Reescriben el alfabeto de la vida

Científicos del Instituto Scripps (EE.UU.) crean el primer organismo vivo con tres pares de bases de ADN en lugar de los dos naturales

Los investigadores convirtieron una bacteria de «E coli» en un organismo semisintético

¿ Por qué hay dos sexos ?

Depende de un único elemento de nuestro genoma, el cromosoma Y, que solo lo llevan los varones

Reconstruyen por primera vez el epigenoma de un neandertal

Las nuevas técnicas de secuenciación de ADN antiguo están aportando algunos datos clave para comenzar a entender cómo evolucionaron las especies humanas hasta llegar a dar forma a la única especie viva en la actualidad: el ser humano moderno, 'Homo sapiens'. En los últimos años hallazgos como el genoma completo y con gran detalle del neandertal o la secuencia de otra de las especies hermanas, el denisovano, han dado luz a una época crucial para la evolución humana.

El gen del sueño

Los investigadores esperan que algún día, mediante la manipulación de este gen, sea posible avanzar en medicamentos para tratar los trastornos del sueño

El gen 'despertador' está presente en todos los animales

La causa de que tengamos sueño cada día reside en un gen. Y cuando está mutado o alterado aparecen los trastornos del sueño, como el insomnio. Esto es lo que ha visto un equipo de investigadores de laUniversidad Johns Hopkins, en EE.UU. en la mosca de la fruta, uno de los modelos más utilizados en investigación. El gen mutante, que ellos han denominado «Wide Awake» o «despertador», tiene la capacidad de sabotear el reloj biológico, el mecanismo del organismo que regula los ciclos de sueño-vigilia, y causar así insomnio. Y, gracias a la identificación de este gen mutado, los investigadores, cuyo trabajo se publica en «Neuron» también han identificado la proteína que, cuando es producida por el ‘gen sano’, regula correctamente los ciclos del sueño.

Los investigadores creen que, debido a que los genes y las proteínas que codifican para dichos genes se conservan por igual en todas las especies, sus descubrimientos podrían servir para avanzar en novedosos tratamientos para las personas que tienen trastornos del sueño, como insomnio, o que éstos están alterados debido a turnos alternos de trabajo en los que se exige estar despierto durante muchas horas o por las noches.

Sabíamos, dice Mark N. Wu, que el sueño está regulado por el reloj biológico interno del cuerpo, pero «cómo se desencadena el sueño seguía siendo un misterio. Ahora hemos encontrado la primera proteína que traduce la información del reloj circadiano del cuerpo y la utiliza para regular el sueño».

Gen «despertador»

El equipo de Wu lleva años buceando en las raíces moleculares de la regulación del sueño; así, ha estudiando miles de colonias de moscas de la fruta, cada una con diferentes mutaciones genéticas, y han analizado sus patrones de sueño. De esta forma han visto que un grupo de moscas, las portadoras de una mutación en el gen que más tarde llamarían «Wide Awake» tenía problemas para conciliar el sueño durante la noche y presentaba una enfermedad que se parecía mucho al insomnio de los seres humanos. Por eso creen que el gen «despertador» parece actuar como el mensajero del reloj circadiano en el cerebro, diciéndole cuándo es el momento de apagar y dormir.

Para ver cómo trabaja el gen, el equipo de Wu lo aisló y pudo ver si su funcionamiento era correcto. Así vieron que, si funciona correctamente, ayuda a apagar las neuronas del reloj interno del cerebro que controlan la excitación haciéndolas más sensibles a las señales del neurotransmisor inhibidor llamado GABA. Y el gen hace esto especialmente a última hora de la tarde, promoviendo así el sueño en el momento adecuado. De esta forma vieron que las moscas que tenían el gen «despertador» mutado no podían conciliar el sueño porque no estaban recibiendo suficiente señal de GABA para calmar sus circuitos de excitación durante la noche, manteniendo así a las moscas agitados e insomnes.

Y, lo más importante, es que dicho gen está presente en todos los animales que estudiaron: humanos, ratones, conejos, pollos e incluso gusanos.

Otro dato significativo del articulo de «Neuron» estriba en que el gen se expresa en el núcleo supraquiasmático del cerebro del ratón, el ‘reloj maestro’ de todos los mamíferos. Según Wu, el hecho de que la proteína del gen «despertador» se exprese en altas concentraciones en el núcleo supraquiasmático de los ratones es muy relevante .

