Las nuevas técnicas de análisis genómicos permiten descubrir cómo eran,
qué comían e incluso qué microbios tenían nuestros antepasados

Reconstruir un dinosaurio completo a partir de unos trocitos
de DNA atrapado en un fósil de ámbar, como nos hicieron creer el Jurassic Park,
es imposible … de momento.

Hasta hace unos pocos años, el DNA antiguo que quedaba
preservado en restos arqueológicos era muy difícil de analizar. Estaba muy
dañado y poca información se podía sacar de él. Sin embargo, hoy en día hay nuevas
técnicas que permiten amplificar, secuenciar y analizar el genoma antiguo y que
están revolucionando nuestro conocimiento sobre la prehistoria de la humanidad.
Muchas veces este trabajo depende de la disponibilidad de muestras apropiadas. No
somos capaces de revivir un dinosaurio, pero veamos tres ejemplos de lo que hoy
en día podemos hacer con el DNA antiguo: ¡vas a alucinar!

Los secretos
escondidos en un “chicle” de la Edad de Piedra

En diciembre de 2019 se publicó en la revista Nature Communications (1) un interesante
trabajo en el que describían cómo había logrado secuenciar el genoma humano completo y el microbioma de la boca de un individuo
que vivió hace 5.700 años, a partir de una goma de resina de abedul. Esta
goma había sido usada como si fuera un chicle y conservaba el DNA de la persona
que lo mascaba y permitió incluso identificar las bacterias de su boca y lo que
había comido antes de masticarlo.

En realidad la muestra era una especie de bola oscura de
brea o resina que se producía al calentar la corteza de abedul, que se usaba
entonces para pegar herramientas de piedra. La presencia de marcas de dientes
sugiere que la sustancia fue masticada, quizás para hacerla más maleable o incluso
para aliviar el dolor. Estaba enterrada bajo una capa de lodo, lo que ha
ayudado a su preservación, y provenía de un yacimiento de la Edad de Piedra en
Saltholm, una isla danesa en el mar Báltico.

Es la primera vez que se extrae un genoma humano antiguo completo de
otro material que no sea un hueso

De esta muestra han podido extraer suficiente DNA humano
como para secuenciar el genoma completo del individuo. Hoy las técnicas de
genómica forense permiten detectar determinados genes o mutaciones que
proporcionan mucha información sobre las características del individuo del que
proviene ese DNA. Así, el análisis de este genoma antiguo ha permitido desvelar
que se trataba de una mujer,
genéticamente vinculada con los cazadores-recolectores de la Europa continental.
Probablemente descendía de una población de colonos que se trasladó desde
Europa occidental, después de que se retiraran de los glaciares. Además, han
podido determinar que tenía la piel
oscura, el cabello castaño oscuro
y los ojos azules. Aunque esto no
está en los genes, los investigadores la han puesto nombre: Lola. Saben incluso
que Lola era intolerante a la lactosa.
En el genoma no encontraron la mutación que permite a la mayor parte de los
humanos modernos beber leche animal sin indigestarse.

Recreación artística del aspecto que pudo tener Lola (Tom Björklund)

Los investigadores también pudieron extraer DNA de los microbios
atrapados en el «chicle». El análisis demostró que la mayoría
pertenecía a microbios beneficiosos de
la microbiota oral humana. Pero también detectaron DNA de algunas bacterias
patógenas como Porphyromonas gingivalis y Treponema
denticola que causan infecciones
en las encías y periodontitis, y el virus Epstein-Barr, uno de los más
comunes y que actualmente infecta al 90% de la población humana adulta. De las
secuencias de DNA que obtuvieron fueron capaces también de reconstruir el genoma completo de Streptococcus
pneumoniae, una bacteria que
puede causar neumonía. Sin embargo, los investigadores afirman que los datos no
permiten saber el estado de salud de Lola.

Pero además, los investigadores hallaron restos de DNA que
no eran ni humanos ni bacterianos: unos eran de origen animal, de un ánade o
pato real; y otros de procedencia vegetal, de avellanas. De ahí, que deduzcan
que Lola debió de comer pato con avellanas poco antes de mascar el “chicle” de
abedul.

Los microbios de los
neandertales

Pero estas técnicas no solo nos permiten conocer la historia
de nuestros antepasados de la Edad de Piedra, sino irnos incluso mucho más
lejos, hasta los neandertales, con los que convivimos durante unos miles de
años. Habitaron Europa y Asia Occidental desde hace aproximadamente 200.000
años, hasta que definitivamente se extinguieron hace unos 28.000 años. Eran
principalmente cazadores y solían vivir en pequeños grupos de unos 15-30
individuos. Convivieron con los Homo
sapiens durante el Pleistoceno y, según los últimos datos genómicos, en
nuestro genoma actual hay restos de DNA neandertal, lo que demuestra que nos
cruzamos, en el sentido sexual de la palabra, en algún momento de la
prehistoria.

