Científicas en la vanguardia de la investigación biológica: el estudio de las proteínas antiguas

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El nuevo y complejo ámbito de la paleogenética, esto es, el estudio del material genético conservado en los restos fósiles de distintos organismos, se ha visto recientemente complementado por la posibilidad de analizar las proteínas arcaicas, también obtenidas a partir de fósiles. Recordemos que las proteínas son moléculas fundamentales para la vida y se sintetizan dependiendo de los genes que las codifican. El término proteómica hace referencia al estudio de las proteínas y fue acuñado por analogía con genómica, dedicada a los genes.

Laboratorio de paleogenética.

Con respecto a esta novedosa tecnología, el profesor de neurociencias de la Universidad de Oxford y divulgador científico Matthew Warren, ha explicado en la revista Nature que «hemos logrado extraer proteínas de algunos restos fósiles cuya antigüedad es mayor a un millón de años y, probablemente, podrán ayudar a responder algunas de las numerosas y complejas preguntas formuladas hasta ahora sobre los humanos arcaicos». Se trata de un análisis que se engloba bajo el término de paleoproteómica y, aunque todavía es un campo de trabajo reciente, está adquiriendo una importancia considerable.

El tema despierta gran interés debido, en gran parte, a que las proteínas perduran en los fósiles durante mucho más tiempo que el ADN. Por ello, su estudio podría abrir nuevas puertas para explorar épocas de nuestra prehistoria que hasta ahora han permanecido inaccesibles. La gran esperanza del colectivo de especialistas radica en aclarar algunas de las múltiples cuestiones sobre la evolución de grupos humanos antiguos que aún hoy siguen siendo confusos. En suma, entender mejor el pasado.

Las expertas estudian proteínas antiguas

La presencia femenina en el joven y prometedor campo de la paleoproteómica no está siendo de ninguna manera puntual ni excepcional. Por el contrario, cada vez es más frecuente encontrar investigadoras formando parte importante de equipos líderes en este ámbito. Aunque resultaría demasiado extenso nombrarlas a todas, sí creemos de interés traer a la palestra algunas a título de ejemplo.

Samantha Brown. Imagen: Twitter.

En el año 2016, la investigadora de la Universidad de York, UK, Samantha Brown, alcanzaba un notable hito en este complejo campo. Como hemos relatado en una entrada anterior a ella dedicado, a partir de un conjunto de huesos fósiles altamente fragmentados, la joven científica consiguió aplicar con éxito un novedoso método de identificación de proteínas y descubrir un pequeño trozo óseo de hominino que se reveló extraordinario.

Dongju Zhang.

Por otro lado, pocos años más tarde, en enero de 2019, la revista Nature publicaba que un equipo de investigadores, codirigido por la doctora y profesora de la Universidad de Lanzhou, China, Dongju Zhang, había logrado identificar una mandíbula humana hallada en el Tíbet gracias al estudio de las proteínas aisladas de ese fósil. En una entrada anterior describimos cómo el fuerte impacto de este artículo convirtió su metodología en un modelo a seguir con el fin de ampliar los conocimientos sobre otros homininos fósiles muy antiguos.

Un ilustrativo ejemplo de la utilidad de esta técnica lo encontramos en que ha permitido sugerir la razón por la cual algunas poblaciones actuales, como los sherpas del Himalaya, presentan la capacidad de oxigenar sus tejidos en altitudes elevadas con baja concentración de oxígeno. La causa de esta adaptación era hasta hace poco tiempo desconocida. «Ahora tenemos una explicación para eso. Las poblaciones de homininos arcaicos probablemente vivieron durante mucho tiempo en la meseta del Tíbet, con lo que adquirieron una mutación [de resistencia a la altura] que más tarde transmitirían a los invasores modernos», ha expresado el experto Jean-Jacques Hublin.

Emilia Huerta-Sánchez.

La primera persona en elucidar este fenómeno fue la doctora Emilia Huerta-Sanchez, experta en genética de poblaciones de la Universidad de Brown. En un trabajo publicado en Nature, 2014, la científica exponía que cuando la mayor parte de la gente viaja a altitudes elevadas, su organismo responde al bajo nivel de oxígeno produciendo más glóbulos rojos, lo que incrementa la cantidad de hemoglobina disponible; pero, advierte Huerta-Sanchez, «esto tiene una importante desventaja: vuelve la sangre más espesa». Sin embargo, los sherpas no necesitan producir más glóbulos rojos gracias a que poseen una versión inusual de un gen que les permite usar pequeñas cantidades de oxígeno de forma muy eficiente, sin necesidad de aumentar la densidad de su sangre.

Katerina Douka.