«A veces descubrimos cosas en las moscas que no tienen relevancia directa en los animales superiores -dice Wu-. Pero en esta ocasión, al haber encontrado la proteína en un lugar donde probablemente juega un papel en los ritmos circadianos y el sueño, creemos que esta proteínapuede hacer exactamente lo mismo en los ratones y las personas». La esperanza es que algún día, mediante la manipulación de este gen, sea posible avanzar en medicamentos para tratar los trastornos del sueño.

¿Están las habilidades musicales en los genes ?

Los genes implicados en el desarrollo del oído interno y el procesamiento emocional de las melodías se relacionan con las buenas aptitudes para la música

A

La percepción de la música comienza en las células ciliadas del oído interno, especializadas en traducir los sonidos a señales eléctricas. Estas señales viajan por el nervio acústico hasta alcanzar finalmente la corteza cerebral auditiva, donde se reconocen los sonidos y nos hacemos conscientes de ellos. Entre estos dos puntos hay toda una ruta especializada en conducir los impulsos nerviosos que nos permiten oír y disfrutar de la música.

La selección natural ha alterado el aspecto de los europeos a lo largo de 5000 años

Nuestros antepasados prehistóricos tenían la piel más oscura, según una investigación genética

Transeúntes en una calle de Lyon (Francia)

Antropólogos de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) y genetistas de la Universidad College de Londres (UCL) han analizado el ADN de esqueletos antiguos y han constatado que la selección natural ha tenido un efecto significativo sobre el genoma humano, incluso en los últimos 5.000 años, lo que resulta en cambios sostenidos en la apariencia de las personas.

El ADN humano más antiguo revela un parentesco inesperado

La secuenciación del genoma mitocondrial de un Homo heidelbergensis de 400.000 años de antigüedad hallado en la Sima de los Huesos de Atapuerca marca una hazaña técnica y complica el dibujo de la evolución humana en Europa. El estudio se publica hoy en Nature

A veces, los mayores descubrimientos científicos pueden encontrarse en las pruebas más pequeñas, y la paleontología es un ejemplo constante. Así, el que bien pudiera ser uno de los mayores hallazgos científicos de este año, quizá de la década, nace a partir de apenas dos gramos de polvo de hueso, más o menos lo que cabe en una cucharadita de café enrasada. En efecto, con esta cantidad de material del fémur de un Homo heidelbergensis de hace 400.000 años hallado en la Sima de los Huesos de Atapuerca, un equipo de científicos españoles y alemanes ha logrado secuenciar el ADN humano más antiguo obtenido hasta ahora. Además de un logro técnico sin precedentes, los resultados sitúan de forma inesperada a estos homínidos como parientes de los denisovanos, una enigmática rama extinta de nuestra familia humana hallada hace cinco años en Siberia, y no de los neandertales, como se esperaba.

La Sima de los Huesos de la Sierra de Atapuerca, en Burgos, es el enclave más importante del mundo en fósiles humanos del Pleistoceno Medio, con al menos 28 esqueletos excavados y reconstruidos desde 1976. El yacimiento de Atapuerca, codirigido por los investigadoresJuan Luis Arsuaga, José María Bermúdez de Castro y Eudald Carbonell, incluye otros enclaves donde se han encontrado restos de importancia científica mundial, como el Homo antecessor del Pleistoceno Temprano, que fue un ancestro de la línea evolutiva de Homo heidelbergensis y neandertal.

Pero vayamos por partes, ya que la técnica que ha permitido el análisis, hasta ahora imposible, de un material genético tan antiguo se desarrolló a partir de trabajos anteriores de los propios investigadores de Atapuerca.

Primero fue un oso

En 2006, en efecto, los investigadores de la Sima de los Huesos desenterraron los restos de un oso de las cavernas que vivió hace 430.000 años. A partir de los huesos del animal extrajeron pequeños fragmentos de su ADN mitocondrial, una cadena de ADN circular que no está incluida en los cromosomas, sino en múltiples copias en unos orgánulos de la célula que actúan como centrales de energía, y que se heredan solo por vía materna. El ADN estaba roto en pedazos muy pequeños, inferiores a los 50 pares de bases (las letras del ADN), pero gracias a la colaboración del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Leipzig (Alemania), el centro en el que se gestó la secuencia del genoma neandertal, los científicos lograron reconstruir y leer el genoma mitocondrial del oso. El trabajo se publicó en septiembre de 2013 en la revista PNAS.

