El Instituto de Biología Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) y la Universidad de Pompeu Fabra han participado en la publicación especial de Science de la mano del Consorcio Zoonomia. La publicación recoge once estudios internacionales y podría aportar nueva información sobre enfermedades y rasgos inusuales del genoma humano que se desconocían hasta ahora.

Los estudios de esta publicación consiguen comparar los genomas de 240 especies de mamíferos, 4 veces más que ninguna investigación anterior, aportando un gran recurso para la comprensión y conservación de la biodiversidad genómica.

Además, hacer disponibles los genomas de tantas especies que difieren en fenotipos de interés biomédico (longevidad, tasas de neoplasia, fertilidad, concentración de biometabolitos) permite el estudio detallado de caracteres muy relevantes por la salud animal y humana.

Arcadi Navarro y Tomàs Marqués-Bonet, profesores de investigación ICREA, investigadores del IBE (CSIC-UPF) y Catedráticos en Genética de la Universidad de Pompeu Fabra, participan en el consorcio internacional de Zoonomia, el cual constituye el recurso comparativo de genómica de mamíferos más grande del mundo. Mediante la alineación del genoma de 240 especies de mamíferos, se han identificado diferencias en su ADN que pueden desencadenar enfermedades o disfunciones graves en humanos.

El proyecto Zoonomia ofrece, de manera más detallada que en ningún estudio anterior, un recurso que permite estudiar las regiones reguladoras del ADN, bastante desconocidas hasta ahora y que son difíciles de identificar con genomas aislados de una sola especie. De este modo, la investigación ha detectado y comparado regiones altamente conservadas entre especies de mamíferos que podrían cumplir funciones clave, así como parte de la base genética de los rasgos característicos de algunos mamíferos.

Las regiones genómicas más conservadas entre los mamíferos cumplen funciones vitales

Mediante la comparación de genomas de 240 especies de mamíferos, la investigación ha identificado docenas de elementos reguladores del genoma. Algunas de estas regiones genómicas no han sufrido variaciones en millones de años de evolución, y podrían desvelar funciones de vital importancia para el correcto funcionamiento de los mamíferos, dada su persistencia. De hecho, y gracias al uso de técnicas de Machine Learning, el estudio ha conseguido vincular algunas de estas regiones conservadas con caracteres fundamentales, como por ejemplo el tamaño del cerebro.

Por este motivo, el estudio sugiere que pequeñas variaciones genéticas en estas regiones de ADN altamente conservadas tienen muchas probabilidades de causar enfermedades raras y comunes en los humanos, como el cáncer.

“Estas investigaciones demuestran, por lo tanto, la utilidad de utilizar la conservación del genoma para el estudio de enfermedades humanas, dado que se podría facilitar la detección de los cambios genéticos que aumentan o disminuyen el riesgo de una enfermedad en concreto y que todos los miembros de una misma especie comparten.” Señala Arcadi Navarro, que ha participado en la investigación de la mano del consorcio Zoonomia.

Compartimos un 10% del ADN con el resto de mamíferos

Según estos estudios, al menos un 10% del genoma humano se conserva simultáneamente entre especies de mamíferos, entre las cuales se incluyen el perro, el ratón, el chimpancé y el murciélago. Este porcentaje se traduce en más de 4.500 elementos casi perfectamente conservados en el genoma del 98% de las especies estudiadas.

La gran mayoría de estos elementos se encuentran fuera de las regiones de ADN que codifican por proteínas, el campo más estudiado del ADN y, en cambio, codifican por elementos reguladores de la información genética, unos grandes desconocidos para la comunidad científica.

“Cuando estudias el genoma aislado de una sola especie puedes identificar fácilmente las proteínas, porque son regiones muy marcadas con un principio y un final.” Explica Arcadi Navarro. “Las regiones reguladoras, en cambio, solo se pueden detectar de manera sistemática y masiva mediante la comparación genómica de diferentes especies y observando su evolución. Si se conservan es porque tienen alguna utilidad, si desaparecen es porque no suponían una ventaja evolutiva o su entorno ha cambiado.”

De este modo, las regiones más conservadas del genoma están involucradas en el desarrollo embrionario y la regulación de la expresión de ARN, mientras que las que más cambian tienen que ver con la relación del animal con su ambiente, como por ejemplo la respuesta inmunitaria, el desarrollo de la piel, el olfato y el gusto.

La hibernación o un gran olfato son variaciones genéticas con una ventaja evolutiva

Los estudios comparativos también pueden detectar aquellas mutaciones que sí que han perdurado en el tiempo dentro de una especie, por lo cual se intuye que suponen una ventaja evolutiva. La investigación señala regiones del genoma asociadas a unos pocos rasgos excepcionales de algunos mamíferos, como por ejemplo un cerebro extraordinariamente grande, un sentido del olfato superior o la habilidad de hibernar durante el invierno.

Por otro lado, también se han detectado que aquellas especies con menos cambios en las regiones conservadas del genoma tienen un mayor riesgo de extinción. Por este motivo, el estudio concluye que, con solo un genoma de referencia por especie, se podrían identificar las especies en peligro. Todavía se necesita más investigación al respeto, pero esta práctica podría suponer un adelanto en los esfuerzos para conservar la biodiversidad.

Estos descubrimientos provienen del análisis de muestras de ADN recolectadas por más de 50 instituciones diferentes en todo el mundo, entre las cuales se incluyen muestras del zoológico de San Diego, que proporcionó muchos genomas de estas especies amenazadas o en peligro de extinción.

Artículo de referencia: Matthew J. Christmas1 †, Irene M. Kaplow2,3†, et al. Evolutionary constraint and innovation across hundreds of placental mammals. Science. Vo.380, NO. 6643, Online April 28, 2023. DOI: 10.1126/science.abn3943