MADRID, 21 Jun. (EUROPA PRESS) -
Una investigación ofrece pistas únicas sobre la evolución de los humanos y los chimpancés, incluida la forma en que los humanos llegaron a tener cerebros comparativamente más grandes, según publican en la revista 'Cell'.
Los humanos nos separamos de nuestros parientes animales más cercanos, los chimpancés, y formamos nuestra propia rama en el árbol evolutivo hace unos siete millones de años. En el tiempo transcurrido desde entonces --breve, desde una perspectiva evolutiva-- nuestros antepasados desarrollaron los rasgos que nos hacen humanos, incluido un cerebro mucho más grande que el de los chimpancés y cuerpos más adecuados para caminar sobre dos pies.
Estas diferencias físicas se basan en cambios sutiles en nuestro ADN y, sin embargo, puede ser difícil saber cuáles de las muchas pequeñas diferencias genéticas entre nosotros y los chimpancés han sido significativas para nuestra evolución.
Un nuevo estudio de Jonathan Weissman, miembro del Instituto Whitehead; Alex Pollen, catedrático adjunto de la Universidad de California en San Francisco; Richard She, investigador postdoctoral del laboratorio de Weissman; Tyler Fair, estudiante de postgrado del laboratorio de Pollen; y otros colegas, utiliza herramientas de vanguardia desarrolladas en el laboratorio de Weissman para acotar las diferencias clave en el modo en que los humanos y los chimpancés dependen de determinados genes.
Sólo un puñado de genes son fundamentalmente diferentes entre humanos y chimpancés; el resto de los genes de las dos especies suelen ser casi idénticos. Las diferencias entre las especies suelen reducirse a cuándo y cómo las células utilizan esos genes casi idénticos. Sin embargo, sólo algunas de las muchas diferencias en el uso de los genes entre las dos especies subyacen a grandes cambios en los rasgos físicos. Los investigadores desarrollaron un método para delimitar estas diferencias.
Su método, que utiliza células madre derivadas de muestras de piel humana y de chimpancé (usaron muestras de seis humanos y seis chimpancés), se basa en una herramienta denominada interferencia CRISPR (CRISPRi), desarrollada por el laboratorio de Weissman, para desactivar cada gen de uno en uno en un grupo de células madre humanas y en un grupo de células madre de chimpancé.
Después comprobaron si las células se multiplicaban a su ritmo normal. Si las células dejaban de multiplicarse con la misma rapidez o se detenían por completo, el gen que se había desactivado se consideraba esencial: un gen que las células necesitan que esté activo -produciendo un producto proteico- para prosperar.
Al buscar diferencias en el funcionamiento de las células con determinados genes desactivados, en lugar de examinar las diferencias en la secuencia de ADN o la expresión de los genes, el enfoque ignora diferencias que no parecen afectar a las células.
Si una diferencia en el uso de un gen entre especies tiene un efecto importante y medible a nivel celular, es probable que refleje una diferencia significativa entre las especies a una escala física mayor, por lo que es probable que los genes identificados de este modo sean relevantes para los rasgos distintivos que han surgido a lo largo de la evolución de humanos y chimpancés.
"El problema de fijarse en los cambios de expresión o en las secuencias de ADN es que hay muchos y su importancia funcional no está clara --explica Weissman, que también es profesor de biología en el Instituto Tecnológico de Massachusetts e investigador del Instituto Médico Howard Hughes--. Este enfoque examina los cambios en la forma en que los genes interactúan para llevar a cabo procesos biológicos clave, y lo que vemos al hacerlo es que, incluso en la corta escala temporal de la evolución humana, se ha producido un recableado fundamental de las células".
Muchos de los 75 genes identificados por los experimentos se agruparon en las mismas vías, lo que significa que los grupos estaban implicados en los mismos procesos biológicos, que es que lo esperaban ver.
Cuando el enfoque de los investigadores identificó genes que se agrupan en los mismos procesos, esto les sugirió que su enfoque había funcionado y que era probable que los genes estuvieran implicados en la evolución humana y de los chimpancés.
"Aislar los cambios genéticos que nos hicieron humanos se ha comparado con buscar agujas en un pajar, porque hay millones de diferencias genéticas y es probable que la mayoría tengan efectos insignificantes sobre los rasgos", afirma Pollen.
"Sin embargo, sabemos que hay montones de mutaciones de pequeño efecto que, en conjunto, pueden explicar muchas diferencias entre especies --añade--. Este nuevo enfoque nos permite estudiar estos efectos agregados, permitiéndonos sopesar el impacto del pajar en las funciones celulares".
Llamó la atención de los investigadores un grupo de genes esenciales para los chimpancés, pero no para los humanos, que ayudan a controlar el ciclo celular, que regula cuándo y cómo las células deciden dividirse. Desde hace mucho tiempo se cree que la regulación del ciclo celular desempeña un papel en la evolución de los grandes cerebros humanos.
Según eso, los progenitores neurales (las células que se convertirán en neuronas y otras células cerebrales), antes de convertirse en células cerebrales maduras se dividen varias veces para fabricar más de sí mismos. Cuantas más divisiones sufran más células contendrá finalmente el cerebro y, por tanto, más grande será.
En consonancia con la popular hipótesis de que los progenitores neurales humanos podrían sufrir más divisiones, lo que daría lugar a un cerebro más grande, los investigadores descubrieron que varios genes que ayudan a las células a transitar más rápidamente por el ciclo celular son esenciales en las células progenitoras neurales de chimpancé, pero no en las humanas. Cuando las células progenitoras neurales de chimpancé pierden estos genes, permanecen en una fase de no división, pero cuando las células humanas los pierden, siguen ciclando y dividiéndose.
Estos hallazgos sugieren que los progenitores neurales humanos pueden soportar mejor las tensiones --como la pérdida de genes del ciclo celular-- que limitarían el número de divisiones que sufren las células, lo que permitiría a los humanos producir suficientes células para construir un cerebro más grande.
"Creo que nuestro estudio es uno de los primeros en demostrar que existe una diferencia de especie en la regulación del ciclo celular en los progenitores neurales --afirma--. No teníamos ni idea de qué genes pondría de relieve nuestro enfoque, y fue realmente emocionante cuando vimos que uno de nuestros hallazgos más sólidos coincidía con esta hipótesis ya existente y la ampliaba".
También compararon sus hallazgos en chimpancés y humanos con los de los orangutanes, que se separaron de las otras especies antes en nuestra historia evolutiva común. Esto les permitió averiguar en qué punto del árbol evolutivo era más probable que se produjera un cambio en el uso de los genes.
Los investigadores esperan que su trabajo no sólo mejore nuestra comprensión de la evolución humana y de los chimpancés, sino que también demuestre la fuerza del enfoque CRISPRi para estudiar la evolución humana y otras áreas de la biología humana.
Además, están utilizando este método para comprender mejor las enfermedades humanas, buscando las sutiles diferencias en el uso de los genes que pueden subyacer a rasgos tan importantes como si una persona corre el riesgo de desarrollar una enfermedad o cómo responderá a un medicamento.
Prevén que su método les permitirá examinar muchas pequeñas diferencias genéticas entre las personas para centrarse en las más importantes que subyacen a los rasgos de salud y enfermedad, del mismo modo que el método les permitió centrarse en los cambios evolutivos que contribuyeron a hacernos humanos.