Pero los neandertales se extinguieron y solo nos han llegado
hasta nuestros días unos pocos huesos. El registro fósil de los neandertales
está representado por unos 400 individuos. Obviamente de sus microbios no
sabemos nada … o casi nada.

Hace unos pocos años, en 2017, se publicó un trabajo(2) en
el que descubrieron que al estudiar algunos huesos de la dentadura de los neandertales,
en las caries dentales, quedaba preservado DNA microbiano y que su análisis
podría darnos mucha información sobre cómo era la microbiota de nuestros
antepasados. Así que extrajeron el DNA de las caries, y lo secuenciaron. Emplearon
muestras de caries de cinco neandertales,
dos de la cueva de El Sidrón en España, dos belgas y un italiano.

Comprobaron que el 93% de las secuencias eran bacterianas,
el 6% de arqueas y el resto de microorganismos eucariotas y virus. Fueron
capaces de caracterizar hasta 222
especies de bacterias y los grupos bacterianos más frecuentes eran
similares a los que nos podemos encontrar en la placa dental de humanos
modernos: Actinobacterias, Firmicutes, Bacteroidetes, Fusobacterias,
Proteobacterias y Espiroquetas. Obviamente también encontraron secuencias de
bacterias que producen caries y otras enfermedades dentales, como Streptococcus mutans. Un dato
interesante es que fueron incluso capaces de secuenciar el genoma casi completo de una de las bacterias del
neandertal, que han denominado Methanobrevibacter
oralis subsp. neandertalensis, o sea una arquea simbionte que produce
metano encontrada en la boca de un neandertal. Han podido incluso estimar su
antigüedad en unos 48.000 años.

Methanobrevibacter oralis subsp. neandertalensis es el genoma
microbiano más antiguo hasta ahora secuenciado

Además, con los datos del DNA preservado en sus dientes, los
científicos fueron capaces de determinar que la dieta de los neandertales belgas era a base de carne de rinocerontes
lanudos y muflones —un tipo de cabra salvaje europea—, mientras que la de los
españoles era vegetariana, a base de champiñones, musgos y piñones —todavía no
habían inventado ni la cerveza belga ni la paella—. En los dientes de los
neandertales de El Sidrón también han encontrado secuencias de DNA del hongo Penicillium,
que produce antibióticos. Los autores lo han interpretado como que ya nuestros
antepasados se medicaban miles de años antes del descubrimiento de los
antibióticos, pero teniendo en cuenta que la cueva de El Sidrón está en
Asturias, bien pudiera ser que ya comían queso de Cabrales prehistórico (je,
je).

Los investigadores también examinaron la diversidad
microbiana en las muestras de los neandertales en busca de potenciales microorganismos patógenos que fueran un
signo de enfermedad. Encontraron secuencias de un microorganismo eucariota
patógeno —Enterocytozoon bieneusi—
que infecta las células del epitelio intestinal y produce diarreas. Así que se
demuestra que los neandertales… tenían diarrea. También encontraron que la
microbiota neandertal contenía menos bacterias Gram-negativas potencialmente
patógenas, que son más frecuentes en los humanos modernos. Pero sí detectaron
especies potencialmente patógenos como Neisseria
gonorrhoeae, Corynebacterium diphteriae o Bordetella parapertussis, aunque no es posible asegurar si estas
secuencias son en realidad de cepas similares no patógenas. Así que no podemos
afirmar con seguridad que los neandertales padecieran gonorrea, difteria o
tosferina, pero sí que tenían caries y diarrea…, y que producían metano.

El rostro de los
denisovanos en un meñique

Pero quizá lo más alucinante de todas estas técnicas de
análisis de DNA antiguo lo hemos conocido hace unos pocos meses. En septiembre
de 2019 se publicó un artículo (3) en el que mostraban la reconstrucción del aspecto
físico de un tipo de homínido gracias a un novedoso método a partir del
análisis genómico de la falange de un meñique.

El homínido en
cuestión eran un denisovano, un grupo de homínidos cuya historia es
apasionantes. Se trata de unos antepasados nuestros que vivieron en Siberia y
Asia oriental hace más de 50.000 años y que son un misterio para los
científicos. Se descubrieron hace solo una década en las cuevas de
Denísova en los montes Altái de Siberia. De los denisovanos solo se han
encontrado cuatros trocitos fosilizados: una falange de dedo meñique,
tres dientes y una mandíbula inferior. Nada más. Pero a partir de ahí, se ha
podido extraer, secuenciar y analizar el genoma de los denisovanos. Al
contrario de lo que ocurre con el resto de especies humanas que han sido identificadas
gracias a sus fósiles, de los denisovanos todo lo que conocemos lo sabemos a partir
del análisis de su DNA.

