Svante Pääbo, el padre del genoma neandertal

Svante Pääbo, el padre del genoma neandertal Imagen superior: Svante Pääbo © Karsten Mobius, Mitteldeutsche Rundfunk (Radiodifusión de Alemania Central).

El investigador Svante Pääbo (Estocolmo, 1955) fue galardonado con el Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica de 2018. El científico es considerado uno de los fundadores de la paleogenética y ha dirigido el proyecto de secuenciación completa del genoma del neandertal. También demostró que otra especie humana –los denisovanos– contribuyeron en un 5% al genoma de los actuales habitantes de Australia y otras zonas de Oceanía.

Director desde 1997 del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva de Leipzig (Alemania), Svante Pääbo lanzó el proyecto de secuenciación del genoma neandertal. El primer borrador se presentó en Science en el año 2010 y confirmó que los seres humanos modernos se hibridaron a su salida de África con los neandertales hace menos de 100.000 años.

La investigación liderada por el profesor de Biología Molecular Evolutiva en la Universidad de Leipzig permitió descubrir que un 2% del genoma de los humanos modernos no africanos proceden del neandertal.

Mientras trabajaba en este proyecto el experto descubrió, a través del estudio de unos restos procedentes de la cueva de Denisov en Siberia, un nuevo tipo de hominino desconocido hasta ese momento, al que denominaron denisovano, por el nombre de la cueva. Fue el primero extinguido y descrito exclusivamente a través de datos genéticos. 

Según el estudio, del fósil hallado, un falange de dedo de hace unos 30.000 años, se logró extraer ADN mitocondrial que contenía una secuencia genética inusual, lo que sugería que se trataba de una forma de homínido antigua no descrita hasta ese momento. Los denisovanos contribuyeron en un 5% al genoma de los actuales habitantes de Australia y otras zonas de Oceanía, incluyendo la isla de Papúa Nueva Guinea. 

El ADN de las momias 

Tras cursar estudios de Historia de la Ciencia, Egiptología, Ruso y Medicina en la Universidad de Uppsala (Suecia), Pääbo demostró en los años 80 que podía analizar el ADN de momias egipcias. Su labor se centró en desarrollar métodos para rescatar secuencias de ADN antiguo. 

Su metodología ha sido utilizada para el estudio de la filogenia y la genética de poblaciones de animales extinguidos, como los mamuts, los perezosos terrestres, los osos de las cavernas y los moas, un tipo de ave no voladora.

En 1997, Pääbo logró recuperar secuencias de ADN mitocondrial de muestras de un espécimen de neandertal, lo que supuso la primera vez que se extraían datos genéticos moleculares de un fósil de hominino. En 2004, el científico adaptó y aplicó técnicas de alto rendimiento de secuenciación del ADN a ADN antiguo. Esto abrió la posibilidad de analizar el genoma completo de organismos extinguidos. 

Svante Pääbo ha recibido doctorados honorarios de varias universidades. Entre los reconocimientos que ha recibido destacan el Premio Louis Jeantet de Medicina (Suiza, 2005), el Kistler Prize (EE UU, 2009), el Gruber Genetics Prize (EE UU, 2013), el Breakthrough Prize in Life Sciences (EE UU, 2015), el Keio Medical Science Prize (Japón, 2016), el Premio Dan David (Israel, 2017) y el Human Frontier Science Program Organization Nakasone Award (2018). También tiene la Medalla Theodor Bücher de la Federación Europea de Sociedades Bioquímicas y la Medalla de S. M. el Rey de Suecia.

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Imagen superior: Svante Pääbo © Frank Vinken. Cortesía del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, Leipzig.

¿Los humanos se comunicaban con los neandertales?

En marzo de 2009, Svante Pääbo, durante su visita al Parque de Investigación Biomédica de Barcelona (PRBB) concedió la siguiente entrevista a Maruxa Martínez-Campos

¿Qué es exactamente la paleogenética?

Es el estudio del ADN extraído de organismos que hace tiempo que están muertos.

¿Y por qué debe interesarnos estudiar especies extinguidas?

Bueno, la gran mayoría de los organismos que han existido están muertos hoy en día. Estudiar su ADN nos ayuda a 'ver' la evolución, lo que ha pasado a través del tiempo, en lugar de sólo inferirlo.

Estamos hablando de restos realmente antiguos: ¿aún contienen ADN?

Los especímenes más recientes, de unos 50 años, tienen ADN. Pero con restos más antiguos, depende de muchas cosas: dónde se encontraron, en qué condiciones, etc. Podría ser que sólo una de cada 50 muestras contuviera ADN.

¿Cómo llevasteis a cabo el proceso de reconstruir el genoma completo de los neandertales?

Primero tuvimos que encontrar especímenes que tuvieran una cantidad razonable de ADN neandertal. Además no debía estar contaminado con ADN bacteriano o de humanos modernos. Analizamos restos de los aproximadamente 300 individuos neandertales que se han hallado hasta ahora, de los que sólo 3 cumplían las condiciones: uno en Croacia, el otro en España (en Asturias) y el otro en Alemania.

