sábado, 1 de febrero de 2014

El legado genético de los neandertales

Los restos de ADN neandertal en los humanos modernos se han asociados con genes que inciden en la diabetes tipo 2, la enfermedad de Crohn, el lupus, la cirrosis biliar y la conducta de fumar. Así mismo, dichos genes concentran su influencia de las características de la piel y del pelo. Al mismo tiempo, la cantidad de ADN Neanderthal es muy baja en los genes específicos de las regiones del cromosoma X y de los testículos.

Vista de la cueva de Siberia en la que se encontró el Neanderthal, cuyo ADN fue objeto de análisis y comparación con el de humanos modernos. Imagen: Bence Viola
Vista de la cueva de Siberia en la que se encontró el Neanderthal, cuyo ADN fue objeto de análisis y comparación con el de humanos modernos. Imagen: Bence Viola
La investigación, dirigida por genetistas de la escuela de Medicina de Harvard, sugiere las formas en que el material genético heredado de los neandertales ha demostrado ser tanto adaptable como no adaptable en los seres humanos modernos.
En los últimos años, los estudios realizados han revelado que las personas de hoy en día, de ascendencia no africana, han heredado un promedio de alrededor del 2% de su genoma de los neandertales – un legado del mestizaje entre los humanos y los neandertales. El equipo de investigación anteriormente había calculado que eso hace unos 40.000 a 80.000 años. (Los africanos autóctonos tienen poco o nada de ADN neandertal, ya que sus antepasados no se cruzaron con los neandertales, que vivían en Europa y Asia).
Desde entonces varios equipos de investigación logrado detectar el ADN Neanderthal en algunos sitios del genoma humano no africano, pero hasta ahora, no había ningún estudio de la ascendencia neandertal en todo el genoma, y se entendía muy poco sobre la importancia biológica de ese patrimonio genético.

Desiertos y oasis

El genetista David Reich y sus colegas, incluyendo a Svante Pääbo, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, analizaron las variantes genéticas en 846 personas de herencia no africana, 176 personas procedentes de África subsahariana, y un Neandertal de hace 50.000 años, de quien el equipo había publicado en 2013 su secuencia del genoma de gran calidad.
El equipo encontró que algunas zonas del genoma humano moderno no africano son ricos en ADN Neandertal, lo que puede haber sido útil para la supervivencia humana, mientras que otras áreas son como “desiertos” con mucha menos ascendencia neandertal en promedio.
Las zonas áridas constituyen el hallazgo más “más emocionante” dice el primer autor Sriram Sankararaman de Harvard Medical School y del Instituto Broad. “Esto sugiere que la introducción de algunas de estas mutaciones neandertales fue dañina para los ancestros no africanos y que más tarde esas mutaciones se eliminaron por la acción de la selección natural”.
El equipo mostró que las zonas con reducida ascendencia neandertal tienden a agruparse en dos partes de nuestro genoma: los genes más activos en la línea germinal masculina (los testículos) y los genes en el cromosoma X. En muchos animales ese patrón se ha relacionado con un fenómeno conocido como infertilidad de híbrido, en el que la descendencia de un macho de una subespecie y una hembra de otra subespecie tienen una fertilidad baja o nula. “Esto sugiere que cuando los antiguos seres humanos se encontraron y se mezclaron con los neandertales, las dos especies estaban en el borde de la incompatibilidad biológica”, dice Reich.

Una herencia duradera

El equipo también determinó en qué medida ADN neandertal presente en los genomas humanos actuales afecta la producción de queratina y el riesgo de contraer enfermedades.
Ascendencia neandertal está afectando Aumento de genes en los filamentos de queratina . Esta proteína fibrosa Presta dureza a la piel , el cabello y las uñas y puede ser beneficioso en entornos fríos por providing de aislamiento más grueso , Said Reich. ” Es tentador pensar que eran los neandertales ya adaptados al entorno y genética no africano Este beneficio corresponde a los seres humanos “, especuló .
Los investigadores demostraron también que nueve variantes genéticas humanas anteriormente identificadas, conocidas por estar asociadas con características específicas, probablemente provienen de los neandertales. Esas variantes influyen en enfermedades relacionadas con la función inmune, así como algunas conductas, tales como la capacidad de dejar de fumar. El equipo espera que se encontrarán más variantes de origen neandertal.
El equipo ya ha comenzado a mejorar su resultados al analizar a varios neandertales en vez de uno . Junto con colegas de Gran Bretaña, también han desarrollado una prueba que puede detectar la mayoría de las mutaciones de origen Neanderthal que descubrieron en personas de ascendencia europea (unas 100.000), y están llevando a cabo un análisis en un biobanco genético que contienen los datos de medio millón de británicos.
Artículo científico: Sriram Sankararaman, Swapan Mallick, Michael Dannemann, Kay Prüfer, Janet Kelso, Svante Pääbo, Nick Patterson, David Reich. The genomic landscape of Neanderthal ancestry in present-day humansNature, (2014), doi: 10.1038/nature12961

