CIENCIAS NATURALES: Ciencias de la Vida

Cómo trabajan los científicos españoles que han desentrañado el ADN del ornitorrinco

En las entrañas del laboratorio

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Los genes de uno de los animales más sorprendentes de la tierra, el ornitorrinco, ya no son un secreto. Y todo porque Glennie, una hembra de ornitorrinco, ha cedido a la ciencia su ADN. Eso ha permitido determinar la secuencia de los dos mil millones de bases que componen su genoma, que codifica más de 18.500 genes, un número similar al de humanos. Para hacer este trabajo, han colaborado treinta laboratorios de ocho países, que con su investigación han saltado a la portada más reciente de la prestigiosa revista Nature. Entre ellos, el grupo de científicos que dirige el catedrático de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Oviedo Carlos López-Otín. Y aunque 166 millones de años de evolución separan al lector de Glennie, el estudio supone un considerable avance para definir qué le hace humano. Pero ¿cómo ha sido el trabajo en el laboratorio para llegar hasta aquí?

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L.A. / FICYT / SINC | 12 mayo 2008 10:45

<p>En el centro, <a href="http://www.plataformasinc.es/index.php/esl/Galeria-multimedia/Imagenes/En-las-entranas-del-laboratorio" target="_self">Carlos López-Otín acompañado de</a> Xosé Suárez Puente (izquierda) y Gonzalo Rodríguez Ordóñez (derecha) / Foto: FICYT</p>

En el centro, Carlos López-Otín acompañado de Xosé Suárez Puente (izquierda) y Gonzalo Rodríguez Ordóñez (derecha) / Foto: FICYT

Los científicos del Instituto de Oncología de la Universidad de Oviedo (IUOPA) han analizado los genes de proteasas, un tipo de proteína esencial para todos los organismos. También controlaron la calidad de la secuencia obtenida en la Universidad de Washington, e hicieron un hallazgo que permitió mejorar la versión del genoma que hasta ese momento manejaba el consorcio internacional de investigación.

Un puzzle de 27 millones de piezas
Los autores del estudio han tenido que trabajar con una especie de puzzle de 27 millones de piezas. Esto es así “porque no hay ninguna tecnología que permita secuenciar un cromosoma completo”, apunta Xose S. Puente. Por esta razón, el primer paso consiste en cortar el ADN en trocitos al azar, con lo que se pierde el orden de la secuencia completa. Luego, se analiza la composición de cada trocito, y se van uniendo las piezas para saber qué lugar ocupa cada una en el genoma.

Pero el proceso de recolocado no es fácil: “el problema es que no sólo existe una única combinación que vuelva a encajar”, señala Xose S. Puente, coautor de la contribución española al estudio.

El polizón del ADN
Y precisamente los límites de la tecnología son la razón por la que es imprescindible el control de calidad que han hecho los científicos del IUOPA-Universidad de Oviedo sobre la secuencia obtenida en la Universidad de Washington. En esta ocasión, observaron un aspecto muy particular: “Cuando revisábamos los genes que codifican proteasas en el genoma del ornitorrinco, vimos que había algunos genes con mayor parecido a los de parásitos unicelulares”, explica Gonzalo R. Ordóñez, coautor del estudio.

¿Tan extraño era el ADN del ornitorrinco? A raíz de esta observación, los científicos asturianos descubrieron que el ADN de Glennie estaba contaminado con el ADN de Theileria, un parásito intracelular que también afecta a las vacas. Esta conclusión permitió eliminar esta secuencia contaminante y obtener la versión definitiva del genoma utilizada para este estudio.

“Si no se hubiese localizado, la presencia del material genético de un parásito podría haber desvirtuado los resultados de la investigación y los posteriores análisis del genoma del ornitorrinco”, señala Gonzalo R. Ordóñez. La reelaboración de la secuencia completa, resultado de la aportación del equipo de López Otín para eliminar el ADN intruso, en gran parte se debió a algo que Gonzalo R. Ordóñez resume con una sonrisa: “es lo que tiene revisar las cosas a mano”.