Se ha sugerido que este homínido vivió entre hace un millón
de años y 40.000 años, en áreas en las que también vivían neandertales y Homo sapiens. Su origen se encontraría
en una migración de África distinta de las asociadas con humanos modernos y
neandertales. El análisis del DNA indica que debió de existir un ancestro común
entre denisovanos, neandertales y el Homo
sapiens.

Y lo mismo que ocurrió con los neandertales, los denisovanos
también se cruzaron con los sapiens
que vivía en Eurasia en ese momento. No solo eso sino que las pruebas genéticas
demuestran que uno de los restos de denisovanos tiene cromosomas que heredó de
una madre neandertal y de un padre denisovano. Es decir, se trata de un
descendiente híbrido directo de dos “especies” humanas distintas y ahora
extintas.

Parece mentira que todo esto lo sepamos del análisis del DNA
extraído de ​la falange de un meñique
fosilizado. Pero todavía nos queda lo mejor.

Como hemos comentado, en septiembre de 2019 se publicó un
artículo en el que mostraban la
reconstrucción del aspecto físico de un denisovano a partir del análisis
genómico del huesecillo del meñique. Para ello, los investigadores han aplicado
una nueva técnica de
análisis genómico que permite descubrir los patrones de metilación (un tipo
de modificación química del DNA) que se relacionan con la expresión de
determinados genes.

La metilación del DNA te permite saber qué genes están “encendidos” o
“apagados”

Así se ha podido asociar cambios en la actividad de los
genes con cambios anatómicos para predecir así la apariencia física. Se
identificaron un centenar de genes silenciados en los denisovanos que, por el
contrario, sí estaban activos en sapiens y neandertales. Estos datos se
cruzaron con la información recogida en enormes bases de datos de enfermedades
monogénicas (causadas por un único gen) que provocan un determinado desarrollo
morfológico. Tras realizar el estudio genético, pudieron determinar algunas
características anatómicas de nuestros parientes y realizar un diseño de su cabeza y cara mediante programas
informáticos.

Para comprobar la eficacia del método, los investigadores primero demostraron que su técnica era capaz de reconstruir
con precisión la anatomía ya conocida de los neandertales y los chimpancés.
Los resultados fueron comparados con un esqueleto de neandertal y los rasgos
predichos coincidían entre el 85% y el 90%. En el caso de los chimpancés, el
acierto se incrementaba hasta el 92%.

Modelo anatómico de un
denisovano (Fuente: ref 3)

Así, han podido estimar hasta 56 rasgos que caracterizan la fisionomía de los denisovanos, 34 de ellos del
cráneo. Solo once son específicos de los denisovanos, mientras que el resto son
compartidos con neandertales o humanos modernos.

En muchos rasgos se parecían a los neandertales, por
ejemplo, en su frente inclinada, la cara alargada y la pelvis grande. Sin
embargo, en otros rasgos resultan diferentes, como su gran arco dental, su cráneo mucho
más ancho que el nuestro o el de
los neandertales, y el que no tenían mentón. En general, los denisovanos resultaban
ser más altos y fuertes que los neandertales. Este trabajo demuestra que el
estudio de la metilación del DNA puede emplearse para reconstruir
características anatómicas de las que incluso no haya registro fósil.

Así debían ser los denisovanos, según el análisis del DNA de uno de sus meñiques

Estos tres ejemplos, la fisionomía del rostro de los
denisovanos, los microbios que tenían los neandertales o cómo eran nuestro
antepasados de la Edad de Piedra, demuestran de lo que somos capaces de hacer
hoy en día con las técnicas genómicas a partir de un huesecillo de un meñique,
de una caries fosilizada o de un “chicle” de hace miles de años. Lo de Jurassic
Park, ¿seguirá siendo ciencia ficción?

Referencias:

(1) A 5700 Year-Old Human Genome and Oral Microbiome From Chewed Birch Pitch. Jensen, T.Z.T., y col. Nat Commun 2019. 10 (1): 5520.

(2) Neanderthal Behaviour, Diet, and Disease Inferred From Ancient DNA in Dental Calculus. Weyrich, L. S., y col. Nature. 2017. 544
(7650), 357-361.

(3) Reconstructing Denisovan Anatomy Using DNA Methylation Maps. Gokhman, D., y col. Cell. 2019. 79 (1), 180-192.

