OhCon el tiempo, el ADN puede degradarse en numerosos fragmentos cortos que se mueven de un lado a otro. Finalmente, el cromosoma pierde su estructura original y su información genética debido a los estragos del tiempo. Sin embargo, los investigadores se preguntaron si existían cromosomas fósiles que mantuvieran su configuración tridimensional original.
Para averiguarlo, un equipo internacional de investigadores emprendió una expedición a la gélida tundra de Siberia. En 2018, descubrieron una prometedora muestra de piel bien conservada de un gigante de la Edad de Hielo: un mamut lanudo de 52.000 años de antigüedad.
Erez Lieberman Aiden, genetista molecular del Baylor College of Medicine, que trabaja en el desarrollo de métodos para la secuenciación 3D.
Erez Lieberman Aiden
Utilizando una técnica de alto rendimiento para capturar la conformación de la cromatina (Hi-C) y la secuenciación del ADN, los genetistas moleculares Erez Lieberman Aiden y Olga Dudchenko En el Baylor College of Medicine, reensamblaron la estructura tridimensional del ADN y su genoma, el Primera reconstrucción de este tipo.1 Estos hallazgos, publicados en Celúladescubrió nueva biología y marcó el comienzo de un nuevo y apasionante capítulo en la paleogenómica.
Muestreo de cromosomas fósiles para descubrir información genética
Por lo general, los fragmentos de ADN antiguos proporcionan fragmentos cortos de ADN y una imagen incompleta del rompecabezas genómico. Sin embargo, la muestra de piel de mamut lanudo resultó prometedora. Dudchenko observó que la muestra estaba excepcionalmente bien conservada desde la escala macroscópica hasta la nanométrica, sin movimiento molecular, y podría contener potencialmente una imagen genómica más completa.
Para explorar la morfología 3D de los cromosomas existentes, Lieberman Aiden modificó un genoma in situ Protocolo Hi-Cdenominado PaleoHi-C.2 Esta técnica, adaptada para muestras antiguas y combinada con la secuenciación de ADN, permitió a los investigadores mapear las características de los cromosomas, ensamblar un genoma de referencia y determinar patrones de activación en los genes.
Olga Dudchenko, genetista molecular del Baylor College of Medicine, estudia cómo se pliegan los genomas en 3D en especies modelo modernas y no modernas.
Olga Dudchenko
Con estos datos, el equipo montó la primera reconstrucción en 3D del genoma del mamut lanudo, que tenía 28 cromosomas; el orden de los genes era muy similar al del elefante asiático. Luego, al analizar los cromosomas X, confirmaron que el espécimen era un mamut lanudo hembra. También observaron superdominios del cromosoma X (Xi) inactivos, un patrón similar a la arquitectura bipartita observada en humanos y ratones. Sin embargo, para sorpresa de los investigadores, descubrieron una nueva biología. Dudchenko señaló que el mamut “era un poco superdotado”, ya que su Xi exhibía una arquitectura tetrádica. Este patrón también se observa en los elefantes modernos.
A continuación, compararon el grado de actividad transcripcional del ADN entre el tejido de mamut y el de elefante. “Observamos diferencias interesantes en los genes relacionados con el desarrollo del folículo piloso y, en términos más generales, con el mantenimiento del pelo”, comentó Dudchenko.
Sobreviviendo al permafrost durante 52.000 años en un estado similar al del vidrio
Los investigadores se preguntaron si esta conservación era un milagro, ya que históricamente hay pocos datos relevantes para entender la física de la supervivencia de esta muestra en el permafrost. Lieberman Aiden se dio cuenta de que el equipo necesitaba cambiar su mentalidad para entender mejor este asunto. “Los mamuts lanudos eran cazados como alimento delicioso, no solo como biomuestras”, explicó.
Cuando la carne se deja fuera, se estropea rápidamente y la arquitectura de su genoma se degrada. Sin embargo, desde la antigüedad, la gente ha utilizado el enfriamiento y la deshidratación para conservar los alimentos. La física de este truco es bien conocida y se ha estudiado mucho en relación con los alimentos. Durante este proceso, la eliminación del agua aumenta la viscosidad de la muestra, deteniendo la difusión molecular y preservando las moléculas en sus ubicaciones originales.
“Básicamente, estamos tratando con un trozo deshidratado de piel de mamut, o cecina de mamut”, explicó Dudchenko. “Propusimos que la deshidratación conducía a una transición vítrea de la cromatina que detenía el movimiento molecular de los fragmentos de ADN, lo que llamamos vidrio de cromatina o ‘cromovidrio’”.
Los investigadores probaron un montón de cecina liofilizada en el laboratorio y la examinaron para ver qué tan bien se conservaba la arquitectura del genoma 3D en la cecina. Como un trozo de tejido deshidratado que se dejaba a temperatura ambiente permanecía intacto después de un año, los investigadores aumentaron la apuesta. Sometieron la cecina a diversos factores estresantes: la atropellaron con un coche, le dispararon con una escopeta, la rehidrataron en una solución ácida, la sumergieron en nitrógeno líquido e incluso hicieron que un ex lanzador abridor de los Astros de Houston le lanzara una bola rápida. A pesar de estas pruebas, la arquitectura de la cromatina en la cecina se mantuvo increíblemente robusta.
Implicaciones del cromovidrio y la comprensión del mundo antiguo
Según Lieberman Aiden y Dudchenko, tuvieron suerte al encontrar una muestra que fuera complementaria a su método de secuenciación. Al detectar rastros significativos de actividad genética, los investigadores expresaron optimismo en usar su sólido método para muestras antiguas conservadas de manera similar. “Esto abre nuevas posibilidades para realizar estudios funcionales que antes eran imposibles”, dijo Dudchenko. Lieberman Aiden agregó: “Esta forma especial de ADN antiguo, que preserva los cromosomas antiguos, promete ser una nueva ventana y una especie de evidencia sobre la historia de la vida en esta Tierra”.