Utilizar restos prehistóricos para reconstruir sus moléculas al estilo de las fantasías de ciencia ficción e sposible y puede usarse con fines terapéuticos. En esta ocasión la especies extinguidas que se tratan de revivir tienen el tañamo molecular y están alojadas en una pieza dental de una mujer cántabra de hace cientos de miles de años.
Científicos de la Universidad de Nuevo Mexico están avanzando en la reconstrucción del genoma antiguo y la biotecnología revelando los ricos secretos moleculares de los microorganismos paleolíticos.
En un estudio transdisciplinario, los científicos están reconstruyendo productos naturales microbianos de hasta 100.000 años de antigüedad utilizando cálculos dentales de humanos y neandertales. Las nuevas técnicas de reconstrucción de genomas bacterianos encerrados dentro del cálculo dental, también conocido como sarro dental, de los neandertales y las primeras formas de humanos anatómicamente modernos podrían conducir al descubrimiento de nuevos antibióticos, según un nuevo estudio.
Entre los cálculos dentales utilizados en la investigación se encontraba el de la Dama Roja de la Cueva de El Mirón en España. La Dama Roja fue encontrada en 2010 durante las excavaciones por el Profesor Distinguido Emérito Leslie Spier de la Universidad de Nuevo México Lawrence Straus y David Cuenca, quien ahora es profesor en la Universidad de Cantabria en España.
La mujer, posiblemente una de estatus especial en un grupo de cazadores-recolectores, murió hace unos 19.000 años y fue enterrada en la cueva de El Mirón, en el norte de España.
Quien tiene una mandíbula tiene un tesoro
En 1996, los arqueólogos comenzaron a explorar la cueva y encontraron abundante evidencia de personas prehistóricas. En 2010, Straus y el entonces estudiante David Cuenca encontraron los restos de la mujer, incluida su mandíbula, después de que Straus tuviera lo que describió como "una corazonada" para excavar en un área detrás de un bloque grabado en la parte posterior del enorme vestíbulo de la cueva.
La edad de la mujer prehistórica se estima en 35-40 años al momento de su muerte y sus huesos estaban recubiertos de ocre, un pigmento rojo de óxido de hierro, lo que llevó a Straus a nombrarla la Dama Roja de El Mirón. Desde ese hallazgo, la Dama Roja ha seguido ofreciendo un torrente de información y datos a arqueólogos y bioantropólogos.
En un nuevo estudio publicado en Science , un equipo de investigadores reconstruyó genomas bacterianos de bacterias previamente desconocidas que datan del Pleistoceno. Usando sus planos genéticos, construyeron una plataforma de biotecnología para revivir los productos naturales de las bacterias antiguas.
La técnica podría usarse eventualmente para encontrar nuevos antibióticos
Los microbios son los mejores químicos de la naturaleza, y entre sus creaciones se encuentran muchos de los antibióticos y otras drogas terapéuticas del mundo. La producción de estos complicados productos químicos naturales no es sencilla, y para hacerlo, las bacterias dependen de tipos especializados de genes que codifican maquinaria enzimática capaz de producir tales productos químicos. En la actualidad, el estudio científico de los productos naturales microbianos se limita en gran medida a las bacterias vivas, pero dado que las bacterias han habitado la tierra durante más de 3 mil millones de años, existe una enorme diversidad de productos naturales del pasado con potencial terapéutico que aún desconocemos. .
Un rompecabezas de mil millones de piezas
Cuando un organismo muere, su ADN se degrada rápidamente y se fragmenta en multitud de pequeños fragmentos. Los científicos pueden identificar algunos de estos fragmentos de ADN comparándolos con las bases de datos, pero durante años los arqueólogos microbianos han sabido que la mayoría del ADN antiguo no se puede comparar con nada de lo que se conoce hoy. Este problema ha preocupado a los científicos durante mucho tiempo, pero los avances recientes en la informática ahora hacen posible volver a unir los fragmentos de ADN, como las piezas de un rompecabezas, para reconstruir genes y genomas desconocidos.