Partiendo de esta proeza técnica, los investigadores de Atapuerca y del Max Planck se plantearon secuenciar el genoma mitocondrial de un Homo heidelbergensis de 400.000 años de antigüedad. Para ello se pulverizaron dos gramos del Fémur XIII, un hueso del muslo de uno de los esqueletos encontrados en la Sima de los Huesos. De este material se extrajo el ADN mitocondrial que, como en el caso del oso, solo contenía fragmentos de un tamaño máximo de 45 pares de bases. Pieza a pieza, los científicos consiguieron recomponer un puzle de 15.800 pares de bases, lo que corresponde al genoma mitocondrial casi completo de este antiguo homínido.

El fémur XIII, el hueso de Homo heidelbergensis del que se obtuvo el material para la extracción del ADN mitocondrial

JAVIER TRUEBA, MADRID SCIENTIFIC FILMS

El mensaje que encierra esta proeza técnica va dirigido, en palabras de Juan Luis Arsuaga, uno de los firmantes del artículo de Nature, a todos los científicos que se encuentran con pequeños fragmentos de ADN prehistórico: “El mensaje es, no tire usted sus fragmentos pequeños de ADN, porque los puede usar”.

Conexión con los denisovanos

La secuencia de este ADN mitocondrial y su interpretación se publican esta semana en la revista Nature. Sin embargo, y además del incuestionable avance técnico, los resultados ofrecen desconcertantes conclusiones que no encajan fácilmente con el perfil disponible hasta ahora del Homo heidelbergensis. Se suponía, en efecto, que esta especie del Pleistoceno Medio estaba en la línea evolutiva de los neandertales, tal y como indican sus características morfológicas. Sin embargo, la secuencia de ADN analizada sugiere que el homínido de la Sima de los Huesos compartió hace 700.000 años un ancestro común con los denisovanos, un grupo que vivió hace 40.000 años y que fue descubierto en 2008 en una cueva del sur de Siberia, sacudiendo los cimientos de la paleoantropología. “El hecho de que el ADN mitocondrial (ADNmt) del homínido de la Sima de los Huesos comparta un ancestro común con el ADNmt de los denisovanos, en lugar de los neandertales, es inesperado, ya que los restos de su esqueleto tienen rasgos derivados de los neandertales”, dice Matthias Meyer, el autor principal del estudio.

Los denisovanos ocupan una rama evolutiva paralela a la de los neandertales. Ambos compartieron un ancestro común hace unos 640.000 años, y este a su vez divergió de la línea del Homo sapiens hace unos 800.000 años. Se ha propuesto que los denisovanos proceden de un grupo que abandonó África en una migración más temprana que la que dio lugar a los neandertales y a los humanos modernos. El genoma de esta especie revela que tuvo descendencia común con neandertales y sapiens. Su huella genética hoy se conserva sobre todo en la etnia melanésica. Sin embargo, sus rasgos morfológicos son un misterio, ya que hasta ahora solo se han recuperado dientes y pequeños fragmentos de dedos.

“Fue todo un shock –asegura Arsuaga- una sorpresa que no esperábamos y para la que aún no tenemos una explicación clara”. Es posible, asegura el codirector de Atapuerca, “que hace 400.000 años, aunque aquellos homínidos fueran incipientemente neandertales, conservaran por herencia materna un ADN mitocondrial arcaico que aún se transmitía. Es decir, quedaban linajes mitocondriales más antiguos en mujeres que ya morfológicamente eran parecidas a los neandertales. Andado el tiempo, esos rasgos se perdieron y solo quedó el ADN neandertal”.

Otra posible explicación sería, según Arsuaga, “que ese ADN mitocondrial no fuera suyo, y que se lo pasara una población arcaica que aún no conocemos y que se hibridara con heidelbergensis. Hay fósiles en varios yacimientos europeos que podrían ser los de esa población a la que me refiero. Serían los últimos o supervivientes de Homo antecesor, de poblaciones residuales muy antiguas que vivían en Europa al mismo tiempo que los neandertales evolucionaban”…

“Nuestros resultados muestran que ahora podemos estudiar ADN de ancestros humanos de cientos de miles de años de edad”, destaca Svante Pääbo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva. “Esto abre la perspectiva de estudiar los genes de los ancestros de neandertales y denisovanos. Es tremendamente emocionante”.