Lo que da de sí una caries, te lo cuento en este vídeo de la serie “Los microbios en el museo” #microBIOscope:

Los Neandertales son nuestros parientes homínidos más próximos, con los que convivimos durante unos miles de años. Habitaron Europa y Asia occidental desde hace aproximadamente 230.000 años hasta su extinción definitiva hace unos 40.000 años. Eran principalmente cazadores y solían vivir en pequeños grupos de unos 15-30 individuos. Convivieron con los Homo sapiens durante el Pleistoceno y según los últimos datos genómicos en nuestro genoma actual hay “restos” de ADN Neandertal lo que demuestra que nos cruzamos, en el sentido sexual de la palabra, en algún momento de la pre-historia. Pero los Neandertales se extinguieron y sólo nos ha llegado hasta nuestros días unos pocos huesos. El registro fósil de los Neandertales está representado por unos 400 individuos. Obviamente de sus microbios no sabemos nada, … o casi nada.

Al estudiar algunos huesos de la dentadura de los Neandertales los científicos comprobaron que algunos dientes tenían caries y las caries ¡están causadas por bacterias! Así que se les ocurrió extraer el ADN y secuenciarlo, por si el ADN preservado en la caries tenía restos microbianos. Emplearon muestras de caries de cinco Neandertales, dos de la cueva de El Sidrón (Asturias) en España, dos belgas y un italiano. Los resultados demostraron que en las caries dentales queda preservado el ADN microbiano y su análisis puede darnos mucha información sobre cómo era la microbiota de nuestros antepasados.

Comprobaron que el 93% de las secuencias eran bacterianas, el 6% de arqueas, y el resto de microorganismos eucariotas y virus. Fueron capaces de caracterizar hasta 222 especies de bacterias y los grupos bacterianos más frecuentes eran similares a los que nos podemos encontrar en la placa dental de humanos modernos: Actinobacterias, Firmicutes,
Bacteroidetes, Fusobacterias, Proteobacterias y Espiroquetas. Obviamente también encontraron secuencias de bacterias que producen caries y otras enfermedades dentales, como Streptococcus mutans.

Un dato interesante es que fueron incluso capaces de secuenciar el genoma casi completo de una de las bacterias del Neandertal, que han denominado Methanobrevibacter oralis subsp. neandertalensis, o sea una arquea simbionte que produce metano encontrada en la boca de un Neandertal. Han podido incluso estimar su antigüedad en unos 48.000 años. Es, por tanto, el genoma microbiano más antiguo hasta ahora secuenciado.

Methanobrevibacter oralis subsp. neandertalensis (Ref: 1).

No se si te das cuenta de que las técnicas de amplificación, secuenciación y análisis del ADN hoy en día son una herramienta tan potente que podemos conocer hasta la composición bacteriana de la microbiota de la boca de un homínido prehistórico ya extinguido. No solo eso, sino que también podemos incluso llegar a saber qué comían, y eso es un dato importante porque como ya sabemos la dieta influye en la microbiota.

Con los datos del ADN preservado en sus dientes, los científicos fueron capaces de determinar la dieta de los Neandertales: los belgas era a base de carne de rinocerontes lanudos y muflones (un tipo de cabra salvaje europea), mientras que la de los
españoles era vegetariana a base de champiñones, musgos y piñones (todavía no habían inventado ni la cerveza belga ni la paella). En los dientes de los Neandertales de El Sidrón también han encontrado secuencias de ADN del hongo Penicillium,
que produce antibióticos. Los autores lo han interpretado como que ya nuestros antepasado se medicaban miles de años antes del descubrimiento de los antibióticos, pero teniendo en cuenta que la cueva de El Sidrón está en Asturias, bien pudiera ser que ya comían queso de cabrales prehistórico.

Los investigadores también examinaron la diversidad microbiana en las muestras de los Neandertales en busca de potenciales microorganismos patógenos que fueran un signo de enfermedad. Encontraron secuencias de un microorganismo eucariota patógeno (Enterocytozoon bieneusi) que infecta las células del epitelio intestinal y produce diarreas. Así que se demuestra que los Neandertales, … tenían diarrea. También encontraron que la microbiota Neandertal contenía menos bacterias Gram negativas potencialmente patógenas, que son más frecuentes en los humanos modernos. Pero sí detectaron especies potencialmente patógenos como Neisseria gonorrhoeae, Corynebacterium diphteriae o Bordetella parapertussis,
aunque no es posible asegurar si estas secuencias son en realidad de cepas similares no patógenas. Así que no podemos afirmar con seguridad que los Neandertales padecieran gonorrea, difteria o tos ferina, pero sí que tenían caries y diarrea, … y producían metano.

(1) Neanderthal behaviour, diet, and disease inferred from ancient DNA in dental calculus. Weyrich, L.S., y col.
(2017). Nature. 544(7650):357-361.

También te puede interesar:

¿Y si los Neandertales nos contagiaron el virus del papiloma?

