Este jueves la portada de la revista científica estadounidense Cell menciona un estudio curioso. Y es que un equipo de científicos ha descubierto fósiles de cromosomas antiguos en los restos de un mamut lanudo que murió hace 52.000 años. Los fósiles preservan la estructura de los cromosomas antiguos hasta la escala nanométrica (milmillonésimas de metro).

La investigación ha estado liderada por expertos de la Escuela de Medicina de Baylor (EEUU), la Universidad de Copenhague (Dinamarca) y dos instituciones españolas: el Centro Nacional de Análisis Genómico y el Centro de Regulación Genómica, ambas radicadas en España. "Sabíamos que fragmentos diminutos de ADN antiguo pueden sobrevivir durante largos períodos de tiempo. Pero lo que encontramos aquí es una muestra en la que la disposición tridimensional de estos fragmentos de ADN se congeló en su lugar durante decenas de milenios, preservando así la estructura de todo el cromosoma", afirmó la doctora Marcela Sandoval-Velasco, investigadora de la Universidad de Copenhague.

Los cromosomas fósiles son una nueva y poderosa herramienta para estudiar la historia de la vida en la Tierra. Esto se debe a que los fragmentos típicos de ADN antiguo rara vez tienen más de 100 pares de bases (o 100 letras del código genético), por lo que son mucho más cortos que la secuencia completa de ADN de un organismo, que a menudo tiene miles de millones de letras. En cambio, los cromosomas fósiles pueden abarcar cientos de millones de letras genéticas.

El descubrimiento tiene implicaciones importantes. Olga Dudchenko, profesora de la Escuela de Medicina de Baylor, lo explica así: "Al comparar las moléculas de ADN antiguas con las secuencias de ADN de las especies modernas, es posible encontrar casos en los que han cambiado letras individuales del código genético. Los cromosomas fósiles son un punto de inflexión, porque conocer la forma de los cromosomas de un organismo permite ensamblar la secuencia completa de ADN de criaturas extintas. Esto permite obtener los tipos de conocimientos que antes no habrían sido posibles", aseguró

El parecido entre elefantes y mamuts

Una de las primeras cosas que hizo el equipo fue contar el número de cromosomas que tenía el mamut lanudo. "Descubrimos que tenía 28 pares de cromosomas. Y tiene mucho sentido, porque es lo que tienen los elefantes modernos, que son el pariente vivo más cercano del mamut lanudo. Fue extremadamente emocionante poder contar los cromosomas de una criatura extinta por primera vez. Normalmente no es posible divertirse tanto contando simplemente del uno al 28", relató el doctor Juan Antonio Rodríguez, investigador de la Universidad de Copenhague y del Centro Nacional de Análisis Genómico de Barcelona.

Al examinar los cromosomas fósiles, que se derivaron de la piel del mamut fue posible ver qué genes estaban activos. Esto se debe a un fenómeno llamado compartimentación cromosómica: el hecho de que el ADN activo e inactivo tiende a segregarse en dos vecindarios espaciales dentro del núcleo celular. Para la mayoría de los genes, el estado de actividad coincide con lo que los investigadores vieron en la piel del elefante moderno. Pero no siempre. 

"La pregunta obvia para nosotros era: ¿por qué es un 'mamut lanudo'? ¿Por qué no es un 'mamut sorprendentemente calvo'?". El hecho de que la compartimentación todavía estuviera preservada en estos fósiles fue fundamental, porque hizo posible observar, por primera vez, qué genes estaban activos en un mamut lanudo. Y resulta que hay genes clave que regulan el desarrollo del folículo piloso cuyo patrón de actividad es totalmente diferente al de los elefantes", destacó el doctor Thomas Gilbert, director del Centro de Hologenómica de la Universidad de Copenhague.

