Similitudes y diferencias genéticas entre humanos y ratones

Esta semana comenzamos con la noticia de la publicación de una serie de artículos en las revistas Nature y Science, los cuales describen nuevos datos sobre los elementos presentes en el genoma del ratón que participan en el funcionamiento de los genes y su comparación con elementos similares en el genoma humano. El estudio, que es parte del proyecto ENCODE (ENCyclopledia Of Dna Elements), intenta avanzar en la comprensión de las similitudes y diferencias respecto al funcionamiento genético en humanos y ratones. Este conocimiento es muy importante para interpretar los resultados de experimentos biomédicos que utilizan al ratón de laboratorio como modelo animal para la investigación de enfermedades humanas. Conocer en qué procesos el ratón y el ser humano se parecen más, y en cuales difieren, permitirá un mejor uso de este animal para obtener conocimiento pertinente para el ser humano.

El proyecto ENCODE nació el año 2003, a propuesta del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, de los Estados Unidos. En este proyecto participan numerosos laboratorios e instituciones científicas del mundo. El proyecto ha permitido generar un mapa del genoma humano en el que se sitúan no ya los genes, sino los elementos que participan en su funcionamiento. Entre estos elementos se encuentran secuencias de letras específicas donde se unen proteínas activadoras o represoras de la actividad genética, así como zonas en las que las proteínas a las que el ADN envuelve están químicamente modificadas, lo que afecta a la accesibilidad de los enzimas que participan en el funcionamiento de los genes.

Los nuevos datos publicados suponen la generación de un mapa de elementos genéticos en el genoma del ratón similar al generado en la especie humana, lo que permite su comparación. De esta comparación se desprenden algunos hechos sorprendentes. Por ejemplo, en los 75 millones de años de evolución que separan al ancestro común de humanos y ratones de ambas especies en la actualidad se han producido cambios muy importantes en las regiones que regulan el funcionamiento genético. Muchas secuencias reguladoras que se encuentran lejos de los genes a los que regulan son muy diferentes entre ambas especies. Sin embargo, estos cambios no necesariamente se reflejan en un cambio en el funcionamiento de los genes, lo que sugiere que diversas formas de regulación pueden conducir al mismo resultado y que el genoma, en este sentido, posee una amplia plasticidad y posibilidades evolutivas.

Además de las diferencias, la comparación de ambos mapas ENCODE también permite averiguar en qué aspectos funcionales los genomas de ratón y humanos son más similares. Afortunadamente, los datos indican que muchas mutaciones asociadas con enfermedades en el caso humano también lo están en el caso del ratón, lo que apoya la idea ya admitida de que el ratón puede ser un buen modelo de investigación para el tratamiento de enfermedades genéticas.
El análisis de esta enorme cantidad de datos continuará, y es de esperar que los científicos obtengan aún mayor conocimiento que posibilitará una investigación de mayor calidad y pertinencia mediante el uso del ratón, el mejor amigo del ser humano, incluso por delante de perro, aunque la mayoría de la gente lo desconozca. (1).

Estrellas errantes en el oscuro vacío cósmico

Observar el cielo estrellado es un recomendable ejercicio que nos ayuda a pensar y, puestos a pensar, la próxima vez que miren el firmamento les invitamos a hacer un esfuerzo de imaginación. Observen el cielo plagado de estrellas e intenten ir haciendo desaparecer, mentalmente, todos los puntos de luz que allí yacen. Apaguen la Luna y el Sol, eliminen a los planetas y otros cuerpos del Sistema Solar, borren los puntos de luz de todas las estrellas y la mancha lechosa de la Vía Láctea y, si fueran tan afortunados como para contar con un telescopio capaz de mostrar otras galaxias y cúmulos de galaxias, bórrenlos también. ¿Qué veríamos entonces? Es lógico pensar que no quedaría nada. Pero no es así, eliminadas todas las fuentes de luz aún podríamos observar un ligero y debilísimo halo de radiación. Por muy imaginativo que pueda parecer, algo así ha hecho un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de California dirigido por el astrónomo James Bock pero, lejos de encontrar la nada, los científicos han descubierto que el espacio intergaláctico… ¡está plagado de estrellas errantes!

La historia que ha llevado a los investigadores a tal conclusión comenzó hace casi una década, cuando un equipo internacional de científicos decidió estudiar galaxias muy antiguas y la radiación que nos llega tanto desde ellas como desde el espacio intergaláctico que las separa. La radiación de fondo extragaláctica contiene información de Universo desde sus tiempos más tempranos en forma de ondas electromagnéticas en un rango de frecuencias que va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo. La radiación infrarroja es particularmente importante pero no puede ser captada con facilidad desde la superficie terrestre porque la atmósfera enturbia su recepción. Desde el espacio, en cambio, la visión es más nítida y por eso ha sido estudiada con telescopios como el Hubble y el Spitzer. Descubrieron cambios de intensidad en la radiación de fondo pero, sorprendentemente, esos cambios no parecían coincidir con fuentes concretas, como si partieran de la nada. Para resolver el enigma, Bock y sus colegas diseñaron un experimento al que llamaron CIBER (Cosmic Background ExpeRimet), consistente en dos pequeños telescopios capaces de observar una amplia región del cielo y captar la radiación procedente de él.