Por su parte, la arqueóloga Katerina Douka del Instituto Max Planck de Jena, Alemania (Department of Archaeology, Max Planck Institute for the Science of Human History), destacada especialista en técnicas moleculares, se encuentra inmersa junto a su equipo, en un proyecto de investigación cuyo objetivo principal es identificar homininos antiguos procedentes de Asia que, como exponíamos en una entrada anterior, son todavía muy poco conocidos. Con tal fin se están optimizando con éxito métodos de análisis proteicos.

Jessica Hendy.

Nos interesa asimismo traer a colación a la científica Jessica Hendy, graduada en 2010 por la Universidad de Auckland, Nueva Zelanda, y doctora por la Universidad de York, Reino Unido. En la actualidad es profesora en BioArCh, Department of Archaeology de esta universidad, donde trabaja en la aplicación del análisis de proteínas arcaicas en un esfuerzo pionero por conocer las dietas antiguas y la génesis de ciertas enfermedades. En sus propias palabras: «mi investigación se enfoca en la supervivencia de proteínas antiguas procedentes de distintos contextos arqueológicos, y en cómo estas moléculas pueden usarse para comprender el pasado».

Señalemos asimismo que la arqueóloga molecular del Departamento de Ciencias de la Vida (Department of Life Sciences and Systems Biology) de la Universidad de Turin, Italia, Beatrice Demarchi, también ha enfocado su investigación al estudio de proteínas antiguas. Ella y su equipo pretenden averiguar qué pueden decirnos las moléculas proteicas arcaicas sobre la edad y el origen de diversos restos arqueológicos y paleontológicos.

Beatrice Demarchi.

Junto a sus colaboradores, Beatrice Demarchi logró extraer y analizar proteínas notablemente antiguas de animales que vivieron hace 3,8 millones de años. Tal como la experta ha relatado al citado Matthew Warren, el material que estudiamos «no estaba preservado en una región de frío polar pues procedía de yacimientos de Tanzania, donde la temperatura media anual del aire es de alrededor de 18ºC […]. De hecho, no esperarías que el material sobreviviera en un ambiente tan cálido».

Aunque el trabajo, publicado en septiembre de 2016, es importante en sí mismo, su interés se incrementa ampliamente al considerar que, como expresa Dermachi, «las proteínas de homininos también podrían recuperarse de lugares semejantes». Recordemos que el este de África se ha revelado muy rico en fósiles de homininos. De hecho, en la actualidad el interés principal de Beatrice Demarchi y su equipo está centrado en el uso del gran potencial que ofrecen las técnicas proteómicas para estudiar nuestro pasado lejano.

Las grandes promesas esclarecedoras de las proteínas antiguas

Diversos equipos de investigación han comprobado, tras múltiples estudios, que los fósiles muy antiguos no suelen contener restos de ADN, sobre todo cuando proceden de yacimientos situados en regiones cálidas. A medida que transcurre el tiempo, el material genético parece conservarse solo en lugares fríos. Sin embargo, se ha constatado que las proteínas persisten mucho más en el registro fósil, aunque las temperaturas sean elevadas.

Precisamente porque el material genético se degrada a mayor velocidad en los ambientes cálidos, desde el punto de vista geográfico, la información obtenida a partir del ADN antiguo resulta bastante heterogénea. Así, un individuo de 100.000 años de antigüedad encontrado en una fría cueva siberiana puede todavía albergar ADN, mientras que un fósil que haya pasado un periodo de tiempo tan largo en el calor de África o del sudeste asiático generalmente no lo hará.

Teniendo en cuenta estos hechos, la posibilidad de emplear la metodología de estudio de proteínas antiguas con el fin de ampliar los conocimientos sobre aquellos homininos fósiles arcaicos que ya han perdido todo resto de ADN, se revela muy prometedora. En este contexto, podrían realizarse análisis de Homo erectus, un importante hominino dentro de nuestro árbol familiar, que se desplazó por el mundo hace entre 1,9 millones de años y 140.000. Asimismo, también podrían investigarse los fósiles de Homo floresiensis, una diminuta especie que vivió en Indonesia hace mucho menos tiempo, en torno a 60.000 años atrás.

Igualmente, observando las diferencias entre proteínas antiguas se podría averiguar qué linaje representa el antepasado directo de Homo sapiens, cuestión que levanta una gran polvareda cada vez que se menciona. «Básicamente, creo que seríamos capaces de desbloquear el árbol evolutivo de la humanidad», ha dicho Matthew Collins, un bioarqueólogo de la Universidad de Copenhague que ha estado en la vanguardia de este campo desde los años ochenta del siglo pasado, cuando apenas eran unos pocos los investigadores en esta especialidad.

