Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Hombres y primates. Un 1% sí importa

En 1871 Charles Darwin conjeturó que los humanos estábamos evolutivamente más cerca de los simios africanos que de cualquier otra especie viva. Nuestro ancestro común vivió hace 5-7 millones de años. La reciente secuenciación de los genomas de gorilas, chimpancés y bonobos ha confirmado esa suposició

Hombres y primates. Un 1% sí importa
En 1871 Charles Darwin conjeturó que los humanos estábamos evolutivamente más cerca de los simios africanos que de cualquier otra especie viva. Nuestro ancestro común vivió hace 5-7 millones de años. La reciente secuenciación de los genomas de gorilas, chimpancés y bonobos ha confirmado esa suposición. En los últimos años hemos descubierto que los seres humanos poseemos unos 20.500 genes, un número muy similar al de los ratones y que el 98,7% de los genes los compartimos con los chimpancés  y los bonobos y un 98% con los gorilas.
 
En general, el grado de conservación genética es muy alto a lo largo de la evolución, de modo que entre la mosca de la fruta y el ser humano existe alrededor de un 60% de conservación. Este último hecho se corrobora al conocer que dos tercios de los genes humanos involucrados en el cáncer también poseen tienen homólogos en la mosca de la fruta. Ello abre inmensas posibilidades para la investigación. Por ejemplo, cuando los científicos insertaron un gen humano asociado con la enfermedad de Parkinson de aparición temprana en moscas de la fruta, éstas mostraron síntomas similares a los observados en los seres humanos con la enfermedad, abriendo la posibilidad de que unos diminutos insectos pudieran servir como un nuevo modelo para probar terapias encaminadas en el Parkinson.
 
Pero volvamos a la comparación entre humanos y chimpancés. ¿Son realmente casi semejantes nuestros genomas?
 
El valor del 98,7% de identidad se extendió tras una investigación realizada hace unos años por el grupo del Dr. Britten en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences, basándose en datos de secuenciación. Esta coincidencia contrasta con realidades como nuestro bipedalismo o nuestra capacidad de crear una gran obra artística o explorar el espacio.
 
Es un problema intrigante pero la Ciencia comienza a conocer sus causas que se pueden resumir en la idea general de que aunque nuestras diferencias genéticas sean pequeñas, sus consecuencias afectan a buena parte de nuestro genoma e incluso a nuestros cromosomas de muy diferentes modos.
 
Para comenzar pensemos que en nuestros tres mil millones de bases que forman nuestro ADN, una variación del 1% ya supone 30 millones de cambios que pueden ocasionar numerosos cambios en la expresión del material genético. Más aún:
 
Los seres humanos tenemos 23 pares de cromosomas ylos chimpancés 24, posiblemente porque uno de los cromosomas humanos se ha formado a través de la fusión de dos cromosomas pequeños del chimpancé.
Diferencias teloméricas. Al final de cada cromosoma están los telómeros, que juegan un papel crucial en la biología celular, división celular, envejecimiento o cáncer.  Los de los  chimpancés y otros simios tienen una extensión de 23 kilobases (1 kilobase equivale a 1.000 pares de bases de ADN). Los seres humanos poseemos unos telómeros mucho más cortos de solo 10 kilobases  Quizá este es un motivo de nuestra mayor susceptibilidad hacia el cáncer, mientras que los simios raramente lo padecen.
Mientras que 18 pares de cromosomas son “prácticamente idénticos», en los cromosomas 4, 9 y 12 los genes y marcadores en estos cromosomas no están en el mismo orden en el ser humano y el chimpancé
El cromosoma Y, en particular, es de un tamaño diferente y tiene muchos marcadores que no se alinean entre el humano y el chimpancé.
Cuando se dan cifras de homologías/diferencias usualmente se consideran las sustituciones de una base de la secuencia del ADN por otra base diferente, pero no la inserción o la eliminación de una o más bases de la secuencia. En este último caso la “lectura” del mensaje genético (y su expresión en forma de síntesis de proteína) queda modificada a partir de esa inserción/eliminación ya que es bien sabido que el mensaje genético se “lee” en fracciones de tres letras consecutivas (codón) y el fenómeno anterior modificará desde ese punto la “nomenclatura” de los codones, es decir, la naturaleza de los aminoácidos de la proteína resultante. Este fenómeno puede afectar al 3-4% del genoma
La Epigenética de los seres humanos parece diferir de la de los simios, como se demostró en agosto del 2012 en un artículo publicado en el  American Journal of Human Genetics. La metilación epigenética del ADN debida a factores ambientales o hábitos de vida modifica la expresión de genes, pero no cambia la información genética de una célula. El Dr. Yi y su equipo de investigación generaron mapas de metilación en todo el genoma de la corteza prefrontal de múltiples seres humanos y de chimpancés. Ellos encontraron cientos de genes que exhiben niveles significativamente más bajos de metilación en el cerebro humano que en el cerebro de chimpancé. La mayoría de ellos eran “promotores”, es decir, secuencias génicas implicadas en los procesos metabólicos celulares
 
Recientemente, varias investigaciones se han ocupado de las razones genéticas por las que el cerebro humano es mayor que el cerebro de los primates, aunque todavía no se hayan aclarado las bases científicas entre tamaño de cerebro e inteligencia.
 