El lanzamiento de CIBER se realizó con un cohete de sondeo, es decir, un cohete capaz de elevar los instrumentos por encima de la atmósfera pero que, después de unos minutos de vuelo libre, vuelve a caer a la superficie y es recuperado. Estos cohetes tienen la ventaja de ser muy baratos, versátiles y aunque los instrumentos permanecen poco tiempo fuera de la atmósfera, los datos que recogen son de gran ayuda para los científicos. CIBER fue lanzado varias veces en 2010 y los datos recogidos durante los vuelos fueron procesados durante años por el equipo de investigadores. Con un elaborado software fueron eliminando de las imágenes obtenidas todas las fuentes de luz conocidas de las imágenes: planetas, estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias. Al final, como en el ejercicio mental que proponía al principio, quedó el fondo que no era negro del todo sino que emanaba de él una tenue y difusa luz.

Había varias hipótesis sobre el origen de la radiación de fondo intergaláctica. Una defendía que surgió en antiguas galaxias en formación, otra proponía que su origen estaba en agujeros negros del universo primordial y una tercera defendía que era el lejano resplandor de estrellas corrientes que viajan errantes y solitarias entre las galaxias. Los datos de CIBER la dan la razón a los que defienden esta última hipótesis. El hecho de que la luz sea “más azulada” – lo que no quiere decir que sea azul propiamente dicha sino que su energía es mayor de lo esperado- indica que la fuente no es tan antigua como la producida por las galaxias primigenias sino mucho más reciente; es luz generada por estrellas. Nadie esperaba que existieran estrellas errantes dispersas por la inmensidad del espacio intergaláctico, pero los resultados así lo indican. El resultado más sorprendente fue que, según los cálculos de los investigadores, la cantidad de estrellas errantes es muy grande, tanto, que puede igualar en número total que contienen en conjunto todas las galaxias del Cosmos. Así pues, este experimento no solamente ha desvelado un enigma astronómico sino que ha multiplicado por dos la cantidad de estrellas que existen en el Universo. Tal vez, dicen los investigadores, los choques entre galaxias – que no son tan raros como podríamos pensar- provocan remolinos de estrellas que aceleran y lanzan algunas de ellas al vacío cósmico y alimentan esta población abundantísima de soles errantes por el Universo. (2)

El ser vivo más grande y su habilidad para evitar mutaciones perniciosas.

Terminamos las noticias de esta semana explorando cómo hace un gigantesco y viejísimo hongo para crecer y vivir tanto sin por ello acumular mutaciones perjudiciales. Se trata de un hongo de la especie Armillaria gallica, que crece en el subsuelo, extendiéndose por entre las raíces de los árboles, y llega a ocupar enormes extensiones. En este caso, los investigadores han estudiado un hongo de esta especie que ocupa 12.000 m2 de superficie, es decir, alrededor de dos campos de fútbol. Este no es, sin embargo, el hongo mas grande ni el más longevo de los conocidos. Este honor lo ostenta un hongo de la especie Armillaria bulbosa, que tiene más de 1.500 años de edad y ocupa una extensión de más de 15 hectáreas, alrededor de 30 campos de fútbol.

Para adquirir estas enormes dimensiones, como sucede con casi todos los organismos multicelulares, los hongos necesitan reproducir sus células a partir de una inicial al principio de su vida. Esto implica un enorme número de divisiones celulares. A cada división celular el ADN debe reproducirse, lo que lo pone en riesgo de adquirir mutaciones. Este riesgo aumenta a medida que las células se van dividiendo. Al final, acaban por producirse mutaciones perjudiciales que pueden, por ejemplo, causar un cáncer. Sin embargo, esto no parece suceder en el caso de estos enormes hongos. Para intentar averiguar por qué, los investigadores obtienen muestras de células de distintas partes del hongo, como el borde y la parte interior, y que por consiguiente pertenecen a distintas generaciones celulares, y secuencian su ADN en busca de mutaciones. Lo que encuentran es que la tasa de mutación en el caso de este hongo es unas mil veces inferior a la tasa de mutación encontrada en especies de hongos filamentosos. Los hongos de las especies Armillaria, como otros organismos, cuentan con células madre de las que derivan las demás. Los investigadores especulan con la idea de que deben existir mecanismos en estas células que les permitan quedarse con el ADN original y pasar la copia a las células hijas. De esta manera las células madre guardarían en su interior ADN mayoritariamente no mutado y al dividirse para dar lugar a células hijas, estas nunca acumularían por ello demasiadas mutaciones, ya que el ADN no provendría de una copia de otra copia sino de copias a partir del original o, en el peor de los casos, de copias de otras copias recientes realizadas a partir del original. Estas investigaciones abren por tanto la puerta a estudiar la existencia de mecanismos moleculares encaminados a mantener la integridad de la información genética en un conjunto de células madre, cuya comprensión, además de aumentar nuestro conocimiento, podría ayudarnos a vencer enfermedades como el cáncer, o a ralentizar los procesos de envejecimiento.

(1). Feng Yue, et al. (2014). A comparative encyclopedia of DNA elements in the mouse genome. http://www.nature.com/nature/journal/v515/n7527/full/nature13992.html. Piero Carninci (2014). Genomics: Mice in the ENCODE spotlight http://www.nature.com/nature/journal/v515/n7527/full/515346a.html.

(2) “Caltech Rocket Experiment Finds Surprising Cosmic Light”: http://www.caltech.edu/content/caltech-rocket-experiment-finds-surprising-cosmic-light

(3) J. B. Anderson, S. Catona, Mycologia 106, 642 (2014).