Cuando el biólogo molecular Felipe Mora Bermúdez llega a trabajar con células a su laboratorio en Dresden, Alemania, lleva en mente su razón de investigación y la de otros colegas: si pensamos únicamente en factores biológicos, ¿qué nos hace humanos?, ¿qué nos lleva a seguir aquí cuando nuestros parientes evolutivos más cercanos se extinguieron hace varios miles de años?
Y, precisamente, su último trabajo dio con que sí hay cambios en las células de nuestro cerebro cuando se compara con el de ellos. Esto podría sugerir alguna ventaja evolutiva, por la cual nosotros seguimos aquí y nuestros parientes cercanos se extinguieron, pero todavía no hay forma de comprobarlo y está en estudio.
Estos cambios celulares fueron publicados en julio pasado en la prestigiosa revista Science Advances.
“Dentro de las formas de saber qué nos hace humanos, hay dos ángulos que se complementan. Uno es conocer nuestro propio genoma, que es algo que hacemos desde hace años, pero otra es compararnos con el genoma de otros seres vivientes, en particular los más cercanos a nosotros, es lo que hago yo”, explicó el científico costarricense.
El asunto se complica, porque los más similares a los Homo sapiens, los neandertales y denisovanos, tienen miles de años de no convivir con nosotros. Fósiles y huesos son la forma de hacerlo.
Para ello, Mora y su equipo del Instituto Max Planck de Biología Celular Molecular y Genética, tomaron como base el trabajo del recién laureado premio Nobel de Medicina Svante Pääbo, del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, en Leipzig.
Pääbo se especializó en secuenciar el genoma (analizar gen por gen) de los neandertales. Esa información fue tomada por Mora y su equipo para estudiar los aminoácidos, es decir, los bloques que dan origen a las proteínas y ver si estos motivaban cambios en las células y de qué tipo.
LEA MÁS: Felipe Mora, el tico que trabaja con el Nobel de Medicina
El neocórtex, el sitio donde todo comienza
Dentro de la línea de estudio de Mora y sus colegas hay una parte de nuestro cerebro trascendental para el estudio: el neocórtex o neocorteza, que es, por así decirlo, el área más evolucionada.
Mora evidenció que los únicos seres vivientes que lo tienen somos los mamíferos, está más desarrollado en los primates, más en los simios y todavía más en los humanos.
“Nosotros tenemos un neocórtex muy grande, muy denso con muchísimas neuronas. Es el centro generador de la capacidades cognitivas que nos caracterizan a los humanos. Los otros simios la tienen mucho menos desarrolladas, por eso es bueno ver las diferencias”, ejemplificó el científico.
Una de las maneras de estudio es comparar los cráneos que han podido recuperarse de neandertales con los de humanos, en su tamaño o forma. Sí hay diferencias.
El tamaño total de los neandertales y humanos modernos no es muy diferente, pero en los neandertales es un poco más grande. También hay diferencias en la forma, el de los neandertales es alargado y el nuestro más esférico “pero el tamaño o forma no nos dice nada del funcionamiento del cerebro y si hay diferencias en el comportamiento”, aclaró.
Entonces, ahí es donde, gracias a que ya se tienen secuenciados los genomas de los Homo sapiens y de los neandertales, se pueden buscar otro tipo de diferencias que nos acerquen más a una explicación de cómo somos nosotros y por qué seguimos aquí y ellos no.
Y aquí es precisamente donde entra el trabajo que Mora lideró: ver cuáles cambios cromosómicos tienen que ver con el desarrollo cerebral y el desarrollo de células del cerebro.
LEA MÁS: Nobel de Medicina: ¿cómo entenderlo? Así se descifró el genoma de los neandertales
Estudiar lo más interno de cada célula
El genoma de los neandertales ya daba unas pistas de diferencias con el nuestro. Había 100 aminoácidos muy diferentes. Un aminoácido es, por así decirlo, cada bloque que se utiliza para construir una proteína. La proteína tiene funciones específicas en las células.
A Mora se le invitó a estudiar seis de esos aminoácidos. Y aceptó gustoso.