Los pliegues cerebrales aumentan la superficie del cerebro, obteniendo más espacio para que las neuronas puedan procesar y almacenar información. Los investigadores del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética en Dresde, Alemania, fueron a buscar un gen que fuese especialmente activo durante el desarrollo de la corteza cerebral, que ocurre muy temprano en la vida. La corteza es la capa externa delgada de tejido cerebral se cree que es esencial para la memoria, la atención, la conciencia y, en los seres humanos, el pensamiento, el lenguaje y la conciencia. Mediante el examen genético en tejidos fetales humanos de abortos, comparándolos con el tejido de embriones de ratón, identificaron 56 genes humanos inexistentes en el ratón. El más activo y llamativo fue el gen ARHGAP11B, que es una duplicación parcial de otro gen existente. La duplicación surgió en algún momento, posiblemente cuando la evolución humana se separó de la de los chimpancés hace unos 5 o 6 millones de años. Este gen es exclusivamente humano, y está presente en los neandertales y en los homínidos de Denisova, nuestros parientes, desaparecidos hace tiempo, al igual que los humanos actuales.
 
Cuando los investigadores introdujeron el gen humano ARHGAP11B en ratones transgénicos la consecuencia fue un aumento del tamaño del cerebro y la aparición de ciertas ondas parecidas a circunvoluciones cerebrales de las que los ratones carecen. En todo caso, como indicó Marta Florio, la autora principal del artículo, posiblemente el gen ARHGAP11B es sólo uno de muchos cambios genéticos que hacen a la cognición humana especial. No es el gen mágico que transforma un cerebro primitivo en uno complejo.
 
Otro abordaje diferente del problema se focaliza en el ADN no codificante, erróneamente denominado durante cierto tiempo “ADN basura”. Nuestro ADN codificante solo representa el 1% de nuestro ADN total, de nuestro genoma. El resto es ADN no codificante, es decir, su información no se traduce en forma de proteínas. Pero su papel puede ser igual o más importante, participando en procesos controladores y reguladores de la expresión de los genes codificantes.
 
Los investigadores encontraron que muchas regiones de ADN no codificante se han mantenido invariables durante la evolución de los mamíferos, incluyendo la mayoría de los primates, pero observaron otras regiones que si lo hicieron y las denominaron HAR, iniciales de Human Accelerated Regions, que  están presentes en nuestros lejanos parientes los neandertales, en los homínidos de Denisova, así como en nosotros. Las HAR en su mayoría son ADN no codificante y no están dispersos al azar en el genoma, sino cerca de conjuntos de genes muy importantes para las funciones del sistema nervioso central, el cerebro o la médula espinal. Un trabajo reciente de investigadores de la Universidad Duke ha respaldado que el HARE5 la expresión de otro gen que participa en el desarrollo del cerebro y el tamaño (El E de HARE indica que esta región de ADN, acelerada en la evolución humana, actúa como un potenciador, es decir, aumenta la transcripción de un gen asociado). El HARE5 humano difiere poco de la versión presente en chimpancé, pero las consecuencias son enormes. Se comprobó en ratones transgénicos con la versión HARE5 de chimpancé o humana. Los embriones de ratón con el HARE5 humana alcanzaron cerebros 12% más grandes que los ratones con HARE5 de chimpancé. La HARE5 humana parece hacer que las células madre que se convertirán en las neuronas se dividan más rápidamente y por lo tanto se producen más neuronas.
 
Los científicos creen que tan sólo están al inicio de otros grandes descubrimientos que explicaran las grandes diferencias entre seres cuyos genomas son parecidos. No conocemos todavía si genes como ARHGAP11B y HARE5 humanos hacen algo más que ampliar cerebros. ¿Producen cambios en el comportamiento y la cognición así? ¿Los cerebros más grandes hacen que los ratones transgénicos más inteligente?
 
Como es lógico, todo ello plantea cuestiones éticas. ¿Podrían o deberían permitirse descubrimientos de este tipo para crear eventualmente animales transgénicos más inteligentes? La cuestión está servida
 
Más en:
 
http://genome.cshlp.org/content/15/12/1746.full