Así era un cazador-recolector europeo de hace 7.000 años

La Braña 1, nombre con el que se ha bautizado a un individuo del Mesolítico de 7.000 años de antigüedad, cuyos restos fueron recuperados en el yacimiento La Braña-Arintero, Valdelugueros (León), tenía los ojos azules y la piel oscura. Estos detalles son el resultado de un estudio dirigido por el investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Carles Lalueza-Fox, en colaboración con el Centre for Geo Genetics de Dinamarca. La Braña 1 representa el primer genoma de un cazador-recolector europeo recuperado. La investigación se publica en la revistaNature.

La Braña 1, nombre con el que se ha bautizado a un individuo del Mesolítico de 7.000 años de antigüedad. Foto: CSIC.
La Braña 1, nombre con el que se ha bautizado a un individuo del Mesolítico de 7.000 años de antigüedad. Foto: CSIC.
El mesolítico, un periodo que duró desde hace 10.000 hasta hace 5.000 años (entre el paleolítico y el neolítico), termina con la llegada de la agricultura y la ganadería, procedente del Próximo Oriente. La llegada del neolítico, con una dieta basada en carbohidratos y nuevos patógenos transmitidos por los animales domesticados, supuso desafíos metabólicos e inmunológicos que se reflejaron en adaptaciones genéticas de las poblaciones posteriores al mesolítico. Entre estas se encuentra la capacidad de digerir la lactosa que el individuo de La Braña no poseía.
“Sin embargo, la mayor sorpresa fue descubrir que este individuo poseía las versiones africanas en los genes que conforman la pigmentación clara de los europeos actuales, lo que indica que tenía la piel oscura, aunque no podemos saber el tono exacto”, destaca Lalueza-Fox.
“Todavía más sorprendente fue descubrir que poseía las variantes genéticas que producen los ojos azules en los europeos actuales, lo que resulta en un fenotipo único en un genoma que por otra parte es inequívocamente norte europeo” detalla el investigador del CSIC, que desarrolla su trabajo en el Instituto de Biología Evolutiva (centro mixto del CSIC y la Universidad PompeuFabra), ubicado en Barcelona.
La Braña 1 representa el primer genoma de un cazador-recolector europeo recuperado. Foto: CSIC.
La Braña 1 representa el primer genoma de un cazador-recolector europeo recuperado. Foto: CSIC.
El estudio del genoma sugiere que las poblaciones actuales más cercanas a La Braña 1 son las del norte de Europa, como Suecia y Finlandia. Además, el trabajo señala que La Braña 1 tiene un ancestro común con los pobladores del yacimiento del Paleolítico superior Mal’ta, ubicado en el lago Baikal (Siberia), cuyo genoma fue recuperado hace unos meses. “Estos datos indican que existe continuidad genética en las poblaciones del centro y del oeste de Euroasia. De hecho, estos datos coinciden con los restos arqueológicos, ya que en distintas excavaciones de Europa y Rusia, incluido el yacimiento de Mal’ta, se han recuperado figuras antropomórficas –las llamadas Venus paleolíticas- muy similares entre sí”, concluye Lalueza-Fox.

