Estudian el funcionamiento del ADN neandertal mediante el cultivo de organoides

Una niña mira una recreación de un neandertal en el Museo del Neandertal, en Alemania. 

Los neandertales dejaron un legado genético en nuestra especie tras años de convivencia con los humanos modernos. El estudio de cómo se materializa esta arcaica influencia  inicia una interesante aproximación de la mano de cultivos celulares y de réplicas en miniatura de órganos humanos, según presenta hoy un estudio en la revista Stem Cell Reports. Los organoides pueden permitir a los investigadores observar el efecto del ADN neandertal durante su desarrollo y hacerlo en un entorno controlado de laboratorio.

El 2% del genoma humano que representa la carga genética neandertal se traduce en variaciones de características físicas como el color del pelo o la forma de la cabeza y también en otras características con mayores implicaciones para la salud como el metabolismo de las grasas, la coagulación de la sangre o la respuesta del sistema inmune. Pero estas asociaciones se han observado en personas o en tejidos, donde la posibilidad de experimentación para establecer relaciones funcionales resulta bastante escasa.

Carga genética

“El uso de cultivos celulares para estudiar las funciones del ADN humano arcaico es un enfoque sin explotar, pero muy interesante”, dice en un comunicado Gray Camp (izquierda), del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva (Alemania) y la Universidad de Basilea (Suiza), quien ha dirigido el equipo de la investigación. “Nadie ha podido ver el papel que juega el ADN neandertal durante el desarrollo humano”.

El equipo empleó células madre procedentes de la base de datos Human Induced Pluripotent Stem Cells Initiative (HipSci), un consorcio internacional que proporciona datos y cultivos para la investigación. El grupo analizó el genoma de 173 donantes de células madre con las que se llevaron a cabo los cultivos que ellos emplearon como muestra con el fin de conocer la proporción de ADN neandertal presente. Identificaron que del 40% de la información genética de estos antiguos homínidos que sobrevive en nosotros, los cultivos celulares representaban el 20%.

"Estas son células humanas, no son células de neandertal, sino células humanas que tienen ADN de neandertal  dentro de ellas", dice Camp. "Esto es totalmente diferente al Parque Jurásico. Se trata más de estudiar el mecanismo que tratar de recrear algo (que ya no existe)".
Se ha demostrado que las neuronas en los organoides cerebrales cultivados en laboratorio, a veces llamados mini cerebros, hacen conexiones y generan cierta actividad eléctrica, pero aún no se acercan a un cerebro humano adulto real. En el futuro, otros tejidos de partes del cuerpo podrían ser cultivados y estudiados de esta manera para ver cómo los rasgos neandertales podrían haber dado forma a los nuestros, dijo Camp. Por ejemplo, los genes de neandertal en las células madre que están vinculados con el color del cabello y la piel podrían usarse para explorar estos rasgos, dado que ya es posible generar organoides de la piel de los que brotan cabellos. Del mismo modo, podría usarse para crear organoides intestinales para observar cómo los conjuntos de enzimas procesan los alimentos, dando información sobre la dieta de los neandertales.
Organoides cerebrales del tamaño de un guisante a los 10 meses de edad. (Muotri Lab/UCTV)

Gracias al análisis genético de esta proporción neandertal se pudo establecer una base de datos para cada cultivo celular, información que relacionaron con la variabilidad de fenotipos -características que configuran los genes- correspondientes. Los investigadores han recopilado la información en una web para sea fácilmente accesible de cara a futuras investigaciones.

Esta clasificación ya resulta útil en sí misma, pero los investigadores dieron un paso más. Aquí entran en juego los organoides. Los cultivos celulares son un modelo útil en investigación, aunque resulta aún bastante lejano de lo que puede ser un tejido real. Pero la bioingeniería ha logrado que las células se autoorganicen para dar lugar a mini órganos que permiten estudiar los procesos de desarrollo en un entorno controlado de laboratorio. Así pues, posibilitan descifrar la interacción entre los genes y la formación de tejidos.

Con este fin, el grupo de investigadores se sirvió de cuatro cultivos celulares de la base de datos HipSci para generar minicerebros. “Un par de estudios han demostrado que el ADN neandertal está muy asociado con rasgos neurológicos y de comportamiento. La capacidad de modelar la base molecular de estos efectos en los sistemas organoides es lo que hizo que este órgano en particular fuera muy interesante”, explica por correo electrónico el primer autor del estudio Michael Dannemann  (izquierda), también del Instituto Max Planck.


Luego analizaron el ARN de cada cultivo, es decir, la transcripción que realizan los genes para poder expresarse y dar lugar a la característica que se encargan de programar. Así pues, tras analizar los genes concretos de los neandertales, el equipo observó cómo hacían su trabajo durante el proceso de su desarrollo.

La investigación muestra que los organoides sirven como una herramienta que permite controlar experimentalmente los efectos del ADN neandertal en los tejidos humanos al basarse en cultivos celulares que pueden diseñarse a la carta en función de los genes de interés.

El cultivo de células en el laboratorio también podra´servir para analizar la influencia genética de otras poblaciones como los denisovanos (Maayan Harel).

El equipo planea incrementar la información genética estudiada de estos antiguos homínidos y analizar mejor las relaciones con las variaciones en los fenotipos actuales. La influencia de otras poblaciones, como lo denisovanos,  también podrán analizarse de esta manera.

Sin embargo, dadas las variaciones técnicas en el cultivo de estas células, el desarrollo de esta técnica puede demorarse al menos un par de años en producir datos interesantes, dijo Camp.
"Es complicado hacer estos experimentos correctamente, porque uno no espera que haya grandes diferencias: después de todo, los neandertales y los humanos eran muy similares. Además, estos sistemas de cultivo aún no son óptimos", dijo.
Fuentes: lavanguradia.com | edicion.cnn.com| 18 de junio de 2020

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