Proyecto del genoma neandertal

El proyecto del genoma neandertal es una iniciativa, fundada en julio de 2006, de un grupo de científicos para secuenciar el genoma del neandertal .

Fue iniciado por 454 Life Sciences , una empresa de biotecnología con sede en Branford, Connecticut, Estados Unidos, y está coordinado por el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva en Alemania. En mayo de 2010, el proyecto publicó su borrador inicial del genoma neandertal (Vi33.16, Vi33.25, Vi33.26) basado en el análisis de cuatro mil millones de pares de bases de ADN neandertal. El estudio determinó que se produjo una mezcla de genes entre los neandertales y los humanos anatómicamente modernos y presentó evidencia de que elementos de su genoma permanecen en los humanos modernos fuera de África. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

En diciembre de 2013, se publicó por primera vez el genoma  de alta cobertura de un neandertal . El ADN se extrajo de un fragmento de dedo del pie de una neandertal hembra a la que los investigadores han denominado "Neandertal de Altai". Fue hallado en la cueva de Denisova, en las montañas de Altai, Siberia, y se estima que tiene 50 000 años de antigüedad. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Los investigadores recuperaron ADN antiguo de neandertales extrayendo el ADN de los fémures de tres  especímenes femeninos de neandertal de 38.000 años de antigüedad procedentes de la cueva de Vindija , Croacia , y de otros huesos encontrados en España, Rusia y Alemania. ^{[ 6 ]} Solo se necesitó aproximadamente medio gramo de las muestras de hueso (o 21  muestras de 50 a 100  mg cada una ^{[ 1 ]} ) para la secuenciación, pero el proyecto se enfrentó a muchas dificultades, incluida la contaminación de las muestras por las bacterias que habían colonizado el cuerpo del neandertal y por los humanos que manipularon los huesos en el yacimiento arqueológico y en el laboratorio. ^{[ 7 ]}

En febrero  de 2009, el equipo del Instituto Max Planck, liderado por Svante Pääbo, anunció que había completado el primer borrador del genoma neandertal. ^{[ 7 ]} Un análisis inicial de los datos sugirió en "el genoma de los neandertales, una especie humana llevada a la extinción" "ningún rastro significativo de genes neandertales en los humanos modernos". ^{[ 8 ]} Nuevos resultados sugirieron que algunos neandertales adultos eran intolerantes a la lactosa . ^{[ 9 ]} Sobre la cuestión de la posible clonación de un neandertal, Pääbo comentó: "Partiendo del ADN extraído de un fósil, es y seguirá siendo imposible". ^{[ 7 ]}

En mayo  de 2010, el proyecto publicó un borrador de su informe sobre el genoma neandertal secuenciado. Contradiciendo los resultados descubiertos al examinar el ADN mitocondrial (ADNmt), demostraron un rango de contribución genética a los humanos modernos no africanos que va del 1% al 4%. A partir de sus muestras de Homo sapiens en Eurasia (franceses, chinos Han y papúes), los autores afirmaron que es probable que el mestizaje haya ocurrido en el Levante antes de que el Homo sapiens migrara a Europa. ^{[ 10 ]} Este hallazgo es cuestionado debido a la escasez de evidencia arqueológica que respalde su afirmación. La evidencia fósil no sitúa de manera concluyente a los neandertales y los humanos modernos en estrecha proximidad en este tiempo y lugar. ^{[ 11 ]} Según secuencias preliminares de 2010, el 99,7% de las secuencias de nucleótidos de los genomas del humano moderno y del neandertal son idénticas, en comparación con los humanos que comparten alrededor del 98,8% de secuencias con el chimpancé . ^{[ 12 ]} (Durante algún tiempo, los estudios sobre la similitud entre chimpancés y humanos modificaron la similitud del 99% a una similitud de solo el 94%, lo que demostró que la brecha genética entre humanos y chimpancés era mucho mayor de lo que se pensaba originalmente, ^{[ 13 ] [ 14 ]} pero conocimientos más recientes afirman que la diferencia entre humanos, chimpancés y bonobos es de aproximadamente 1,0-1,2% nuevamente. ^{[ 15 ] [ 16 ]} )