En los límites de la tecnología
Y es que, pese a la elevada capacidad de computación de los grandes centros de secuenciación de genomas, las máquinas no son infalibles. Los investigadores asturianos pueden detectar los fallos porque conocen muy bien la estructura de los genes que codifican proteasas, en los que algunos cambios genéticos supondrían la muerte del animal. Por eso es tan necesaria la paciencia y el trabajo humano que permite revisar los resultados de los secuenciadores: “Si varios genes tienen el mismo error, lo más probable es que se deba a un fallo en el ensamblaje de la secuencia. Así que es necesario ajustar mejor el programa”, explica Gonzalo R. Ordóñez.

La experiencia que los investigadores del IUOPA-Universidad de Oviedo han obtenido de sus anteriores contribuciones a la secuenciación del genoma del humano, ratón, rata y chimpancé les ha sido muy útil en este nuevo trabajo. Uno de los ámbitos en que son especialistas es el degradoma, término acuñado por ellos y que se refiere al conjunto de genes de proteasas en un organismo. Las proteasas son un tipo de proteínas que degradan a otras: “Las proteasas, de las que hay más de 500 en el genoma humano, están implicadas en numerosas patologías, incluida la progresión de los tumores. Y esta investigación ayuda a entender la función de estas proteínas en los mamíferos”, destaca Xose S. Puente.

El poema evolutivo
“El genoma del ornitorrinco tiene más secuencias repetidas que el del ser humano. Y esto puede ser importante en términos evolutivos, así que es un campo a estudiar”, explica Xose S. Puente. Las repeticiones forman parte de lo que hace unos años se llamaba ADN basura, porque se creía que era inservible. Sin embargo, hoy se sabe que estos elementos repetidos pueden ser uno de los principales mecanismos de la evolución.

Así, uno de los descubrimientos realizados por los investigadores del IUOPA fue que el ornitorrinco no tiene los genes necesarios para la digestión en el estómago. “Encontramos genes fósiles o pseudogenes que nos dieron una pista acerca de cómo se habían perdido. Parece que algunas de estas secuencias repetidas se insertaron en medio de estos genes y los inactivaron”, explica Gonzalo R. Ordóñez. Este mecanismo evolutivo es comparable a incluir un trozo de prosa en medio de un poema de Ángel González: lo echa a perder. En el caso de los genes ocurre lo mismo, la inserción de un elemento repetido en medio de un gen puede alterar su información y dar lugar al desarrollo de distintas enfermedades humanas.

Comparar genomas para conocernos
El arte de la evolución ha sido el responsable de las peculiaridades que ahora los científicos observan en su forma genética. Así, la expansión de genes vomeronasales dota al ornitorrinco de un órgano que recibe señales eléctricas y que utiliza para poder localizar a sus presas cuando bucea con los ojos y oídos cerrados. Y el rasgo contrario, la ausencia de otros genes, explica por qué el ornitorrinco adulto no tiene dientes.

En cuanto a las similitudes entre especies, “los genes del cáncer están muy conservados en el ornitorrinco, y eso significa que también desempeñan otras funciones beneficiosas; porque si no, se habrían perdido en la evolución”, señala Víctor Quesada, investigador del grupo que dirige López-Otín.

La comparación del genoma del ornitorrinco con el de otros organismos permitirá saber qué genes pertenecen al tronco común de los mamíferos y cuáles ha perdido o ha adquirido cada especie. “Hace casi tres años participamos en la secuenciación del genoma del chimpancé, que es el animal más cercano evolutivamente al ser humano, y ahora hemos contribuido a la secuenciación de los genes del mamífero más alejado de nosotros”, dice Xose S. Puente. El análisis de estos genomas podría contribuir a identificar genes que expliquen la mayor susceptibilidad de los humanos al cáncer, el SIDA o el Alzheimer. Para ello, el equipo de la Universidad de Oviedo ya cuenta con un importante volumen de datos y siguen trabajando para ampliarlo.

