calvo’?”, se cuestiona Gilbert. “El hecho de que la compartimentación todavía estuviera preservada en estos fósiles fue fundamental, porque hizo posible observar, por primera vez, qué genes estaban activos en un mamut lanudo. Y resulta que hay genes clave que regulan el desarrollo del folículo piloso cuyo patrón de actividad es totalmente diferente al de los elefantes”.
Una cecina de 52.000 años
Uno de los enigmas para los investigadores era saber cómo podían los fragmentos de ADN de cromosomas antiguos haber sobrevivido durante 52.000 años con su estructura tridimensional intacta. “En circunstancias normales, no deberían existir”, dice Dudchenko. “Y sin embargo: aquí están. ¡Era un misterio de la física!”.
Para explicar esta aparente contradicción, los investigadores se dieron cuenta de que los cromosomas fósiles se encontraban en un estado muy especial, muy parecido al estado de las moléculas del vidrio. “Si nos acercamos a las partículas individuales, un trozo de vidrio –o un trozo de cromovidrio– es básicamente un atasco de tráfico a nanoescala, de punta a punta, en un mundo sin marcadores de carril”, explica Erez Lieberman Aiden. “Las partículas individuales, o fragmentos individuales de ADN antiguo, simplemente no pueden moverse muy lejos en esa situación. Incluso si esperas miles y miles de años”.
Curiosamente, y sin conocer los detalles del proceso, muchas civilizaciones desarrollaron formas de inducir una “transición vítrea” en sus alimentos como una forma de conservarlos, generalmente mediante una combinación de enfriamiento y deshidratación. Esto dio como resultado alimentos, como las tortillas fritas y la cecina de res, que son más frágiles que los alimentos originales, pero que duran mucho más. Y es por eso que la transición vítrea se ha convertido en un concepto clave para los científicos de alimentos modernos. En el caso del mamut, básicamente los investigadores descubrieron que los fósiles de cromosomas habían quedado atrapados dentro de un trozo de cecina liofilizada de 52.000 años de edad.
Como cierre del trabajo, los autores comprobaron esta teoría haciendo experimentos con cecina de vaca liofilizada. “Le disparamos una escopeta”, informa Cynthia Pérez Estrada, coautora principal del estudio e investigadora del Centro de Arquitectura Genómica y del Centro de Física Biológica Teórica de la Universidad Rice. “Le pasamos por encima con un coche. Hicimos que un ex lanzador profesional de béisbol le lanzara una bola rápida. Cada vez, la cecina se rompía en pedacitos, como si fuera un cristal. Pero a escala nanométrica, los cromosomas estaban intactos, sin cambios. Esa es la razón por la que estos fósiles pueden sobrevivir. Esa es la razón por la que estaban allí, 52.000 años después, esperando a que los encontráramos”.
Una ‘película’ más completa
Juan L. Cantalapiedra, del MNCN, considera que se trata de un estudio es de gran entidad. “Han empleado técnicas avanzadas de comparación del material obtenido del mamut con el elefante asiático, su pariente vivo más cercano ”, explica a SMC. “Hasta ahora conocíamos las diferencias en la secuencia genética entre el mamut y los elefantes actuales. Pero esta secuencia es solo parte de la película. La forma en la que el ADN se empaqueta y se organiza en cromosomas (la epigenética) tiene un impacto fundamental en cómo esta información genética se traduce en instrucciones durante el desarrollo de un embrión y durante el resto de la vida del animal”.
“Es un estudio que proporciona evidencias biológicas nuevas sobre el genoma de los mamuts, especialmente de su estructura tridimensional. La aproximación experimental es realmente fascinante”, comenta Carles Lalueza-Fox, especialista en técnicas de recuperación de ADN en restos del pasado y director del Museo de Ciencias Naturales de Barcelona, a SMC España. “Esta técnica puede aportar datos sobre la arquitectura genómica de especies extintas que hasta ahora no estaba disponible. Está por ver cuántas especies pueden ser susceptibles de ser analizadas de esta forma, ya que las condiciones de conservación en un episodio frío y seco son muy especiales y parece probable que solo puedan darse en climas extremadamente fríos”.