La liofilización convirtió el ADN de un mamut lanudo en 'cromovídrio' en 3-D

El jerky de res y algunos mamuts lanudos tienen al menos una cosa en común: la desecación convierte su ADN en un vidrio súper resistente.

Este ADN vidrioso es tan estable que preservó la estructura tridimensional de los cromosomas en un mamut lanudo durante 52,000 años, informan los investigadores el 11 de julio en Cell. El hallazgo proporcionó a los investigadores una visión sin precedentes del libro de instrucciones genético del animal extinto, o genoma, incluso revelando genes que estaban activados y desactivados antes de que muriera el mamut, dice la genómica y neurocientífica Cynthia Pérez Estrada. Si se pueden encontrar otras muestras bien conservadas, los vistazos a la actividad génica pueden ayudar a los científicos a comprender cómo funcionaban los organismos extintos, no solo cómo lucían.

La detallada investigación del genoma del mamut fue posible después de que un equipo internacional de científicos descubriera cómo adaptar una técnica llamada Hi-C para examinar ADN antiguo.

“Conocía Hi-C desde hace un tiempo. Simplemente nunca pude pensar en una forma de aplicarlo al ADN antiguo”, dice Christina Warinner, una arqueóloga biomolecular de la Universidad de Harvard que no participó en el estudio.

Esto se debe a que el ADN se descompone con el tiempo. Era difícil imaginar que los diminutos fragmentos de ADN antiguo pudieran retener la forma de los cromosomas, dice Warinner. Y Hi-C, que se usa para observar la estructura 3D de metros de ADN empaquetado en el núcleo de una célula, generalmente requiere muestras frescas e intactas.

Incluso los colegas de Pérez Estrada, que trabajan en la estructura tridimensional del ADN en el Baylor College of Medicine en Houston, no estaban convencidos de que tales técnicas funcionaran en muestras degradadas. Pérez Estrada pensó que podría funcionar, así que probó Hi-C en huesos de pavo sobrantes después de la cena de Acción de Gracias, en tejido de un ratón atropellado que encontró en su camino al trabajo y en un trozo de cuero de su bolso.

“Todos esos experimentos fueron fascinantes, porque realmente mostraron que la estructura del ADN es bastante resistente”, dice. “Y a pesar de la cocción, y a pesar del sol y el medio ambiente, cuando se trata del ratón, la estructura del ADN seguía estando allí.”

Pero no sabía si la estructura podría mantenerse durante miles de años. Así que se asoció con Marcela Sandoval-Velasco, entonces en la Universidad de Copenhague. Sandoval-Velasco había estado trabajando con ADN antiguo durante años y estaba interesada en sondear estructuras 3D. Ella trajo “un bolso lleno de maravillas” — especímenes de museo de hormigas, abejas, celacantos, peces, reptiles, aves y animales — a Houston para realizar pruebas, dice Pérez Estrada. Y Pérez Estrada visitó Copenhague, donde los investigadores sondearon cráneos de oso polar antiguos y un lobo momificado.

Los experimentos a menudo fallaron. El método Hi-C utilizado en muestras frescas no funcionaría para muestras antiguas, por lo que tuvieron que inventar una nueva versión — que llamaron PaleoHi-C. Esa es la investigación, dice Sandoval-Velasco, quien ahora está en la Universidad Nacional Autónoma de México en Cuernavaca. “Es lento. Es iterativo. Está lleno de fracasos, y se trata de no rendirse”. El trabajo en equipo también ayuda, dice. Más de 50 científicos con diferentes áreas de especialización se unieron para el estudio.

Después de años de éxitos parciales y fallas, el equipo obtuvo acceso a la piel de la cabeza de un mamut lanudo que murió en Siberia hace unos 52,000 años. El mamut fue liofilizado y conservado en permafrost.

La desecación rápida había bloqueado el ADN antiguo en un estado molecular ajustado similar al del vidrio, llamado cromovidrio. Los genetistas y un equipo de físicos teóricos dedujeron que la estructura de cromovidrio evitaba que las piezas de ADN se separaran unas de otras.

En experimentos no convencionales con jerky de res hecho en laboratorio, el equipo descubrió que el ADN vidrioso puede permanecer estable durante al menos un año a temperatura ambiente y resistir insultos variados, incluido ser calentado en microondas, atropellado por un coche, golpeado con una pelota rápida y disparado con una escopeta.

El ADN vidrioso del mamut mantenía sus cromosomas en su lugar. Por primera vez, los investigadores pudieron contar la cantidad de cromosomas que tiene un mamut — 28 pares, al igual que los elefantes, dijo Erez Lieberman Aiden, un genetista en el Baylor College of Medicine, durante una conferencia de prensa en julio. Los mamuts también tienen la misma estructura básica de cromosomas que los elefantes.

Los cromosomas metidos en el núcleo se asemejan a un ovillo de lana luego de haber jugado con él un gato. La apariencia enredada disimula la estructura cuidadosamente orquestada en su interior.

Los genes que están activados se mueven a un compartimento subcelular como bailarines que ocupan la pista, mientras que los genes que serán desactivados quedan relegados al estatus de flor en la pared en otro compartimento. Al examinar los compartimentos, los investigadores encontraron 425 genes que estaban activos en los mamuts pero no en los elefantes y 395 genes activados en los elefantes pero no en los mamuts.