A por el orangután
El equipo del IUOPA trabaja ahora desentrañando el ADN del orangután. Este primate se separó evolutivamente del ser humano hace 16 millones de años, mientras que el chimpancé y el humano, que comparten el 99% de su ADN, se separaron hace seis millones. “Como ya hemos trabajado descifrando el genoma del chimpancé, podremos ver qué genes son específicos de cada especie, y conocer mejor cuál era la situación primigenia de los primates”, explica Víctor Quesada, que participa en esta investigación.

Para continuar conociendo al ser humano en términos evolutivos, hay que identificar las ligeras diferencias que nos separan del resto de los primates. “Hemos encontrado que los mismos genes se han inactivado en el chimpancé y en el orangután de forma distinta, lo que quiere decir que son sucesos independientes. Y quizá eso signifique que la conservación de esos genes ha sido muy importante en el proceso que nos hizo humanos”, afirma Víctor Quesada.

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Referencia bibliográfica
Wesley C. Warren, LaDeana W. Hillier, Jennifer A. Marshall Graves, Ewan Birney, Chris P. Ponting, Frank Grützner, Katherine Belov, Webb Miller, Laura Clarke, Asif T. Chinwalla, Shiaw-Pyng Yang, Andreas Heger, Devin P. Locke, Pat Miethke, Paul D. Waters, Frédéric Veyrunes, Lucinda Fulton, Bob Fulton, Tina Graves, John Wallis, Xose S. Puente, Carlos López-Otín, Gonzalo R. Ordóñez, Evan E. Eichler, Lin Chen, Ze Cheng, Janine E. Deakin, Amber Alsop, Katherine Thompson, Patrick Kirby, Anthony T. Papenfuss, Matthew J. Wakefield, Tsviya Olender, Doron Lancet, Gavin A. Huttley, Arian F. A. Smit, Andrew Pask, Peter Temple-Smith, Mark A. Batzer, Jerilyn A. Walker, Miriam K. Konkel, Robert S. Harris, Camilla M. Whittington, Emily S. W. Wong, Neil J. Gemmell, Emmanuel Buschiazzo, Iris M. Vargas Jentzsch, Angelika Merkel, Juergen Schmitz, Anja Zemann, Gennady Churakov, Jan Ole Kriegs, Juergen Brosius, Elizabeth P. Murchison, Ravi Sachidanandam, Carly Smith, Gregory J. Hannon, Enkhjargal Tsend-Ayush, Daniel McMillan, Rosalind Attenborough, Willem Rens, Malcolm Ferguson-Smith, Christophe M. Lefèvre, Julie A. Sharp, Kevin R. Nicholas, David A. Ray, Michael Kube, Richard Reinhardt, Thomas H. Pringle, James Taylor, Russell C. Jones, Brett Nixon, Jean-Louis Dacheux, Hitoshi Niwa, Yoko Sekita, Xiaoqiu Huang, Alexander Stark, Pouya Kheradpour, Manolis Kellis, Paul Flicek, Yuan Chen, Caleb Webber, Ross Hardison, Joanne Nelson, Kym Hallsworth-Pepin, Kim Delehaunty, Chris Markovic, Pat Minx, Yucheng Feng, Colin Kremitzki, Makedonka Mitreva, Jarret Glasscock, Todd Wylie, Patricia Wohldmann, Prathapan Thiru, Michael N. Nhan, Craig S. Pohl, Scott M. Smith, Shunfeng Hou, Marilyn B. Renfree, Elaine R. Mardis & Richard K. Wilson. “Genome analysis of the platypus reveals unique signatures of evolution” Nature 453, 175-183 8 May 2008

Zona geográfica: España
Fuente: FICYT

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