Además, en 2010, el descubrimiento y análisis del ADNmt del hominino de Denisova en Siberia reveló que difería del de los humanos modernos en 385  bases ( nucleótidos ) en la cadena de ADNmt de aproximadamente 16.500, mientras que la diferencia entre los humanos modernos y los neandertales es de alrededor de 202 bases. En contraste, la diferencia entre los chimpancés y los humanos modernos es de aproximadamente 1.462 pares de bases de ADNmt. El análisis del ADN nuclear  del espécimen aún estaba en curso y se esperaba que aclarara si el hallazgo es una especie distinta . ^{[ 17 ] [ 18 ]} Aunque el linaje del ADNmt del hominino de Denisova es anterior a la divergencia de los humanos modernos y los neandertales, la teoría coalescente no excluye una fecha de divergencia más reciente para su ADN nuclear.

Un fragmento de costilla del esqueleto parcial de un bebé neandertal hallado en la cueva de Mezmaiskaya, en las estribaciones noroccidentales de las montañas del Cáucaso, fue datado por radiocarbono en 1999 en 29.195 ± 965 años antes del presente , perteneciendo así a los neandertales más recientes. El ADN antiguo recuperado para una secuencia de ADNmt mostró una divergencia del 3,48 % con respecto al neandertal de Feldhofer , a unos 2.500 km al oeste, en Alemania. En 2011, un análisis filogenético situó a ambos en un clado distinto al de los humanos modernos, lo que sugiere que sus tipos de ADNmt no han contribuido al acervo genético del ADNmt humano moderno. ^{[ 19 ]}  

En 2015, Israel Hershkovitz, de la Universidad de Tel Aviv , informó que un cráneo hallado en una cueva del norte de Israel es "probablemente de una mujer que vivió y murió en la región  hace unos 55.000 años, lo que sitúa a los humanos modernos allí y entonces por primera vez", señalando un posible momento y lugar en el que los humanos modernos se cruzaron por primera vez con los neandertales. ^{[ 20 ]}

En 2016, el proyecto descubrió que los neandertales se cruzaron con los humanos modernos varias veces, y que los neandertales se cruzaron con los denisovanos solo una vez, como lo demuestra el genoma de los melanesios actuales. ^{[ 21 ]}

En 2006, dos equipos de investigación que trabajaban con la misma muestra de neandertal publicaron sus resultados: Richard Green y su equipo en Nature [ ^{22 ]} y el equipo de James Noonan en Science ^{[ 23 ]} . Los resultados fueron recibidos con cierto escepticismo, principalmente en torno a la cuestión de una posible mezcla genética ^de neandertales con el genoma humano moderno ^{[ 24 ] .}

En 2006, el equipo de Richard Green utilizó una técnica de secuenciación entonces novedosa , desarrollada por 454 Life Sciences, que amplifica moléculas individuales para su caracterización, y obtuvo más de un cuarto de millón de secuencias cortas únicas ("lecturas"). La técnica proporciona lecturas ubicadas aleatoriamente, de modo que las secuencias de interés —genes que difieren entre los humanos modernos y los neandertales— también aparecen aleatoriamente. Sin embargo, esta forma de secuenciación directa destruye la muestra original, por lo que para obtener nuevas lecturas es necesario secuenciar más muestras de forma destructiva. ^{[ 25 ]}

El equipo de Noonan, liderado por Edward Rubin , empleó una técnica diferente, en la que el ADN neandertal se inserta en bacterias, las cuales generan múltiples copias de un único fragmento. Demostraron que las secuencias genómicas neandertales pueden recuperarse mediante un enfoque basado en bibliotecas metagenómicas . Todo el ADN de la muestra se "inmortaliza" en bibliotecas metagenómicas. Se selecciona un fragmento de ADN y se propaga en microorganismos. Las secuencias de ADN neandertal resultantes pueden secuenciarse o estudiarse secuencias específicas. ^{[ 25 ]}

