Herencia neandertal en humanos modernos

Los encuentros cercanos que tuvimos con nuestros parientes extintos hace ya más de 50,000 años han dejado una huella en nuestro genoma, que sigue teniendo influencia en nuestra forma de adaptarnos al medio ambiente, incluyendo la exposición a ciertos patógenos.

Los encuentros sexuales que se suscitaron entre humanos modernos y neandertales dejaron huella en nuestro genoma, a través de lo que se conoce como introgresión (introducción de material genético de una especie a otra a través de hibridación). En este caso, hablamos de introgresión arcaica por tratarse de una especie arcaica extinta

Los neandertales fueron una subespecie de homininos similares a los humanos modernos, que habitaron Europa y Asia hace aproximadamente 400 mil a 300 mil años1, hasta hace alrededor de 40 mil a 28 mil años.

Las particularidades de esta subespecie de hominino comenzaron a conocerse a partir del registro fósil. Al estudiar su morfología, los antropólogos los clasificaron como una especie distinta a los humanos modernos tomando en cuenta características de su cráneo, mandíbula y esqueleto, las cuales eran diferentes a las que se observan en humanos actuales1.

El modelo “Out-of-Africa” propone que los humanos modernos, al salir de África y poblar otras regiones del mundo, se encontraron a su paso con otras especies de homínidos, como los neandertales, con quienes se estima que pudieron haber coexistido en Europa y Asia durante un lapso de 30,000 años2.

Al tratarse de una subespecie tan similar a los humanos anatómicamente modernos, no era extraño suponer que, como resultado de su coexistencia se daría el intercambio genético entre ellos. Sin embargo, hasta hace poco más de dos décadas no se contaba con evidencia precisa sobre esto había ocurrido. En 1997, al emplear técnicas desarrolladas para el estudio de ADN antiguo, investigadores obtuvieron la primera secuencia genética de un neandertal basada en una pequeña región de ADN mitocondrial, que, al ser comparada con la de los humanos modernos, reveló que efectivamente se trataba de dos especies diferentes, que se habían separado hace ~500,000 años3. Pero más adelante, con los avances en las técnicas de recuperación de ADN antiguo y de secuenciación genética, fue posible obtener el primer borrador del genoma del neandertal4 y, posteriormente, secuenciar genomas individuales de varios neandertales5–7.

Los encuentros cercanos que tuvimos con nuestros parientes extintos hace ya más de 50,000 años han dejado una huella en nuestro genoma, que sigue teniendo influencia en nuestra forma de adaptarnos al medio ambiente, incluyendo la exposición a ciertos patógenos

El estudio de estos genomas de neandertales ha permitido conocer aspectos interesantes acerca de su biología y su historia poblacional5–8. Pero eso no es todo: la historia de los neandertales también nos ha permitido conocer más acerca de nuestra historia como humanos modernos.

Los encuentros sexuales que se suscitaron entre humanos modernos y neandertales dejaron huella en nuestro genoma, a través de lo que se conoce como introgresión (introducción de material genético de una especie a otra a través de hibridación). En este caso, hablamos de introgresión arcaica por tratarse de una especie arcaica extinta2,9.

A través de la comparación entre los genomas de humanos modernos y neandertales se ha descubierto que una pequeña parte de nuestro genoma es de origen neandertal: aproximadamente 1.5-2.1% en poblaciones actuales no-africanas y 0-0.3% en poblaciones actuales africanas 9,11.

Se ha teorizado que una de las razones por las que este porcentaje es bajo está relacionada con la incompatibilidad genética entre ambas especies. En el genoma de humanos modernos existen amplias regiones que no tienen huella de genes neandertales. Estas regiones tienen funciones muy importantes y es probable que las variantes de origen neandertal se hayan eliminado a través de selección negativa10.

Por otro lado, algunos de los segmentos genéticos que adquirimos de los neandertales (y que sí permanecieron en nuestro genoma), pudieron haber ayudado a nuestros antepasados a adaptarse más rápidamente a las condiciones de un ambiente diferente al del continente africano; un fenómeno que se conoce como introgresión arcaica adaptativa9.

Hasta el momento, se han identificado algunas variantes posiblemente benéficas que heredamos de los neandertales, las cuales están relacionadas con: 1) la formación de filamentos de queratina, lo cual pudo haber facilitado la adaptación de la piel y el vello a las nuevas condiciones ambientales; 2) metabolismo de la galactosa; 3) metabolismo de ácido linoleico10; 4) respuesta celular a rayos ultravioleta-B12; y, finalmente, 4) proteínas que interaccionan con virus de ARN, que pudieron haber conferido resistencia a los patógenos  virales frente a los cuales ya estaban ‘adaptados’ los neandertales13.