“Este resultado inesperado apunta a un complejo patrón evolutivo en el origen de los neandertales y los humanos modernos”, señala Arsuaga. “Solo hay progreso en el conocimiento cuando se encuentra lo inesperado. Todo apunta a una complejidad mayor de lo que se suponía en el Pleistoceno Medio. Esperemos que futuras investigaciones aclaren las relaciones entre los fósiles de la Sima, los neandertales y los denisovanos”. Los investigadores ahora confían en recuperar ADN mitocondrial de más individuos de la Sima, así como abordar la extracción de ADN nuclear, más compleja debido a que solo existe una copia por cada célula.

Reconstruyendo el puzle de la evolución humana

La secuenciación de genes antiguos se encuentra con el problema de la degradación que el tiempo y la intemperie ocasionan en las cadenas de ADN contenidas en los restos. Hasta ahora, el límite de antigüedad que permitía secuenciar moléculas de ADN con una integridad razonable estaba en unos 120.000 años. Por ejemplo, elgenoma neandertal publicado en 2010 por el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, con Svante Pääbo a la cabeza, tenía unos 38.000 años, aproximadamente los mismos que losgenomas de los denisovanos. Solo en casos de restos congelados en el permafrost, el suelo helado de las regiones frías, se había conseguido secuenciar muestras de ADN de cientos de miles de años, pero nunca humanas.

A la hora de recuperar el ADN mitocondrial del oso de las cavernas hallado en la Sima de los Huesos de Atapuerca, los investigadores se encontraron con un gran problema: los fragmentos presentes apenas superaban los 40 pares de bases, pero estos pedazos tan pequeños se perdían con los protocolos experimentales habitualmente utilizados para purificar el ADN. Los científicos se vieron obligados a poner a punto una nueva técnica de extracción de ADN que les permitió recuperar fragmentos de hasta 30 pares de bases, con los cuales pudieron recomponer la secuencia casi completa a partir de los extremos solapantes. La misma técnica se ha empleado para reconstruir y leer el ADN mitocondrial del Homo heidelbergensis de la Sima de los Huesos.

Clonar un neandertal es posible, pero no se va a hacer

El genetista de Harvard quiere secuenciar el genoma de 100.000 personas y ponerlo a disposición de todo el mundo en internet

Cientos de fragmentos de ADN modulan los genes que configuran el rostro para lograr miles de variaciones

Parejas de personas sin parentesco que se parecen. En el vídeo (de Science), cómo se regula el desarrollo de la cara

Se sabe que la forma del rostro está determinada genéticamente, pero cómo dos hermanos, incluso gemelos, muestran sutiles diferencias entre sí se desconocía hasta ahora. Un trabajo publicado esta semana enScience aclara por qué unas caras son diferentes de otras incluso aunque tengan cierto “aire de familia”.Los estudios de asociación del genoma completo (gwas) habían sacado a la luz un pequeño número de genes candidatos implicados en las variaciones de la forma de la cara y del cráneo, que sólo podían explicar una mínima parte de las variaciones observadas en los rostros humanos. Esto hizo pensar en la existencia de un mecanismo adicional que modulara la expresión de esos genes para hacer el número de variaciones casi infinitas.

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El misterio del Yeti podría haber sido desvelado

Un investigador de la Universidad de Oxford cree haber dado con la identidad del enigmático ser gracias a las nuevas técnicas de análisis de ADN

Bryan Sykes, profesor de genética en la Universidad de Oxford,podría haber resuelto el misterio de la identidad del Yeti: Sykes, que ha aplicado las últimas técnicas de análisis de ADN a supuestos restos orgánicos, principalmente cabello, afirma que una de esas muestras ha arrojado una coincidencia del 100 por cien con una mandíbula de un oso polar encontrado en Noruega, con una antigüedad que data entre los 40.000 y los 120.000 años.

ENTREVISTA A MARÍA ABAD

La investigadora ha generado células madre embrionarias dentro de un ser vivo. "Estoy aquí gracias a mis profesores del instituto."

María Abad es “la chica del momento” en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas. Así la llaman unas colegas cuando camina por los pasillos camino al comedor. Y no es para menos. Esta madrileña, nacida en el hospital de La Paz —“porque Alcorcón no tenía hospital en los ochenta”— hace 33 años, a escasos metros de donde ahora trabaja, ha conseguido reprogramar simples células adultas en células madre embrionarias dentro de un ser vivo.