¿Influyeron las enfermedades infecciosas en la extinción de los Neandertales?

Los retrovirus ya infectaron a los Neandertales

Los Australopithecus también tenían brucelosis

La evolución conjunta de Mycobacterium tuberculosis y Homo sapiens

Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (antes Ministerio de Economía, Industria y Competitividad)

Se han descrito más de 300 tipos distintos de papilomavirus de los cuales más de 200 se han aislado de humanos. Los papilomavirus humanos (VPH, virus del papiloma humano) infectan las células epiteliales en división y las mucosas. La inmensa mayoría de los humanos sufrimos infecciones a lo largo de nuestra vida, la mayoría de las veces sin notar ningún síntoma. Este balance entre la replicación del virus y nuestra tolerancia inmunológica sugiere que ha habido una larga coexistencia entre el virus y los humanos.

En algunos casos, los VPH pueden causar una infección productiva y formar lesiones benignas como los papilomas o verrugas cutáneas. Existen unos doce tipos de VPH de “alto riesgo” que están asociados algún tipo de cáncer: cuello de útero, vulva, vagina, ano, pene, boca y faringe.  En concreto, los VPH tipo 16 y 18 son los responsables de cerca del 70% de los cánceres de cuello de útero.

Dentro del linaje de VPH del tipo 16 existen a su vez siete variantes: A1-4, B, C y D.  Estas variantes tienen distinto potencial oncogénico y diferente distribución geográfica en la población humana. El
diferente potencial oncológico de las distintas variantes parece depender de la genética de las poblaciones hospedadoras a las que se ha ido adaptando con el tiempo. Esto sugiere que la evolución de estos linajes de VPH16 ha podido estar influida también por una diferente respuesta inmune del hospedador. Ahora, un grupo de investigadores (1), entre los que se encuentra nuestro paisano Ignacio González Bravo del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL), han analizado por primera vez datos genómicos humanos y del virus para deducir el origen, la dispersión y la historia evolutiva del VPH16.

Para ello, han utilizado la mayor colección de secuencias del genoma del VPH16 (118 genomas completos y 1601 secuencias parciales de otros tantos aislamientos). Además, han empleado datos genómicos de 938 individuos de 51 poblaciones humanas de todo el mundo, extraídos de las bases de datos del llamado Proyecto de la Diversidad del Genoma Humano. También han empleado secuencias de los genomas de humanos arcaicos (Neandertales y Denisovanos) disponibles en las bases de datos.

El análisis de las secuencias del VPH16 les ha permitido conocer la distribución geográfica mundial de las distintas variantes del virus. Los linajes VPH16 A son los más agresivos, los más distantes filogenéticamente de los linajes B, C y D, y más frecuentes fuera de África. En concreto, los linajes VPH16 A1-3 están presente en todos los continentes, pero con una baja prevalencia en el África subsahariana. El VPH16 A4 es el linaje más frecuente en el este de Asia, está presente también en América del Norte y ausente en el resto. La variante D también está presente en todos los continentes, con muy baja presencia en África subsahariana y alta frecuencia en América central y sur. Por el contario, las variantes B y C del VPH16 están prácticamente restringidas a África, sobre todo al África
subsahariana, aunque también se observa en América del norte. La diversidad genética del VPH16 es mucho mayor, por tanto, fuera del África subsahariana.

Distribución geográfica de las distintas variantes del VPH16 (1)

Para explicar esta diversidad geográfica de los distintos linajes y poder deducir su evolución, los autores presuponen dos posibles escenarios: que la divergencia de los distintos linajes de VPH16 ocurriera junto con los humanos modernos después la última salida de África de los humanos hace entre 60-120 mil años; o que la divergencia fuera anterior y hubiera una transmisión de virus entre poblaciones humanas arcaicas y modernas.

Diseminación de los humanos modernos

Los análisis filogenéticos y las comparaciones sugieren que hubo una coevolución entre el virus
VPH16 y los humanos, de forma que hubo una divergencia del VPH16 con las poblaciones humanas arcaicas y seguida de eventos de intercambio del virus por transmisión sexual entre poblaciones ancestrales de humanos modernos y arcaicos, que ocurrieron a lo largo de la evolución humana. Recientemente se ha confirmado que hubo intercambio de genes y por tanto contacto sexual entre los Neandertales/Denisovanos y nuestros ancestros modernos, después de la salida de África y la migración por Europa y Asia (se calcula que entre un 2-4% de nuestro genoma es de origen humano ancestral). Por eso, estos autores proponen que además de genes, debió de existir una trasmisión sexual del VPH16, en concreto del linaje A.