El único problema es que no funciona muy bien en ADN antiguo muy degradado y extremadamente corto del Pleistoceno.
Alexander Hübner, investigador postdoctoral en el Instituto Max Planck y coautor principal del estudio afirma que tuvieron que repensar completamente nuestro enfoque. Tres años de pruebas y optimización más tarde, Hübner dijo que lograron un gran avance, logrando largos tramos de ADN reconstruido y la recuperación de una amplia gama de genes y genomas antiguos, y agregó: "Ahora podemos comenzar con miles de millones de fragmentos de ADN antiguos desconocidos y sistemáticamente ordenarlos en genomas bacterianos perdidos hace mucho tiempo de la Edad de Hielo”.
Explorando el paleolítico microbiano del sarro dental
El equipo se centró en la reconstrucción de genomas bacterianos encerrados en el cálculo dental, también conocido como sarro dental de 12 neandertales que datan de ca. Hace 102,000–40,000 años, 34 humanos arqueológicos que datan de ca. Hace 30.000–150 años y 18 humanos actuales. El sarro dental es la única parte del cuerpo que se fosiliza rutinariamente durante la vida, convirtiendo la placa dental viva en un cementerio de bacterias mineralizadas.
Los investigadores reconstruyeron numerosas especies de bacterias orales, así como otras especies más exóticas cuyos genomas no habían sido descritos antes.
Entre ellos se encontraba un miembro desconocido de Chlorobium , cuyo ADN altamente dañado mostraba las características de una edad avanzada, y que se encontró en el cálculo dental de siete humanos paleolíticos y neandertales. Se encontró que los siete genomas de Chlorobium contenían un grupo de genes biosintéticos de función desconocida.
“El cálculo dental de la Dama Roja Magdaleniense de la Cueva de El Mirón, de 18.800 años de antigüedad, arrojó un genoma de Chlorobium particularmente bien conservado ”, dijo Anan Ibrahim, investigadora postdoctoral en el Instituto Leibniz y coautora principal del estudio. "Después de haber descubierto estos enigmáticos genes antiguos, queríamos llevarlos al laboratorio para descubrir qué hacen".
Básicamente, explicó Straus, "el cemento dental de la Dama Roja era extremadamente rico, más rico que cualquier otro individuo en la muestra de neandertales y primeros Homo sapiens sapiens del Paleolítico superior, en esta bacteria y parece haberse extinguido después de la época de la Miron Red Lady al final de la Edad de Hielo.
El equipo utilizó las herramientas de la biotecnología molecular sintética para permitir que las bacterias vivas produjeran las sustancias químicas codificadas por los genes antiguos. Esta fue la primera vez que este enfoque se aplicó con éxito a bacterias antiguas y dio como resultado el descubrimiento de una nueva familia de productos naturales microbianos que los investigadores denominaron "paleofuranos".
El éxito del estudio es el resultado directo de una ambiciosa colaboración entre arqueólogos, bioinformáticos, biólogos moleculares y químicos para superar las barreras tecnológicas y disciplinarias y abrir nuevos caminos científicos.
“Al trabajar en colaboración, pudimos desarrollar las tecnologías necesarias para recrear moléculas producidas hace cien mil años”, dijo Warriner, coautor principal del estudio y profesor asociado de Antropología en la Universidad de Harvard. Warriner fue profesor distinguido del Journal of Anthropological Research en la UNM en 2022 a quien Straus le había sugerido en 2016 el posible estudio genético del cálculo Red Lady. Mirando hacia el futuro, el equipo espera utilizar la técnica para encontrar nuevos antibióticos.
Los científicos están dirigidos por Pierre Stallforth de la Universidad Friedrich Schiller y el Instituto Leibniz de Investigación de Productos Naturales y Biología de Infecciones en Alemania, y Christina Warinner de la Universidad de Harvard y el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, también en Alemania.
Fuente: The University of New Mexico
Imagen: Wikimedia
