L'Institut de Biologia Evolutiva (IBE, CSIC-UPF), la Universitat Pompeu Fabra, Illumina i la Facultat de Medicina de Baylor han liderat un número especial de Science, un dels pocs que produïts des d'Espanya.

Després de crear el catàleg d’informació de primats més complet fins ara, el projecte ha comparat el genoma de 809 individus de 233 espècies de primats, implicant investigadors de 24 països en un total de 4 estudis diferents publicats a Science, 3 d’ells co-dirigits des de Barcelona.

El 80% dels genomes generats en aquest projecte han estat seqüenciats a Barcelona, ​​al Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica (CNAG). Aquests estudis han ajudat a crear un nou algorisme d’Intel·ligència Artificial amb rellevància clínica, per identificar nous coneixements sobre les causes genètiques de les malalties humanes fent servir les dades genòmiques dels primats.

Aquests estudis han descobert variants de seqüències d’ADN i desenvolupat filogènies per espècies de primats que aportaran noves dades sobre l’evolució dels primats i els humans, així com la biodiversitat dels primats.

D’esquerra a dreta:  Tomàs Marquès-Bonet, Alejandro Valenzuela, David Juan, Esther Lizano i Arcadi Navarro. Investigadors de l’IBE - UPF que han participat en els estudis. Crèdito: IBE i UPF.

Una nova investigació liderada per Tomàs Marquès-Bonet, Investigador ICREA a l'IBE (CSIC-UPF) i Catedràtic de Genètica del Departament de Medicina i Ciències de la Vida (MELIS) ​​de la Universitat Pompeu Fabra (UPF); el Dr. Kyle Farh (Illumina) i el Dr. Jeffrey Rogers (Facultat de Medicina de Baylor), combina la seqüenciació del genoma de més de 809 individus de 233 espècies de primats, cobrint gairebé la meitat de totes les espècies de primats existents a la Terra, amb l'estudi de restes fòssils i multiplicant per quatre el nombre dels genomes de primats disponibles fins ara.

L'estudi proporciona nova informació sobre la diversitat genètica i la filogènia dels primats, que és important per comprendre i conservar la diversitat de l'espècie més propera a la nostra. De la mateixa manera, identifica una nova manera de trobar mutacions genètiques que podrien ser responsables de moltes malalties humanes.

En un dels pocs números especials de la revista Science dirigits des d'Espanya, s'han revelat els genomes del 86% dels gèneres i de totes les famílies de primats. D'aquests, 8 de cada 10 han estat seqüenciats al Centre Nacional d'Anàlisi Genòmica (CNAG) de Barcelona.

“Aquest projecte ha estat un dels més importants en què hem treballat en els darrers anys al CNAG. Hem desenvolupat una nova metodologia de seqüenciació, analitzant més de 600 genomes de primats. Sens dubte, un estudi clau que ens ha permès obtenir una visió molt completa de la variació genètica dels primats i també del genoma humà”, explica Ivo Gut, director del CNAG.

Les mutacions rares poden augmentar el risc de malaltia

Una de les limitacions de la genètica humana i clínica és la incapacitat actual per detectar, entre centenars de milers de mutacions, les que causen malalties. Actualment es desconeixen les causes genètiques de moltes malalties comunes, com ara la diabetis i les cardiopaties, a causa de la manca d'informació genètica o del gran nombre de factors genètics implicats. Es creu que algunes malalties s'originen quan un conjunt de variacions genètiques o mutacions amb un efecte "lleu" actuen conjuntament per causar una malaltia d'origen poligènic, com ara la diabetis o el càncer.

En comparar els genomes de 809 individus de 233 espècies de primats no humans amb l'humà, la investigació ha identificat 4,3 milions de mutacions “missense” que afecten la composició dels aminoàcids i poden alterar la funció de les proteïnes. Aquestes mutacions identificades en primats són la base per fer estudis comparatius amb les variants humanes i identificar aquelles variants clau en moltes malalties humanes.

"El 6% d´aquestes mutacions són abundants en primats i, per tant, es consideren "potencialment benignes" en malalties humanes, atès que es tolera la seva presència en aquests animals.", afirma Kyle Farh, vicepresident d´Intel·ligència Artificial d´Illumina i coautor principal de les publicacions.

