Nueva información de genomas simios distingue la evolución humana

Investigadores han generado ensamblajes nuevos y de mayor calidad de genomas de grandes simios sin la guía del genoma humano de referencia.

El esfuerzo por reducir el sesgo de "humanización" de los hallazgos en genomas de grandes simios proporciona una visión más clara de las diferencias genéticas que surgieron cuando los humanos divergieron de otros primates.

En la edición de este viernes en la revista 'Science', los investigadores informan sobre genomas de orangután y chimpancé mejorados que fueron construidos desde cero utilizando la secuencia de lectura 'PacBio' de larga lectura y la tecnología de mapeo de largo alcance. Los genomas altamente contiguos y recién ensamblados presentan un mejor recurso para el descubrimiento de genes novedosos y la genómica comparativa de alta resolución entre los grandes simios.

El proyecto multi-institucional, que involucró a más de 40 científicos en una docena de centros de investigación, fue dirigido por Zev N. Kronenberg y Evan Eichler, investigador del Instituto Médico Howard Hughes en el Departamento de Ciencias Genómicas en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington, en Estados Unidos. Kronenberg es ahora biólogo computacional senior en Phase Genomics.

Los científicos señalan que muchas de las diferencias genéticas entre los humanos y otros simios no se han reconocido cuando se compararon sus genomas por primera vez. Las áreas de rápido cambio estructural todavía eran nebulosas en aquellos primeros conjuntos de genoma, lo cual los hizo difíciles de comparar y limitó el descubrimiento de las diferencias funcionales que distinguen a los humanos de otros simios.

SECUENCIACIÓN DE MÁS DE 500.000 GENES

Al unir el ensamblaje de secuencia de lectura larga con un enfoque de andamiaje de genoma híbrido, los investigadores resolvieron la mayoría de las brechas en los genomas de los simios. Algunas de estas lagunas contenían genes, que ahora están anotados correctamente en los nuevos genomas. Para comprender mejor las estructuras génicas, los autores complementaron este esfuerzo secuenciando más de 500.000 genes de longitud completa de cada especie.

La investigación más reciente proporciona el catálogo más completo de variantes genéticas que se obtuvieron o perdieron en diferentes linajes de simios. Algunas de estas variantes afectan a cómo se expresan los genes diferencialmente entre humanos y simios. Los científicos examinaron la posible influencia de algunas de las variantes genéticas y reguladores de la función génica en áreas como las diferencias dietéticas y humanas, la anatomía y la formación del cerebro.

El análisis comparativo del equipo de investigación de genomas humanos y de grandes simios también incluyó un conjunto de gorila, un nuevo ensamblaje de un genoma humano africano y un conjunto de una mola hidatídica haploide humana. Todos los genomas se secuenciaron y ensamblaron utilizando el mismo proceso.

Además, los investigadores estudiaron organoides cerebrales, tejidos cultivados en laboratorio, extraídos de células madre de monos o humanos y formando una versión simplificada de partes de órganos. Estos agentes cerebrales se examinaron para tratar de comprender cómo las diferencias en la expresión génica durante el desarrollo cerebral en humanos y chimpancés podrían explicar el volumen cerebral más pequeño de los chimpancés, que es tres veces menor que el volumen del cerebro humano. También hay diferencias significativas en las estructuras corticales en humanos y cerebros de chimpancés.

Los científicos observaron en los organoides que ciertos genes, particularmente los que están en las células que son como los progenitores de las neuronas gliales radiales, están regulados negativamente en los humanos en comparación con los chimpancés. Esos genes tienen más probabilidades de haber perdido segmentos de ADN específicamente en la rama humana importantes para regular su expresión.

UN VIRUS, PRESENTE EN EL GENOMA DEL ANCESTRO COMÚN DE LOS SIMIOS

Los científicos consideran que este hallazgo es consistente con una hipótesis de 'menos es más' propuesta en la década de 1990 por el ahora jubilado profesor de Ciencias del Genoma de la Facultad de Medicina de la UW Maynard Olson y sus colegas. La hipótesis propone que la pérdida de elementos funcionales contribuye a los aspectos críticos de la evolución humana.

Por otro lado, ciertos genes humanos parecen estar relacionados con la regulación positiva de los progenitores neuronales y las neuronas excitatorias en el sistema nervioso. Es más probable que estos genes hayan obtenido copias adicionales en la especie humana, en comparación con otros simios, a través de un proceso de duplicación de genes.

Los autores explican que sus hallazgos recientes encajan con sus estudios previos que muestran que los genomas del linaje ancestral común para los grandes simios africanos probablemente experimentaron una expansión de la duplicación segmentaria hace más de 10 millones de años. Estas repeticiones de secciones del código genético pueden haber hecho genomas de grandes simios particularmente propensos a eventos de deleción y duplicación, lo que acelera la tasa de mutaciones con grandes consecuencias que ayudaron a impulsar la evolución de las especies de simios.

Otros descubrimientos informados en este documento de ciencia provienen de una investigación sobre el origen de un virus fósil, similar a los retrovirus actuales, que se cree que estuvo presente en el genoma del ancestro común de todos los simios africanos. La secuencia de alta calidad ayudó a identificar la "fuente PtERV1", común a los chimpancés y gorilas. Los chimpancés y gorilas modernos llevan cientos de inserciones retrovirales PtERV1 que parecen haberse originado a partir de esta fuente que nunca llegó al genoma humano.