En las últimas décadas, los conocimientos sobre la evolución humana se han transformado considerablemente sobre todo gracias al ADN recuperado de fósiles antiguos. Sin embargo, también debemos tener en cuenta que en nuestro intrincado árbol familiar aún quedan huecos significativos que rellenar. Por ejemplo, como muy bien apunta M. Warren, solo se ha secuenciado el ADN de tres grupos de homininos: neandertales, denisovanos y Homo sapiens, en su mayor parte a partir de especímenes que tienen menos de 100.000 años de antigüedad.

Homo heidelbergensis. Wikimedia Commons.

Pero si retrocedemos unos pocos cientos de miles años atrás, las cosas se vuelven mucho más turbias: nos encontramos con una parte todavía muy difusa de la historia humana. Tal es el caso de una especie crucial que vivió hace entre 700.000 y 200.000 años, Homo heidelbergensis. Pese a su importancia, los y las especialistas no se ponen de acuerdo en decidir si fue antepasada de sapiens y también de los neandertales o solo de estos últimos. «Muchos de estos hechos ocurrieron más allá del alcance del ADN antiguo», ha revelado Firdo Welker, antropólogo molecular de Universidad de Copenhague al escritor científico Matthew Warren. «Una mirada a las proteínas de H. heidelbergensis, podría aclarar tan significativo asunto y resolver, por fin, cuál fue su relación con H. sapiens y con los neandertales», subraya Welker.

En suma, el estudio de las proteínas antiguas podría contribuía a dibujar una imagen más clara de la historia de la humanidad. No obstante, pese al entusiasmo que genera el tema, algunos estudiosos y estudiosas advierten que cuando se trata de desenmarañar el árbol de familia de organismos extinguidos hace tiempo, y más aún si es el nuestro, la proteómica también puede ocasionar serios problemas que la desacreditan. Veamos.

Peligrosos errores en una tecnología reciente

En torno a la proteómica se está generando un ruido notable que preocupa a la comunidad de especialistas, principalmente cuando el bullicio proviene de ciertos medios de comunicación. En este sentido, el respetado genetista del Instituto Max Planck, Svante Pääbo, recuerda que las proteínas arcaicas se encuentran degradadas en pequeños fragmentos y, además, las  muestras a menudo están contaminadas con proteínas modernas, lo que requiere trabajar con mucha precaución. Por otra parte, la citada arqueóloga Katerina Douka, ha revelado que «muchas y muchos genetistas se muestran bastante escépticos sobre esta metodología». La prudencia, pues, se vuelve prioritaria.

Los equipos líderes en este campo de trabajo son conscientes de los diversos problemas con los que se enfrentan, y no reparan en concentrar sus energías en generar una base científica que sea seria y vigorosa. En esta tesitura, queremos citar el trabajo realizado por la mencionada investigadora de la Universidad de York, Jessica Hendy, quien en diversas ocasiones ha apuntado que «esta técnica [la paleoproteómica] es tan interesante y fascinante que está llamando muchísimo la atención […]. Pero precisamente por ello, necesitamos movernos con mucho cuidado».

Bajo este impulso y enfoque prudente, en junio de 2018 Hendy y sus colegas publicaban un artículo titulado «Guía para el estudio de las proteínas antiguas» (A guide to ancient protein studies), que ha tenido muy buena acogida en la comunidad de especialistas. La autora comienza el trabajo señalando que el estudio de las proteínas antiguas, al igual que el del ADN antiguo, afecta profundamente a la biología evolutiva, la arqueología y la antropología, lo que provoca un eco mediático a veces desproporcionado. Una deriva que puede distorsionar los nuevos hallazgos.

Sin embargo, continúa puntualizando esta experta, en parte debido a la juventud de este campo, no existe aún consenso explícito en lo que respecta a la valoración de los datos a publicar o de las medidas que deben tomarse para evitar algo tan negativo como la contaminación de las proteínas antiguas. En su artículo, Jessica Hendy et al. presentan una serie de precauciones a seguir en este tipo de investigación, advirtiendo que no intentan imponer una lista rígida de criterios, sino más bien ofrecer buenas prácticas que aseguren la obtención de resultados sólidos y reproducibles.

«Esta clase de estudios puede que no figuren en los titulares, añade la científica, pero puede dar a los investigadores mucha más confianza en sus resultados […]. Esperamos que nuestras propuestas ayuden a proporcionar unos cimientos firmes para que la paleoproteómica llegue a establecerse como una herramienta poderosa dentro de la arqueología, la antropología y la biología evolutiva».

En conclusión, estamos ante otra apasionante senda de la investigación encaminada a entender la difícil cartografía de nuestros orígenes evolutivos. Y en ella, visibles mujeres con aportes decisivos.

Referencias

Sobre la autora

Carolina Martínez Pulido es Doctora en Biología y ha sido Profesora Titular del Departamento de Biología Vegetal de la ULL. Su actividad prioritaria es la divulgación científica y ha escrito varios libros sobre mujer y ciencia.

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