ADN con una conservación “excepcional”

El yacimiento de La Braña-Arintero fue descubierto de forma casual en 2006 y excavado por el arqueólogo de la Junta de Castilla y León Julio Manuel Vidal Encinas. La cueva, localizada en una zona fría y montañosa, con una temperatura estable, y a 1.500 metros por debajo del nivel del mar, propició la “excepcional” conservación del ADN de dos individuos descubiertos en su interior, y que fueron denominados La Braña 1 y La Braña 2.
Según señala Iñigo Olalde, primer firmante del estudio, “la intención del equipo es intentar recuperar el genoma del individuo de La Braña 2, que está peor conservado, para seguir obteniendo información sobre las características genéticas de estos primeros europeos”.
Artículo científico: Iñigo Olalde, Morten E. Allentoft, Federico Sánchez-Quinto, Gabriel Santpere, Charleston W. K. Chiang, Michael DeGiorgio, Javier Prado-Martinez, Juan Antonio Rodríguez, SimonRasmussen, Javier Quilez, Oscar Ramírez,Urko M. Marigorta, Marcos Fernández-Callejo, María Encina Prada, Julio Manuel Vidal Encinas, RasmusNielsen,Mihai G. Netea, John Novembre, Richard A. Sturm, PardisSabeti, Tomás Marqués-Bonet, Arcadi Navarro, EskeWillerslev& Carles Lalueza-Fox.Derived immune and ancestral pigmentation alleles in a 7,000-year-old Mesolithic EuropeanNature (2014), doi: 10.1038/nature12960

La integración nos acerca a la computación cuántica

Un grupo internacional de investigadores, dirigidos por la Universidad de Bristol, ha hecho un avance importante hacia una computadora cuántica, al reducir el tamaño de los componentes claves e integrarlos en un microchip de silicio.

Impresión artística de un futuro chip cuántico totalmente integrado. Crédito: Universidad de Bristol
Impresión artística de un futuro chip cuántico totalmente integrado. Crédito: Universidad de Bristol
Los científicos e ingenieros, que colaboran en un equipo internacional dirigido por el Dr. Mark Thompson de la Universidad de Bristol, por primera vez han generado y manipulado partículas individuales de luz (fotones) en un chip de silicio, lo que representa un gran paso en la carrera para construir una computadora cuántica.
En general, las computadoras y las tecnologías cuánticas se anticipan como el próximo avance tecnológico importante, y están a punto de reemplazar a los dispositivos convencionales de información y de computación, en aplicaciones que van desde las comunicaciones ultraseguras y sensores de alta precisión, a las computadoras inmensamente poderosas. Aunque muchos de los componentes de una computadora cuántica ya existen, para llegar a una computadora cuántica, esos componentes se deben integrador en un chip.
Este avance es una pieza de importancia en el rompecabezas que se necesita armar para llegar a una computadora cuántica. Aunque los intentos anteriores han requerido fuentes de luz externas para generar los fotones, este nuevo chip integra componentes que pueden generar fotones dentro del chip. “Nos sorprendió lo bien que actuaron juntas las fuentes integradas”, admite Joshua Silverstone, el autor principal del artículo. “Producen fotones idénticos de alta calidad de una manera reproducible, lo que confirma que un día se podría fabricar un chip de silicio con cientos de fuentes similares integradas. Esto podría conducir a una computadora cuántica óptica capaz de realizar cálculos enormemente complejos”.
Impresión artística del dispositivo que emite pares entrelazados de fotones. La figura del 8 representa la conexión entre los dos fotones de entrelazamiento cuántico. Crédito: Universidad de Bristol
Impresión artística del dispositivo que emite pares entrelazados de fotones. La figura del 8 representa la conexión entre los dos fotones de entrelazamiento cuántico. Crédito: Universidad de Bristol
El líder del grupo, Mark Thompson, explica que en el silicio ya se habían desarrollado por separado los detectores de fotones, las fuentes y los circuitos, pero integrarlos en un chip es un enorme desafío. Y añade que el dispositivo que han logrado es el circuito cuántico fotónico funcionalmente más complejo hasta la fecha, y que además fue fabricado por Toshiba usando exactamente las mismas técnicas de fabricación utilizadas para fabricar dispositivos electrónicos convencionales.
En unos dos años los investigadores esperan tener un dispositivo basado en fotones que pueda rivalizar con los equipos modernos de computación en tareas altamente especializadas.
Artículo científico: J. W. Silverstone, D. Bonneau, K. Ohira, N. Suzuki, H. Yoshida, N. Iizuka, M. Ezaki, C. M. Natarajan, M. G. Tanner, R. H. Hadfield, V. Zwiller, G. D. Marshall, J. G. Rarity, J. L. O’Brien & M. G. Thompson. On-chip quantum interference between silicon photon-pair sources.Nature Photonics 8, 104–108 (2014), doi: 10.1038/nphoton.2013.339