En el genoma humano hay más de 150 genes "hechos de la nada". 2 son totalmente exclusivos.
Los humanos y los chimpancés se separaron de un ancestro común hace unos 6 millones de años, cuando empezamos a descender por ramas separadas en el árbol evolutivo de la vida. Tras esa separación, los humanos siguieron generando genes completamente nuevos, algunos de los cuales surgieron de regiones del genoma que durante mucho tiempo se consideraron "basura", según destaca un nuevo estudio.
En la nueva investigación, publicada el martes (20 de diciembre) en la revista Cell Reports (se abre en una nueva pestaña), los científicos examinaron el genoma humano en busca de pruebas del "nacimiento" de genes completamente nuevos. En concreto, buscaron los denominados genes de novo, que no surgen a través del proceso habitual, en el que los genes recogen cambios en las letras, o mutaciones, a medida que las células hacen copias de su ADN. Este ADN modificado da lugar a versiones diferentes de las proteínas que se fabricaron a partir de la versión original del gen.
En cambio, los genes de novo surgen espontáneamente a partir de fragmentos de ADN que no codifican proteínas, pero pueden codificar moléculas que activan o desactivan genes o realizan otras funciones en la célula. Por tanto, cuando los genes de novo codifican proteínas, están desarrollando ese código "desde cero", en lugar de iterar sobre ADN codificador de proteínas que ya existía en la célula.
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El nuevo estudio ha revelado 155 de estos genes humanos hechos a partir de cero que codifican proteínas diminutas, o microproteínas, muchas de las cuales contienen menos de 100 aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. "Encontramos dos que son estrictamente específicos del ser humano", es decir, que no aparecen en ninguno de los genomas de otros animales estudiados, explicó a Live Science el primer autor, Nikolaos Vakirlis (se abre en una nueva pestaña), investigador junior del Centro de Investigación en Ciencias Biomédicas Alexander Fleming de Atenas (Grecia). Estos dos genes aparecieron después de que los humanos se separaran de los chimpancés.
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Los primeros datos de los experimentos en placas de laboratorio apuntan a que al menos 44 de estas 155 proteínas enclenques -incluidas las dos específicas humanas- pueden desempeñar funciones importantes en el crecimiento celular, pero esto tendrá que verificarse en futuros estudios. "La cuestión es si ese efecto que observamos en los cultivos celulares se traduce en algo real en el organismo", afirma Vakirlis.
Vakirlis y su equipo iniciaron su búsqueda de genes de novo en un conjunto de datos a disposición del público. Publicado por primera vez en 2020 y descrito en la revista Science (se abre en una nueva pestaña), el conjunto de datos contiene información sobre cientos de fragmentos cortos de ADN que codifican microproteínas. Estos fragmentos de ADN se consideran "no canónicos", lo que significa que sus componentes se alinean en secuencias inusuales que no suelen verse en los genes que codifican proteínas. El equipo responsable del conjunto de datos también realizó experimentos para comprobar si estas microproteínas desempeñan funciones importantes en las células y descubrió que algunas parecen ser clave para el crecimiento celular, al menos en placas de laboratorio.
"Sin ese conjunto de datos, un estudio como el que hemos hecho sería imposible", declaró Vakirlis a Live Science. Históricamente, los científicos han considerado que estas secuencias de ADN ultracortas y las diminutas proteínas que codifican carecían de importancia, insignificantes en comparación con las proteínas grandes y más conocidas. Esta idea se ha puesto en entredicho ahora que los métodos modernos permiten estudiar más fácilmente las microproteínas y su ADN asociado.
Con este rico conjunto de datos en la mano, el equipo trabajó hacia atrás para estimar cuándo se introdujo por primera vez cada fragmento de ADN codificador de microproteínas en el linaje evolutivo humano. Para ello, buscaron los mismos fragmentos de ADN en los genomas de otras 99 especies de vertebrados, como chimpancés, gorilas, caballos, caimanes y ornitorrincos. "Conocemos las relaciones filogenéticas entre estos animales; sabemos que el humano y el chimpancé están más próximos que el humano y el gorila, etcétera", dijo Vakirlis.
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Teniendo en cuenta estas relaciones, el equipo utilizó métodos computacionales para hacer retroceder el reloj evolutivo y determinar qué antepasado humano fue el primero en portar cada gen codificador de microproteínas. De este modo, pudieron remontarse a antepasados anteriores que no portaban el gen y ver si era probable que ese gen se hubiera originado de novo, es decir, a partir de secuencias no codificantes de proteínas.
Además, el equipo examinó los datos de la mayoría de las 100 especies para ver qué genes se activan realmente en los distintos animales y, por tanto, se utilizan activamente para fabricar proteínas. "Si no se expresa, no hace nada", afirma Vakirlis.
Algunos de los 155 genes de novo del genoma humano se remontan al origen de los mamíferos, mientras que otros aparecieron mucho más recientemente, sugiere el estudio.
Sin embargo, la investigación tiene algunas limitaciones. Por ejemplo, no se disponía de los datos de expresión génica de las 100 especies, lo que genera cierta incertidumbre sobre cuándo se activó cada gen en el linaje humano. Tampoco se sabe con certeza si los 44 genes señalados como importantes para la función celular en placas de Petri marcan realmente la diferencia en los organismos vivos, afirma Vakirlis.