La variante A del VPH16 no se originó en los humanos modernos, sino que
es mucho más antigua, y se adquirió por contacto sexual con homínidos
arcaicos (Neandertales y Denisovanos) (1)

El VPH16 existía ya hace unos 460 mil años, antes de la última salida de los humanos de África. El
ancestro del VPH16 ya infectaba a los homínidos arcaicos Neandertales/Denisovanos. La evolución de los genomas de VPH16 en las poblaciones de homínidos que permanecieron en África dieron lugar a los actuales linajes B y C. Conforme los humanos modernos se fueron expandiendo, el
linaje D se extendió por Europa y Asia. Durante esta expansión, los humanos modernos adquirieron el linaje A por contacto sexual con poblaciones de Neandertales y Denisovanos. Este linaje se extendió rápidamente entre la población y acabó siendo dominante en Eurasia y América. Por eso, el linaje A apenas existe en el África subsahariana, ya que se originó una vez fuera del continente africano y los Neandertales/Denisovanos nunca volvieron a él.

No obstante, los autores reconocen ciertas limitaciones y que esta codivergencia entre el virus del papiloma y los humanos no explica al 100% la distribución geográfica de los distintos linajes del VPH16.

Algunas conclusiones que podemos sacar de este estudio:

– la relación entre los virus y el cáncer es algo muy antiguo,

– nuestra historia es también la historia de los virus que nos infectan,

– el sexo con los Neandertales no solo nos dejó algunos genes en nuestro genoma sino también papilomavirus

También te puede interesar:

¿Influyeron las enfermedades infecciosas en la extinción de los Neandertales?

La evolución conjunta de Mycobacterium tuberculosis y Homo sapiens

Los Australopithecus también tenían brucelosis

(1) Transmission Between Archaic and Modern Human Ancestors During the Evolution of the Oncogenic Human Papillomavirus 16. Pimenoff, V. N., et al. Mol Biol
Evol (2016). doi: 10.1093/molbev/msw214

En realidad, poco sabemos de los patógenos que pudieron infectar a los Neandertales en el Pleistoceno. Algunos autores sostienen que las enfermedades infecciosas sólo tuvieron un impacto importante entre los humanos después del desarrollo de la agricultura durante el Holoceno, y que el intercambio de patógenos entre Neandertales y otros homínidos era muy difícil. Se pensaba que la mayoría de los patógenos humanos se adquirieron de los animales domesticados y se originaron por tanto tras el desarrollo de la agricultura y ganadería. Según este modelo, las enfermedades infecciosas empezaron a tener impacto sobre la población humana cuando cambiaron su estilo de vida relacionado con las prácticas agrícolas, el aumento del sedentarismo y de la densidad de población. Esto ocurría ya miles de años después de la extinción de los Neandertales, a los que, según esta teoría, no les afectaron las enfermedades infecciosas. Sin embargo, cada vez hay más evidencia de que muchos patógenos ya estaban presenten en el Pleistoceno y pudieron afectar a los Neandertales, incluso siendo un factor importante en su colapso demográfico relacionado con su extinción.

Nuevos datos de los genomas de los homínidos y de los propios patógenos
están cambiando nuestra idea sobre el papel de las enfermedades infecciosas
sobre los Neandertales.

Hoy en día tenemos nuevas herramientas para estudiar las enfermedades infecciosas en el Pleistoceno. Hasta hace unos pocos años los investigadores solo podían obtener algunos datos sobre las enfermedades infecciosas antiguas estudiando las lesiones que éstas dejaban en los huesos fósiles. Pero ahora, la publicación de los genomas de Neandertales y Denisovanos abre una nueva oportunidad de
estudiar las infecciones que ocurrieron en la antigüedad. Comparando esos genomas con los de humanos modernos se han encontrado secuencias con funciones relacionadas con el sistema inmune y la respuesta a la infección que han persistido a lo largo de la evolución probablemente por proporcionar una ventaja adaptativa en los humanos conforme se dispersaban a nuevos ambientes y se enfrentaban a nuevos patógenos. Se han encontrado secuencias en el genoma de Neandertales que evidencian que hubo interacción entre el huésped y el patógeno. Por ejemplo, el gen RNAsaL para degradar el RNA viral, genes asociados a la respuesta inmune como la interleucina 8 que protege frente a las infecciones, o genes de receptores  Toll-like que juegan un papel importante en la respuesta inmune adaptativa.

Estos datos demuestran que los Neandertales ya tenían inmunidad genética
para ciertas enfermedades infecciosas.