¿Cuáles son las mayores dificultades al analizar ADN antiguo?

La primera es el deterioro del ADN. Sin embargo después de hacer varias rondas de secuenciación podemos detectar si la secuencia es real o está deteriorada.
El segundo problema es la contaminación por otros tipos de ADN. Empleamos diversos ensayos para testar esto, por ejemplo mirando si hay ADN de uno o de dos cromosomas X, ya que en un macho, que es lo que estamos secuenciando, sólo debería haber uno.

¿Se comunicaban los humanos con los neandertales?

Bueno, hay una historia interesante sobre el gen FOXP2, que es importante para el habla. Este gen está muy conservado, sólo hay dos nucleótidos diferentes entre los chimpancés y los humanos. Decidimos comprobar qué versión había en los neandertales y tienen la humana. Así que no hay razón para pensar que los neandertales y los humanos no pudieran comunicarse. Claro que hay muchas cosas relacionadas con la lengua que aún no conocemos, así que el misterio no está resuelto.

¿Qué diferencias hay entre humanos y chimpancés?

Nos sorprendió ver que las poblaciones de chimpancés o gorilas son más variables que las de los humanos. Si al azar coges dos humanos y los comparas con dos chimpancés se observa que los humanos tienen dos o tres veces menos variación genética que los chimpancés, aunque hay 7 billones de humanos y sólo unos 100.000 chimpancés en el mundo. Esto demuestra que los humanos venimos de una población bastante pequeña que se ha expandido últimamente.

UNED Neanderthal Museum

Imagen superior: Neanderthal Museum (Mettmann, Alemania).

Cuando Svante Pääbo visitó la Cueva del Mirón

En 2011 Svante Pääbo visitó el Instituto Internacional de Investigaciones Prehistóricas de Cantabria (IIIPC) para colaborar en el análisis de los restos de la Cueva del Mirón. Pääbo realizó personalmente la toma de muestras para intentar secuenciar el ADN de los restos humanos del enterramiento excavado en 2010 por un equipo internacional del IIIPC y la Universidad de Nuevo México (UNM) de EE UU.

Ante las dificultades administrativas encontradas para poder trasladar a Leipzig (Alemania) algunos fragmentos de hueso para la toma de muestras en la sala limpia del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, el propio investigador decidió venir a Santander a efectuar la tarea, dado el interés que ofrecen los restos. Con el fin de minimizar el riesgo de contaminación se utilizó un laboratorio del Servicio de Estabulación y Experimentación Animal (SEEA) de la UC, con garantías suficientes de limpieza y reducida posibilidad de contaminación con ADN humano reciente, ya que en ellos se trabaja con animales.

Los directores de la excavación, los profesores Manuel González Morales, de la UC, y Lawrence G. Straus, de la UNM, participaron en una primera sesión para seleccionar los fragmentos de hueso a muestrear entre la colección ya obtenida en las excavaciones. En esta tarea colaboró además el doctor José Miguel Carretero, profesor de Paleontología de la Universidad de Burgos y miembro del equipo de investigación de Atapuerca, que va a dirigir el trabajo de estudio anatómico de los huesos del enterramiento del Mirón.

Técnicas de análisis

A las piezas seleccionadas se les realizó una tomografía axial computerizada (TAC) de alta resolución en el laboratorio de la Universidad de Burgos, para tenerlas totalmente documentadas. En una segunda jornada, el doctor Pääbo efectuó la toma de muestras en el SEEA.

Este muestreo, que supuso extraer una cantidad de unos 400 miligramos de cada pieza, sirvió para intentar recuperar restos de ADN y también para realizar análisis de isótopos estables. Estos últimos permiten conocer los detalles del tipo de alimentación que tuvo en vida el individuo, posibles movimientos migratorios (a través de isótopos de estroncio) y la fecha precisa de los mismos a través del carbono-14 mediante ultrafiltración, una técnica especializada que efectuará el laboratorio de la Universidad de Oxford (Reino Unido).

Las dataciones preliminares de los depósitos relacionados con el enterramiento de la Cueva del Mirón indican para él una fecha de entre 18.000 y 19.000 años atrás (en años reales de calendario), en tiempos del Magdaleniense Inferior. De verificarse definitivamente con la datación directa de los huesos, se confirmaría que se trata del único enterramiento de época magdaleniense en la Península Ibérica.

El doctor Svante Pääbo visitó también las excavaciones en la Cueva del Mirón, para conocer de primera mano las condiciones del lugar del hallazgo de los restos y las características del yacimiento.

paabocuevamiron

La especie elegida

En el mundo actual convivimos humanos de una sola especie, pero eso no fue así en el pasado. Hasta hace algunas decenas de miles de años, nuestra especie, el Homo sapiens, compartió el territorio y probablemente ideas y parejas con otras especies, como los neandertales.