En general, sus resultados fueron notablemente similares. Un grupo sugirió que había indicios de mezcla entre genomas humanos y neandertales, mientras que el otro no encontró ninguno, pero ambos equipos reconocieron que el conjunto de datos no era lo suficientemente grande como para dar una respuesta definitiva. ^{[ 24 ]}

La publicación de Noonan y su equipo reveló secuencias de ADN neandertal que coinciden con el ADN del chimpancé, pero no con el del ser humano moderno, en múltiples ubicaciones, lo que permitió el primer cálculo preciso de la fecha del ancestro común más reciente de H.  sapiens y H.  neanderthalensis . El equipo de investigación estima que el ancestro común más reciente de sus muestras de H.  neanderthalensis y su secuencia de referencia de H. sapiens  vivió hace 706 000 años (tiempo de divergencia), estimando la separación de las poblaciones ancestrales humanas y neandertales en 370 000  años (tiempo de separación).

Nuestros análisis sugieren que, en promedio, la secuencia genómica neandertal que obtuvimos y la secuencia del genoma humano de referencia comparten un ancestro común más reciente de  hace aproximadamente 706.000 años, y que las poblaciones ancestrales humanas y neandertales se separaron hace aproximadamente 370.000  años, antes del surgimiento de los humanos anatómicamente modernos.

Según el análisis del ADN mitocondrial, se estima que la separación de los linajes neandertal y de Homo sapiens ocurrió hace entre 760.000 y 550.000 años ( IC del 95% ). ^{[ 26 ]}

Se descubrieron mutaciones del gen FOXP2 relacionado con el habla, idénticas a las de los humanos modernos, en el ADN neandertal de los especímenes El Sidrón 1253 y 1351c, ^{[ 27 ]} lo que sugiere que los neandertales podrían haber compartido algunas capacidades lingüísticas básicas con los humanos modernos. ^{[ 9 ]}

• Cro-Magnon – Los primeros humanos anatómicamente modernos de Europa y Asia Occidental. Páginas que muestran breves descripciones de los objetivos de redirección. 
• Extinción de los neandertales
• Cruce entre humanos arcaicos y modernos : la hibridación humana durante el Paleolítico. 

General:

• Mapeo de mezcla genética : cruce entre poblaciones aisladas. Páginas que muestran descripciones breves de los destinos de redireccionamiento. 
• Flujo genético : transferencia de variación genética de una población a otra. 
• Híbrido : descendencia de la reproducción entre especies diferentes. 

• Green, Richard E.; et  al. (2008-08-08). "Secuencia completa del genoma mitocondrial neandertal determinada mediante secuenciación de alto rendimiento" ( PDF) . Cell . 134 (3). Elsevier: 416–26 . doi : 10.1016/j.cell.2008.06.021 . PMC 2602844. PMID 18692465. Archivado del original (PDF) el 17 de diciembre de 2008.  

• "Sitio web del Proyecto Genoma Neandertal"
• Proyecto del genoma neandertal en la Radio Pública Nacional
• "Un modelo de algoritmo genético demuestra que los humanos modernos superaron en competencia a los neandertales". Breve resumen de un artículo revisado por pares (2008).
• "El último de los neandertales" , National Geographic , octubre de 2008.
• MSNBC "Lanzamiento del proyecto del genoma neandertal" 22 de noviembre de 2006.
• BBC News, Paul Rincon, "Secretos del ADN neandertal al descubierto", 15 de noviembre de 2006
• "Bienvenidos a la genómica neandertal" 17 de noviembre de 2006
• "La secuenciación del genoma neandertal arroja resultados sorprendentes y abre una nueva puerta a futuros estudios". Archivado el 10 de marzo de 2009 en Wayback Machine el 15 de noviembre de 2006.