Un estudio publicado en la revista Nature y coliderado por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE), un centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF), Illumina y la Facultad de Medicina de Baylor, con la colaboración del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), aporta una nueva visión sobre la información genética de los primates que podría revelar datos clave sobre las partes más desconocidas del genoma humano -el genoma no codificante- su función en la salud y su papel en nuestra evolución. Este estudio supone una continuación del número especial de Science publicado en junio de 2023, el cual reunía el mayor catálogo de información genómica de primates hasta la fecha.

El genoma no codificante es aquel que no contiene información sobre las proteínas de nuestro cuerpo y, a pesar de que conforma el 99% del ADN, su función se desconoce en gran medida. 

Gracias al ADN secuenciado en el CNAG, el estudio ha generado y comparado los genomas de 239 especies de primates y de 202 especies de mamíferos. El análisis ha revelado que hay cientos de miles de secuencias reguladoras no codificantes, derivadas de adaptaciones evolutivas recientes, que están conservadas exclusivamente en primates y humanos.

Identificadas secuencias del genoma no codificante que regulan la salud humana

La conservación o ausencia de cambios en los elementos genómicos a lo largo de la evolución por efecto de la selección natural, es un indicativo de la importancia de su función para la supervivencia de una especie o de un orden de animales como los primates, incluidos los humanos. Por lo que una pequeña variación en su secuencia de ADN de los cientos de miles de regiones reguladoras identificadas en este estudio,  podría derivar en alteraciones de nuestros rasgos biológicos, incluida la salud humana.

“La conservación en regiones del genoma humano es una de las herramientas más poderosas que tenemos para encontrar funcionalidad en el vasto genoma humano. Entender la funcionalidad del genoma, continúa siendo uno de los retos más importantes de la genética humana”, cita Tomàs Marquès-Bonet, Investigador ICREA en el IBE y Catedrático de Genética del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida (MELIS) de la Universidad Pompeu Fabra (UPF).

Un paso esencial para el mapeo genético de enfermedades en el genoma no codificante

Comprender los efectos de las variantes genéticas humanas es crucial para el diagnóstico y tratamiento precisos de las enfermedades genéticas. Sin embargo, los efectos de las variantes genéticas en el genoma no codificante siguen siendo difíciles de predecir.

En cambio, con las secuencias de ADN codificantes de proteínas, una parte del genoma mucho más estudiada, se han logrado avances recientes utilizando técnicas de aprendizaje profundo o Deep Learning. Ahora esta tecnología podría aplicarse a las secuencias no codificantes identificadas en el estudio.

“Mapear los elementos de secuencia conservados en el genoma no codificante constituye un paso esencial para comprender los efectos de todas las variantes en todo el genoma y vincularlos con rasgos y resultados de enfermedades específicos”, cita Lukas Kuderna, primer autor del estudio, ahora investigador en Illumina y antes en el IBE. 

Las secuencias no codificantes revelan nuevos datos sobre la evolución humana

Hasta la fecha, los estudios de genómica comparada han tenido éxito en encontrar secuencias conservadas, en especies distantes de mamíferos. Sin embargo, las adaptaciones evolutivas recientes más cercanas al origen de nuestra propia especie han resultado mucho más difíciles de identificar. Esto sucede porque se encuentran en el genoma no codificante que, en comparación con el ADN codificante, evoluciona mucho más rápido.

Mediante la comparación de las secuencias conservadas en especies de primates y humanos, el estudio demuestra que una fracción sustancial de los elementos reguladores no codificantes del genoma humano tienen orígenes relativamente recientes.

El genoma no codificante que nos hacen únicos entre los mamíferos

El estudio demuestra que muchos de estos elementos reguladores no codificantes, que anteriormente se pensaba que no estaban conservados y tenían un significado biológico incierto, representan en realidad adaptaciones evolutivas recientes de nuestro orden.

 “Estos elementos reguladores del ADN, que se han conservado a lo largo de la evolución de los primates, podrían desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de rasgos de primates y humanos, ofreciendo nuevos conocimientos sobre los fundamentos moleculares de la biología única de nuestra propia especie”, cita Tomàs Marquès-Bonet.

Artículo de referencia

Kuderna, L.F.K et al., ‘Identification of constrained sequence elements across 239 primate genomes’ Nature. Nov, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06798-8