240 genomas de mamíferos revelan riesgos de enfermedades humanas
¿Por qué algunos mamíferos tienen un sentido del olfato excepcional, algunos hibernan y otros, incluidos los humanos, están predispuestos a las enfermedades? Un importante proyecto de investigación internacional, realizado conjuntamente por la Universidad de Uppsala, Suecia, y el Instituto Broad, EE. UU., estudió y analizó los genomas de 240 mamíferos diferentes. Los hallazgos, ahora publicados en 11 artículos en la revista Science, muestran cómo los genomas de los humanos y otros mamíferos se desarrollaron a través de la evolución. La investigación muestra qué regiones tienen funciones importantes en los mamíferos, qué cambios genéticos han llevado a características específicas en diferentes especies y qué mutaciones pueden causar enfermedades.
«Combinados, los 11 artículos que estamos publicando actualmente en Science brindan una gran cantidad de información sobre la función y el desarrollo de los genomas de los mamíferos», dice Kerstin Lindblad-Toh, profesora de genómica comparativa en la Universidad de Uppsala y una de las dos líderes de la consorcio internacional de investigadores. «Además, hemos producido datos que pueden usarse para estudios evolutivos e investigaciones médicas durante muchos años».
En un gran proyecto internacional realizado conjuntamente por la Universidad de Uppsala y el Instituto Broad, más de 30 equipos de investigación juntos estudiaron y analizaron los genomas de 240 especies de mamíferos. Los hallazgos, ahora publicados en 11 artículos en la revista Science, muestran cómo los genomas de los humanos y otros mamíferos se desarrollaron a través de la evolución.
El genoma humano contiene unos 20.000 genes que son el código de fabricación de todas las proteínas del cuerpo. El genoma también contiene instrucciones que indican dónde, cuándo y cuánta proteína se produce. Estas partes del genoma, llamadas elementos reguladores, son mucho más difíciles de identificar que las partes que dan origen a las proteínas. Sin embargo, el estudio de los genomas de un gran número de mamíferos permite determinar qué partes del genoma son funcionalmente importantes.
La hipótesis compartida por los investigadores detrás de las publicaciones en Science es que si una posición en el genoma se ha conservado a lo largo de 100 millones de años de evolución, probablemente cumple una función en todos los mamíferos. Por primera vez, pudieron probar esta hipótesis a gran escala. Mediante un estudio detallado y una comparación sistemática de los genomas de 240 mamíferos, los investigadores identificaron regiones del genoma humano cuya función aún no había sido caracterizada. Estas regiones son probablemente elementos reguladores y son importantes para el correcto funcionamiento del genoma. Las mutaciones en estos pueden desempeñar un papel importante en el origen de enfermedades o en las características distintivas de las especies de mamíferos.
Los investigadores han identificado más de tres millones de elementos reguladores importantes en el genoma humano, aproximadamente la mitad de los cuales se desconocían previamente. También pudieron determinar que al menos el 10% del genoma es funcional, diez veces más que el 1% aproximadamente que codifica proteínas.
Los 240 mamíferos diferentes del estudio varían mucho en sus características, como la agudeza de su sentido del olfato o el tamaño de sus cerebros. Los investigadores han podido encontrar regiones en los genomas que llevan a ciertas especies a tener un sentido del olfato superior oa ciertas especies a hibernar.
«Es emocionante tener ahora una imagen de las mutaciones que dirigieron el desarrollo de rasgos específicos en estos mamíferos altamente divergentes», dice Matthew Christmas, investigador y coautor de uno de los artículos que analizan la función del genoma y cómo afecta el características distintivas de las diferentes especies.
Uno de los estudios muestra que los mamíferos habían comenzado a cambiar y divergir incluso antes de que la Tierra fuera golpeada por el asteroide que mató a los dinosaurios, hace unos 65 millones de años.
«Nuestros resultados también pueden proporcionar información importante sobre el riesgo de extinción de los mamíferos, en función de la variación de su genoma. Esta es información que puede sentar las bases para comprender cómo gestionar una especie para ayudarla a sobrevivir», explica la profesora Lindblad-Toh.
El nuevo conocimiento también ayuda a los investigadores a comprender cómo surgen las enfermedades, al vincular las posiciones conservadas evolutivamente en el genoma con condiciones conocidas. Esto se puede hacer para todas las especies y también se podrá utilizar en referencia a las enfermedades humanas.
“Nuestros análisis de 240 mamíferos nos brindan una mejor comprensión de las señales reguladoras en el genoma. Calibramos nuestros resultados a posiciones que se sabe que contribuyen a la enfermedad, y luego pudimos usarlos para sugerir posiciones adicionales que podrían priorizarse para rasgos neurológicos, como esquizofrenia o trastornos inmunológicos como asma o ‘eccema’, dice Jennifer Meadows. , investigador y coautor del segundo artículo, que se centra en cómo los datos del proyecto pueden contribuir al conocimiento de las enfermedades.
Se compara el genoma de personas sanas y enfermas para comprender qué mutaciones conducen a la enfermedad. Esto produce una imagen de la región del genoma que puede ser importante, pero no da un conocimiento exacto de la mutación que causa la enfermedad.
“Muchas de las mutaciones que conducen a enfermedades comunes, como la diabetes o el trastorno obsesivo-compulsivo, se encuentran fuera de los genes y tienen que ver con la regulación de genes. Nuestros estudios facilitan la identificación de las mutaciones que conducen a la enfermedad y la comprensión de lo que está mal”, dice Lindblad-Toh.
Los investigadores también estudiaron el meduloblastoma canceroso, que es el tipo más común de tumor cerebral maligno en los niños. Aunque los tratamientos modernos han mejorado el pronóstico, no todos los niños pueden curarse. Además, aquellos que sobreviven a menudo experimentan efectos secundarios de por vida debido al tratamiento agresivo.
«En pacientes con meduloblastoma, hemos encontrado muchas mutaciones nuevas en posiciones conservadas evolutivamente. Esperamos que el análisis de estas mutaciones siente las bases para nuevos diagnósticos y terapias», dice Karin Forsberg-Nilsson, profesora de investigación de células madre en la Universidad de Uppsala, quien dirigió la parte del estudio sobre el cáncer.
Este trabajo fue financiado en parte por los Institutos Nacionales de Salud (EE. UU.), el Consejo Sueco de Investigación (SWE), la Fundación Knut y Alice Wallenberg (SWE) y la Fundación Nacional de Ciencias (EE. UU.).