La identificació de mutacions causants de malalties s’ha aconseguit gràcies a l'algorisme d'aprenentatge profund PrimateAI-3D. Un algorisme d'intel·ligència artificial (IA) desenvolupat per Illumina, l'empresa líder mundial en seqüenciació d'ADN, que és una mena de ChatGPT per a la genètica que utilitza la seqüència del genoma en comptes del llenguatge humà.

Caputxí de front blanc (Cebus unicolor) prop de Manaos, Brasil. Crèdit: Rebecca Still

Nous coneixements sobre l'evolució dels primats i la singularitat humana

La publicació d’aquest  projecte conté el catàleg més complet d'informació genòmica de primats elaborat fins ara, que abasta gairebé la meitat de totes les espècies de primats existents a la Terra. Conté informació de primats d'Àsia, Amèrica, Àfrica i Madagascar.

Arbre filogenètic dels primats. Crèdit: Lukas Kuderna

Segons Tomàs Marquès-Bonet "els humans som primats. L'estudi de centenars de genomes de primats no humans, donada la seva posició filogenètica, és molt valuós per als estudis evolutius humans, per a entendre millor el genoma humà i les bases de la nostra singularitat, incloses les bases de les malalties humanes, i per a la seva futura conservació".

Aquests estudis també han indicat que la genètica dels primats no sempre es correspon amb la seva taxonomia. Trobem diversos casos en què les relacions entre espècies de primats es descriuen millor com a xarxes complexes que no pas com a simples arbres ramificats.

Un altre estudi aprofundeix en l'evolució de les espècies de babuïns, un grup ampli i divers de micos, que mostra que hi ha hagut diversos episodis d'hibridació i flux genètic entre espècies que no s'havien reconegut anteriorment. A més, descobrim que els babuïns grocs de l'oest de Tanzània són els primers primats no humans que han rebut aportacions genètiques de tres llinatges diferents.

"Aquests resultats suggereixen que l'estructura genètica de la població i la història de la introgressió entre llinatges de babuïns és més complexa del que es pensava, i això demostra que els babuïns són un bon model per a l'evolució dels humans, els Neandertals i els Denisovans". Afirma Jeffrey Rogers, professor associat del Centre de Seqüenciació del Genoma Humà i del Departament de Genètica Molecular i Humana de la Facultat de Medicina de Baylor, que ha co-dirigit aquest estudi.

"Els nostres estudis proporcionen pistes sobre quines espècies necessiten més urgentment esforços de conservació, i podrien ajudar a identificar les estratègies més eficaces per a preservar-les", afirma Lukas Kuderna, primer autor d'un dels estudis. Per acabar, el nou catàleg genòmic ha reduït a la meitat el nombre d'innovacions genòmiques que es creien exclusivament humanes. Aquesta observació facilita la identificació de les mutacions no compartides amb els primats que, per tant, poden ser exclusives de l'evolució humana i de les característiques que ens fan humans.

Cacajao hosomi, juvenil al sud de Veneçuela. Crèdit: Jan Dungel

Els investigadors de l'IBE i la UPF Lukas F.K., Kuderna, Alejandro Valenzuela, David Juan, Arcadi Navarro i Esther Lizano també han participat als estudis agrupats en aquesta edició especial.

L'altre consorci del número especial, codirigit per Guojie Zhang, de la Universitat de Zhejiang, i Dong-dong Wu, de l'Institut de Zoologia de Kunming, amb la col·laboració de l'IBE, ha dut a terme anàlisis genòmiques comparatives dels genomes de referència de 50 espècies de primats, inclosa la humana, i també ha contribuït amb quatre articles més a aquest número especial. Aquests articles se centren en les evolucions genòmiques i aporten coneixements nous sobre el procés d'especiació de les espècies de primats, les innovacions genòmiques relacionades amb la singularitat humana i l'evolució social dels primats.

Articles de referència:

Kuderna, L.F.K et al., ‘A global catalog of whole-genome diversity from 233 primate species‘ Science. May, 2023. DOI: 10.1126/science.abn7829

Sorensen, E, et al., ‘Genome-wide coancestry reveals details of ancient and recent male-driven reticulation in baboons‘ Science. May 2023. DOI: 10.1126/science.abn8153

Gao, H, et al., ‘The landscape of tolerated genetic variation in humans and primates’ Science. May 2023. DOI: 10.1126/science.abn8197