Pero además, hoy tenemos también datos genómicos y filogenéticos de muchos patógenos que nos
permiten adivinar desde cuándo están presentes entre nosotros. Muchos de estos microorganismos patógenos han co-evolucionado con los humanos y nuestros ancestros desde hace miles o millones de años. Antes se pensaba que muchos de estos patógenos eran zoonosis adquiridas de los animales (una zoonosis es una enfermedad infecciosa propia de los animales que accidentalmente pasa al hombre). Pero cada vez hay más datos de que en realidad su origen es el contrario: patógenos de humanos que pasaron a los animales, serían por tanto antroponosis, patógenos humanos que han pasado a los animales durante el desarrollo de las prácticas agrícolas. Por ejemplo, hace años se pensaba que los humanos habíamos adquirido el bacilo de la tuberculosis durante el Neolítico partir del ganado durante la domesticación de los animales, y que, por tanto, Mycobacterium tuberculosis provenía de Mycobacterium bovis. En realidad el origen es el contrario. Los análisis genómicos demuestran que Mycobacterium bovis ha perdido varios genes todavía presentes en Mycobacterium tuberculosis, y que por tanto las especies adaptadas al hombre son anteriores y más antiguas que Mycobacterium bovis y otras micobacterias animales, que surgieron posteriormente. Hoy también sabemos que Brucella divergió hace decenas  de miles de años antes de la aparición del pastoreo y que ha sido endémica de animales silvestres desde hace 80.000-300.000 años. Existen además evidencias de lesiones esqueléticas compatibles con la brucelosis en fósiles de Australopitecus africanus.  La lista de patógenos que ya estaban presentes en el Pleistoceno antes de la introducción de las prácticas de agricultura y pastoreo y de la domesticación de los animales es cada vez mayor: Borrelia, Brucella, Helicobacter pylori, Mycobacterium tuberculosis, Salmonella,
Tularemia, Adenovirus, Coronavirus, Hepatitis A, Herpesvirus, Papilomavirus, Rabdovirus, … Es muy probable que los Neandertales padecieran ya caries dental, infecciones de heridas, enfermedades infecciosas infantiles como la varicela, infecciones gastrointestinales y respiratorias, etc.

Según algunos, este es el aspecto que tendría un Neandertal, vestido con traje. Referencia: Museo Neandertal.

No tenemos una evidencia total de la transmisión de enfermedades infecciosas entre Neandertales y homínidos modernos, pero teniendo en cuenta que coincidieron geográfica y temporalmente, esta hipótesis cada vez es más factible. Hay evidencia de que los humanos adquirimos el virus herpes simple 2 de los chimpancés hace unos 1,6 millones de años, a través de un homínido intermedio. Otro ejemplo es Helicobacter pylori que se estima que las primeras infecciones humanas ocurrieron en África hace
88-116.000 años y que llegaron a Europa hace 52.000 años. Los chimpancés no tienen Helicobacter pylori y algunas tribus africanas, como los pigmeos Baka, no adquirieron este patógeno hasta hace unos pocos cientos de años tras el contacto con otros grupos. Lo mismo podemos pensar que ocurrió entre Neandertales y los homínidos modernos. Hoy sabemos que algunos importantes patógenos humanos, como el HIV y la malaria tienen su origen en primates no humanos. Esto demuestra la habilidad de algunas enfermedades infecciosas de extenderse entre especies distintas de homínidos. Para la población de Neandertales la exposición a estos nuevos patógenos humanos pudo tener un efecto catastrófico. 

La exposición a patógenos africanos a los que los humanos modernos estaban mejor adaptados, pudo influir, al menos en parte, a la  extinción neandertal.

En conclusión: combinando los análisis esqueléticos, arqueológicos y genéticos de humanos modernos y
homínidos extinguidos y datos del genoma de patógenos se sugiere que muchas infecciones fueron anteriores al Neolítico. Muchas enfermedades parasitarias, respiratorias y diarreicas eran ya importantes en el Pleistoceno y bien pudieran afectar a los Neandertales. La transferencia de patógenos entre la población de homínidos, incluyendo la expansión de patógenos desde África, ha podido jugar un papel relevante en la extinción de los Neandertales y ofrece un mecanismo importante para entender la interacción entre homínidos, más allá de los límites de la extracción del DNA de los fósiles. El aumento de la densidad de la población, el sedentarismo y el aumento de las prácticas agrícolas y de pastoreo, pudo cambiar la dinámica epidemiológica de estas enfermedades, que pasaron de los humanos a los animales. Esto facilitaría a su vez la transmisión y aumentaría las tasas de mortalidad.

El Pleistoceno es la primera y más larga época del período del Cuaternario, el último de los períodos geológicos. El Cuaternario se desarrolla desde hace 2,59 millones de años hasta el presente. Es el período cuando apareció el Homo sapiens sobre la Tierra y se extinguieron grandes especies animales y vegetales. Se divide a su vez en dos épocas: el Pleistoceno que se caracteriza por ciclos de glaciaciones y el Holoceno, segunda época del Cuaternario que comenzó hace unos 12.000 años y continúa en la actualidad. Los últimos Australopitecus vivieron durante la primera mitad del Pleistoceno, y el género Homo apareció al comienzo del Pleistoceno hace unos 2,4 millones de años.