Sin embargo, también existen otras variantes genéticas heredadas de los neandertales, que podrían estar relacionadas con un mayor riesgo de padecer ciertas enfermedades, tales como lupus, cirrosis biliar, enfermedad de Crohn y diabetes tipo 2, entre otras10.

Es importante destacar que el hecho de que una variante se asuma como benéfica, neutral o deletérea, no depende por completo de las variantes genéticas, sino en gran medida de nuestra interacción con el ambiente

A mediados del presente año, en respuesta a la pandemia por el virus SARS-CoV-2, se realizó un estudio que analizó los genomas (8,582,968 SNPs) de 1610 pacientes de Covid-19 con falla respiratoria de Italia y España y 2205 controles negativos. El estudio reveló que en el cromosoma 3 existe un conjunto de genes que pueden estar asociados a un mayor riesgo de padecer falla respiratoria durante una infección por SARS-CoV-214. Tras este hallazgo, los investigadores Hugo Zeberg y Svante Pääbo compararon el conjunto de variantes (haplotipo) asociadas a un mayor riesgo de falla respiratoria contra el haplotipo que se encuentran en humanos arcaicos para identificar si éste había sido transferido a los humanos modernos mediante introgresión arcaica. Los científicos concluyeron que el haplotipo de mayor riesgo de falla respiratoria se transfirió a los humanos modernos debido a su contacto con los neandertales. Los muestreos revelan que la frecuencia de este haplotipo es de 30% en poblaciones del sur de Asia, 8% en Europa, 4% en americanos ‘mestizos’ y ~0% en África15.

En conjunto, estos hallazgos nos permiten ver que aún hay mucho por conocer acerca de la variación genética que hemos heredado a través de los miles de años de evolución de nuestra especie. Es importante destacar que el hecho de que una variante se asuma como benéfica, neutral o deletérea, no depende por completo de las variantes genéticas, sino en gran medida de nuestra interacción con el ambiente.

Referencias:

  1. Green, R. E. et al. Analysis of one million base pairs of Neanderthal DNA. Nature 444, 330–336 (2006).
  2. Villanea, F. A. & Schraiber, J. G. Multiple episodes of interbreeding between Neanderthal and modern humans. Nat. Ecol. Evol. 3, 39–44 (2019).
  3. Krings, M., Stone, A., Schmitz, R. W., Krainitzki, H. & Stoneking, M. Neandertal DNA Sequences and the Origin of Modern Humans. Cell 90(1), 19–30 (1997).
  4. Green, R. E. et al. A Draft Sequence of the Neandertal Genome. Science 328, 710–722 (2010).
  5. Prüfer, K. et al. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains. Nature 505, 43–49 (2014).
  6. Prüfer, K. et al. A high-coverage Neandertal genome from Vindija Cave in Croatia. Science 358, 655–658 (2017).
  7. Mafessoni, F. et al. A high-coverage Neandertal genome from Chagyrskaya Cave. Proc. Natl. Acad. Sci. 117, 15132–15136 (2020).
  8. Fabre, V., Condemi, S. & Degioanni, A. Genetic Evidence of Geographical Groups among Neanderthals. PLoS ONE 4, e5151 (2009).
  9. Racimo, F., Sankararaman, S., Nielsen, R. & Huerta-Sánchez, E. Evidence for archaic adaptive introgression in humans. Nat. Rev. Genet. 16, 359–371 (2015).
  10. Sankararaman, S. et al. The genomic landscape of Neanderthal ancestry in present-day humans. Nature 507, 354–357 (2014).
  11. 1.Chen, L., Wolf, A. B., Fu, W., Li, L. & Akey, J. M. Identifying and Interpreting Apparent Neanderthal Ancestry in African Individuals. Cell 180, 677-687.e16 (2020).
  12. Ding, Q., Hu, Y., Xu, S., Wang, J. & Jin, L. Neanderthal Introgression at Chromosome 3p21.31 Was Under Positive Natural Selection in East Asians. Mol. Biol. Evol. 31, 683–695 (2014).
  13. Enard, D. & Petrov, D. A. Evidence that RNA Viruses Drove Adaptive Introgression between Neanderthals and Modern Humans. Cell 175, 360-371.e13 (2018).
  14. Ellinghaus, D. et al. Genomewide Association Study of Severe Covid-19 with Respiratory Failure. N. Engl. J. Med. NEJMoa2020283 (2020) doi:10.1056/NEJMoa2020283.
  15. Zeberg, H. & Pääbo, S. The major genetic risk factor for severe COVID-19 is inherited from Neandertals. http://biorxiv.org/lookup/doi/10.1101/2020.07.03.186296 (2020) doi:10.1101/2020.07.03.186296.
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