Sabemos poco acerca de cuáles fueron las características genéticas específicas que nos permitieron a los Homo sapiens sobrevivir en condiciones adversas, mientras las otras especies se extinguieron. Aún sabemos menos de las características epigenéticas que hicieron de nosotros 'la especie elegida'. La genética tiene que ver con los cambios en la secuencia de ADN que representa la estructura básica de los genes.

La epigenética, sin embargo, representa las variaciones sutiles de los genes que, sin afectar al núcleo de su estructura, modulan su actividad y pueden transmitirse a través de las generaciones. Entre ellas se encuentran algunas modificaciones químicas, como la metilación del ADN, que controla cuándo y cómo son activados y desactivados los genes que controlan el desarrollo de nuestro organismo.

La determinación de los genomas y los epigenomas de nuestros antecesores es fundamental para entender los mecanismos moleculares responsables de que seamos como somos. Para abordar este reto, Svante Pääbo, científico del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, lleva coordinando desde varios años el proyecto de la secuenciación del genoma del neandertal.  

Como resultado de ello, el 17 de abril de 2014 la revista Nature publicó el primer genoma completo de un neardental (David Gokhman,1 Eitan Lavi,1 Kay Prüfer,2 Mario F. Fraga,3 José A. Riancho,4 Janet Kelso,2 Svante Pääbo,2 Eran Meshorer,1* Liran Carmel1*"Reconstructing the DNA Methylation Maps of the Neandertal and the Denisovan". 17 de abril de 2014. 10.1126/science.1250368).

El ADN se obtuvo de un hueso del dedo del pie de un individuo adulto que vivió en las Cuevas de Altai (Sur de Siberia) hace unos 50.000 años. Unos meses antes, el mismo grupo había publicado otro artículo en el que describía el genoma del denisovano.

Ese equipo internacional de investigadores, en el que participó el Instituto de Oncología de la Universidad de Oviedo, publicó en Science un método novedoso que ha permite desentrañar el patrón de metilación del ADN de dos especies extinguidas, un neandertal y un homínido de Denisova.

Comparando sus patrones epigenéticos con los de los humanos modernos, se pudo identificar los genes cuya actividad difiere entre esas especies, y que marcan los cambios evolutivos que han configurado nuestra especie, es decir, que nos han hecho ser como somos actualmente.

Al desentrañar cómo se regulaban los genes en los neandertales y los denosivanos, este estudio aportó por primera vez datos acerca de la evolución de la regulación de los genes en los humanos y abre una ventana a la exploración genética en especies que se extinguieron hace decenas de miles de años.

En el trabajo, coordinado por Liran Carmel, de la Universidad de Jerusalén, ha participado la Unidad de Epigenética del Cáncer del Instituto Universitario de Oncología del Principado de Asturias Obra Social Cajastur (Universidad de Oviedo), dirigida por el doctor Mario Fernández Fraga, investigador del CSIC-CNB.  

El profesor de la Universidad de Cantabria y del Instituto de Investigación Valdecilla (IDIVAL), José A. Riancho, ha colaboró también en los trabajos desarrollados por el equipo internacional.

SINC / Universidad de Cantabria / PRBB / Universidad de Oviedo

Thesauro Cultural

Hay un momento para echar la vista atrás, recordando las condiciones en que nosotros, la especie Homo sapiens, emprendimos nuestra andadura. Hay un momento para explicar lo que fuimos, en el plano científico y cultural, e imaginar lo que seremos, más pronto que tarde. Tú y yo. Ustedes que nos leen y los que escribimos a este lado de la pantalla. Hay, en fin, un momento para explicar el trabajo de los paleontólogos ‒los historiadores de la vida‒ y sumarlo al de tantos otros investigadores que comprueban cómo la cultura altera nuestro recorrido social y evolutivo. Sabios que rastrean las civilizaciones en que se escindió la humanidad. Expertos que nos hacen partícipes de creencias y costumbres, creaciones artísticas y avances tecnológicos. Entre todos, definen una sutil conexión que que nos mantiene unidos desde hace... ¿cuánto tiempo ya? ¿165.000 años? ¿315.000?

Quién sabe si ese interés por la naturaleza humana, en su increíble diversidad, es lo que te trajo hasta aquí. Ahora ya lo sabes: si nosotros hacemos cada día TheCult.es (Thesauro Cultural), es porque tú sientes esa curiosidad por los retos más desafiantes de la ciencia y la cultura. Quizá acabas de descubrir esta revista, buscando un dato que necesitas para la clase de mañana. O acaso usted ‒a quien le incomoda el tuteo‒ hace mucho que completó sus estudios, y nos sigue fielmente desde que nos asomamos a internet, allá por 2007.

¿Sabe lo que le digo? Queremos observar con usted ‒contigo‒ cada detalle del mundo que nos rodea. Queremos recorrer la historia de la biosfera y explorar las huellas más nobles que hemos dejado en el planeta: nuestra cultura científica, nuestro arte y nuestro legado intelectual.

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