Los investigadores observaron más que una simple compartimentación en la forma de estos cromosomas antiguos. De hecho, los cromosomas compartían muchas características estructurales con los cromosomas modernos. La más espectacular de estas características era también la más diminuta: bucles de cromatina, estructuras de tan solo 50 nm que el equipo de Baylor había cartografiado en humanos por primera vez hace tan solo 10 años.

Un misterio de la física

"La supervivencia de los bucles en estos cromosomas antiguos es quizás la parte más impresionante", aseveró el profesor Marc A. Marti-Renom, líder del grupo en el Centro Nacional de Análisis Genómico, así como en el Centro de Regulación Genómica, ambos en Barcelona, ​​España. "Los bucles de ADN, que tienen un tamaño de solo 50 nanómetros, son importantes porque acercan las secuencias de ADN activadoras a sus genes diana. Por lo tanto, estos fósiles no solo nos muestran qué genes estaban activos, sino también por qué", añadió.

Sin embargo, los investigadores tenían una duda: ¿cómo podrían los fragmentos de ADN de cromosomas antiguos sobrevivir durante 52.000 años con su estructura tridimensional intacta? Después de todo, en 1905, durante su 'año milagroso', Albert Einstein publicó un artículo clásico en el que calculaba la rapidez con la que las partículas pequeñas, como fragmentos de ADN, tienden a moverse a través de una sustancia. "El trabajo de Einstein hace una predicción muy simple sobre los fósiles de cromosomas: en circunstancias normales, no deberían existir. Y sin embargo: aquí están. ¡Era un misterio de la física!", comentó Dudchenko.

Para explicar esta aparente contradicción, los investigadores se dieron cuenta de que los fósiles de cromosomas se encontraban en un estado muy especial, muy parecido al estado de las moléculas en el vidrio. "El cromovidrio es muy parecido al vidrio de una ventana: es rígido, pero no es un cristal ordenado. Si se hace un acercamiento a las partículas individuales, un trozo de vidrio –o un trozo de cromovidrio– es básicamente un atasco de tráfico a escala nanométrica, en un mundo sin marcadores de carril. Las partículas individuales, o los fragmentos individuales de ADN antiguo, simplemente no pueden moverse muy lejos en esa situación. Incluso si se espera miles y miles de años", detalló el doctor Dr. Erez Lieberman Aiden, director del Centro de Arquitectura Genómica y profesor en la Escuela de Medicina de Baylor.

La idea de que los restos de mamut, desenterrados en 2018 en el permafrost siberiano, se conservaron en un estado similar al vidrio no es tan descabellada. Sin darse cuenta, muchas civilizaciones desarrollaron formas de inducir una "transición vítrea" en sus alimentos como una forma de conservarlos, generalmente mediante una combinación de enfriamiento y deshidratación. Esto dio como resultado alimentos, como las tortillas fritas y la cecina de res, que son más frágiles que los alimentos originales, pero que duran mucho más. Y es por eso que la transición vítrea se ha convertido en un concepto clave para los científicos de alimentos modernos. Básicamente, los investigadores descubrieron que los fósiles de cromosomas habían quedado atrapados dentro de un trozo de cecina de mamut lanudo liofilizada. 

"Confirmamos esta teoría haciendo experimentos con cecina de res vieja y liofilizada, que es mucho más fácil de encontrar que la de mamut lanudo. Le disparamos una escopeta. Le pasamos por encima con un coche. Hicimos que un ex lanzador abridor de los Astros de Houston le lanzara una bola rápida. Cada vez, la cecina se rompía en pedacitos, como si fuera un cristal. Pero a escala nanométrica, los cromosomas estaban intactos, sin cambios. Esa es la razón por la que estos fósiles pueden sobrevivir. Esa es la razón por la que estaban allí, 52.000 años después, esperando a que los encontráramos", resume la doctora Cynthia Pérez Estrada, investigadora del Centro de Arquitectura Genómica y del Centro de Física Biológica Teórica de la Universidad Rice (EEUU).