Descobreixen per què el genoma humà és únic

Una anàlisi comparativa dels genomes de 240 espècies de mamífers, que inclou més del 80% de les varietats existents, revela les causes principals que determinen que el genoma humà sigui únic. A més, identifica parts clau del genoma humà que s’han mantingut sense canvis després de milions d’anys d’evolució, les quals poden donar informació sobre malalties i trets inusuals.

Una col·laboració internacional de científics, en el marc del projecte Zoonomía, ha catalogat la diversitat en els genomes de 240 espècies de mamífers, el projecte més ambiciós desenvolupat fins ara a escala mundial amb aquest propòsit. L’esforç, liderat per l’Institut Broad del MIT i Harvard, als Estats Units, i la Universitat d’Uppsala, a Suècia, ha aconseguit identificar característiques úniques que diferencien al genoma humà de la resta de les espècies, a més de descobrir trets genètics peculiars que poden propiciar importants avenços en el futur entorn de la salut humana. 

Un esforç sense precedents

Les troballes es resumeixen en 11 articles científics publicats a la revista ‘Science’, que segons un comunicat de l’Associació Nord-Americana per a l’Avanç de la Ciència (AAAS) identifiquen seccions del genoma humà que s’han preservat sense alteracions després de milions d’anys d’història evolutiva, i han proporcionat dades claus sobre la salut i les malalties humanes. Alhora, el treball revela com van sorgir certs trets especials en els mamífers, com per exemple la capacitat d’hibernar. 

L’anàlisi feta, i l’amplitud de les preguntes que poden respondre les dades obtingudes, només mostren un percentatge mínim del potencial que té aquesta informació genètica en el camí per comprendre tant l’evolució del genoma com la malaltia humana. En elprojecte Zoonomía, els investigadors van seqüenciar una àmplia varietat de genomes de mamífers i després els van alinear, a través de mètodes informàtics. 

A partir d’aquesta alineació, els científics van identificar regions dels genomes, de vegades només lletres individuals de l’ADN, que estan més ben conservades o pràcticament sense canvis en les espècies de mamífers, entre les quals l’ésser humà, al llarg del temps. D’acord amb una nota de premsa de l’Institut Broad del MIT i Harvard, les comparacions entre els genomes van permetre assenyalar espècies que poden ser particularment susceptibles a l’extinció, així com variants genètiques que tenen més probabilitats d’exercir un paper causal en malalties humanes, tant estranyes com comunes. 

Cap a l’arrel de les malalties humanes

Els resultats mostren que la majoria de les regions conservades en el genoma, que han canviat més lentament que les fluctuacions aleatòries, estan involucrades en el desenvolupament embrionari i la regulació de l’expressió de l’ARN o àcid ribonucleic. Les regions que es van modificar amb més freqüència van evidenciar la interacció d’un animal amb el seu entorn, per exemple mitjançant les respostes immunitàries o el desenvolupament de la pell. Més de 4.500 elements del genoma es conserven gairebé perfectament al llarg de l’evolució, en més del 98% de les espècies estudiades.

Mentre, se sap que el genoma humà conté aproximadament 20.000 gens que constitueixen el codi per fabricar totes les proteïnes de l’organisme. Aquestes parts del genoma són difícils d’identificar, però l’estudi comparatiu dels genomes d’una gran quantitat de mamífers va permetre determinar quines parts són funcionalment importants, i que marquen diferències claus entre l’ésser humà i la resta de les espècies. 

Finalment, segons una nota de premsa de la Universitat d’Uppsala una part de l’estudi es va centrar a comparar el genoma de persones sanes i malaltes, per comprendre quines mutacions condueixen a la malaltia, per exemple en el cas del càncer. Els investigadors creuen que una gran proporció de les mutacions que condueixen a malalties comunes, com la diabetis o el trastorn obsessivocompulsiu, es troben fora dels gens i tenen a veure amb la seva regulació. Els avenços obtinguts faciliten la identificació de les mutacions que condueixen a la malaltia i la comprensió del seu origen.

Referències

Mammalian evolution of human cis-regulatory elements and transcription factor binding sites. Gregory Andrews et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

Comparative genomics of Balto, a famous historic dog, captures lost diversity of 1920s sled dogs. Katherine L. Moon et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

Relating enhancer genetic variation across mammals to complex phenotypes using machine learning. Irene M. Kaplow et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

A genomic time scale for placental mammal evolution. Nicole M. Foley et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

Evolutionary constraint and innovation across hundreds of placental mammals. Matthew J. Christmas et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

Leveraging base-pair mammalian constraint to understand genetic variation and human disease. Patrick F. Sullivan et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

Integrating gene annotation with orthology inference at scale. Bogdan M. Kirilenko et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

The functional and evolutionary impacts of human-specific deletions in conserved elements. James R. Xue et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

Three-dimensional genome rewiring in loci with human accelerated regions. Kathleen C. Keough et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

Notícies relacionades

Serà possible viatjar a Mart en només 45 dies

La sequera a l’Amazones deixa veure rostres humans antics i desconeguts

Insights into mammalian TE diversity through the curation of 248 mammalian genome assemblies. Austin B. Osmanski et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599

The contribution of historical processes to contemporary extinction risk in placental mammals. Aryn P. Wilder et al. ‘Science’ (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adi1599