“Si un aminoácido cambia es posible que la estructura o la función de la proteína cambien. Y esto es importante”, puntualizó.
Estos seis “aminoácidos cambiados” están en tres proteínas: una tiene tres cambios, otra dos y otra un solo cambio. Pero estas no son proteínas cualquiera.
De antemano los investigadores sabían que son proteínas muy presentes en el desarrollo cerebral embrionario, es decir, están muy activas cuando el cerebro está en formación. También, sabían que algo tenían que ver con división celular.
“En particular, lo que nos dimos cuenta es que tienen que ver con la segregación de los cromosomas”, subrayó.
Es decir, cuando la célula se divide (un proceso normal y que se realiza millones de veces en nuestro organismo), los cromosomas también se dividen; son copiados y, cuando la célula está lista, separa los cromosomas en dos grupos para que cada hija tenga los cromosomas necesarios (el número correcto) para su funcionamiento.
Manos a la obra
Con esta información, Mora comparó las divisiones celulares de las células madre cerebrales con los aminoácidos de humanos modernos y luego con variantes neandertales.
¿Cómo lo hizo? La publicación explica que se insertaron en el cerebro de ratones los seis aminoácidos característicos de los humanos modernos. Esto es particularmente importante, ya que el cerebro de estos roedores es idéntico al de los neandertales en esas seis posiciones de aminoácidos.
Bueno, no solo los ratones. Esos seis aminoácidos se ven en roedores, en cetáceos y en otros primates.
“Los seis aminoácidos humanos son específicos nuestros, ocurrieron después de que la rama evolutiva de los humanos modernos se separó de los neandertales, en algún momento en esos 500 o 600.000 años”, destacó Mora.
También, se hizo el proceso inverso, es decir, se colocaron los seis aminoácidos de los neandertales a organoides del cerebro humano. Un organoide es una versión en miniatura de un órgano creado a partir de células en un laboratorio. En este caso, fueron organoides cerebrales elaborados a partir de células madre embrionarias con las variantes “ancestrales” (es decir, neandertales) de los aminoácidos.
Luego de un tiempo, los tejidos de estas células se ponían ante un microscopio, se comparaban y se veía qué pasaba en las células, tanto en las de aminoácidos neandertales como en el de los humanos.
¿Qué encontraron?
El experimento dio resultados. ¿Esos cambios en los aminoácidos se ven reflejados en las células? Sí, y de varias formas.
Por ejemplo, se vio que la metafase, esa parte de la división celular en la que la célula termina de preparar los cromosomas para que se dividan de forma correcta, era más larga en las células con los aminoácidos de humanos; en otras palabras, se tomaba más tiempo.
“A mí se me ocurrió que eso tenía que ver con la fidelidad de esa segregación, es decir, qué tan bien puede la célula separar esos cromosomas y enviarlos correctamente a las células hijas para que cada una tenga el número correcto y completo de cromosomas”, recordó el científico.
Entonces, se puso a comparar cuántos errores había en el modelo neandertal y en el modelo Homo sapiens a la hora de que las células se dividieran. Según comentó, no es normal que se cometan estos errores, pero ninguna está exenta de cometerlos. Dentro de estos errores están el que deje perdido algún cromosoma o que no lo separe bien.
En efecto, con los aminoácidos modernos se cometen menos errores que con los aminoácidos neandertales.
“Con las células cerebrales eso es particularmente importante, porque esas células madre son las que dan origen a todas las neuronas. No está nada mal para el cerebro tener células con menos errores. Uno podría hipotetizar que eso ayuda a que la función cerebral sea mejor”, subrayó.
¿Qué sigue?
Esta investigación logró determinar las diferencias en la división celular, pero no se sabe si hay diferencias en el funcionamiento celular. Ese es precisamente el próximo paso.
Las células madre con las que están trabajando son las células llamadas basales y que generan todas las neuronas del neocórtex y las células madre. Un error en una célula madre podría, en principio, pasarse a todas las células hijas.
La hipótesis de trabajo ahora es saber si hay menos errores y eso contribuyera a una función cerebral mejor o más eficiente. Por ahora eso es mera especulación, el trabajo futuro ayudará a dilucidar.