También te puede interesar:

– Los Australopithecus también tenían brucelosis

– Evolución conjunta de Mycobacterium tuberculosis y Homo sapiens

– El origen de la tuberculosis en América

Referencia:

Neanderthal genomics suggests a Pleistocene timeframe for the first epidemiologic transition. 2016. Houldcroft, C. J., y col. American Journal of Physical Antrophology. 160 (3):379-388.

La brucelosis es una enfermedad del ganado (ovejas, cabras, vacas, cerdos, …) y una de las zoonosis más extendida, con más de 500.000 casos en humanos cada año. Lo más frecuente es que la brucelosis humana esté causada por la especie Brucella melitensis y que nos infectemos por consumir productos lácteos no pasterizados o por el contacto con animales enfermos. Si no se trata, la brucelosis puede cronificarse y acabar con problemas óseos y articulares (espondilitis), cardiacos e incluso neurológicos.

Recuperan el genoma de la bacteria Brucella melitensis de hace 700 años de antigüedad

Ahora (1), un grupo de investigadores han secuenciado un nódulo calcificado de un esqueleto datado hacia mediados del siglo XIV de un hombre de unos 50 años enterrado en el asentamiento medieval de Geridu, en Italia. Según los historiadores, este asentamiento medieval fue abandonado definitivamente en el año 1.426. El esqueleto presentaba 32 nódulos calcificados en la pelvis. Extrajeron el ADN del interior de uno de los nódulos y lo secuenciaron. La técnica que han empleado se denomina “shotgun metagenomic” que consiste en una secuencia masiva de todo el ADN presente en la muestra.
Descubrieron así secuencias que corresponden al genoma de Brucella melitensis con fragmentos típicos que aparecen en el ADN antiguo, lo que confirma su origen medieval. Además, el análisis de los polimorfismos en un solo nucleótido (single-nucleotide polymorphisms, SNPs) y los patrones de deleciones e inserciones de la secuencia IS711 de Brucella, sugiere que este genoma medieval de Brucella está relacionado con aislamientos italianos recientes de Brucella, en concreto con B. melitensis grupo Ether. Este trabajo demuestra que la brucelosis ha estado presente en la región mediterránea desde hace cientos de años.

Una bacteria que nos ha acompañado a lo largo de nuestra propia evolución

Australopithecus africanus, también denominado Australopithecus  fragilis, es un grupo de homínido fósil deSudáfrica. Los primeros restos fósiles, el cráneo de un niño conocido como “el niño de Taung”, fueron descubierto en 1924. Este grupo abarca desde el Plioceno superior hasta el Pleistoceno inferior, desde menos de 3 millones de años de antigüedad hasta más de 2 millones, aproximadamente. Como otros Australopithecus, tenía una marcha bípeda, aunque aún conservaba costumbres arborícolas. Su peso promedio era de 41 kg para los machos y de 30 kg para las hembras, con una estatura de 1,50 m.

Pero muy probablemente la brucelosis es una enfermedad mucho más antigua. Se han descrito lesiones óseas en esqueletos de la edad de bronce, que podrían ser debidas a una brucelosis. Quizá lo más curioso es el análisis paleopatológico hecho a un esqueleto parcial de un homínido del Plioceno, un adulto Australopithecus africanus de Sudáfrica datado entre 1,5 y 2,8 millones de años de antigüedad. En este trabajo, publicado en 2009 en PLoS ONE (2), sugieren que las lesiones vertebrales (espondilitis deformante) encontrados en este esqueleto no fueron causadas por un trauma, si no por una enfermedad infecciosa, la brucelosis. El análisis macroscópico, microscópico y radiológico de las lesiones de las vertebras lumbares son consistentes con las lesiones que origina una brucelosis no tratada. Sería la primera vez de un posible caso de infección en homínidos primitivos. Los autores sugieren que la fuente de infección podría ser el consumo de carne de
animales infectados: Brucella se ha aislado de animales salvajes africanos como cebras, impalas y distintas especies de antílopes, incluyo primates no humanos. Esta hipótesis de la brucelosis en homínidos de hace más de 2 millones de años tiene importantes implicaciones en la evolución humana, porque sería una evidencia del consumo de carne directamente relacionada con un fósil humano (hasta ahora el consumo de carne se relacionaba con las marcas de cortes que dejan los utensilios en los huesos de animales).

Estos trabajos demuestran que la brucelosis es una enfermedad muy antigua, la secuenciación demuestra que al menos desde le edad media, pero se sugiere quizá llevemos sufriendo la brucelosis, las fiebres de Malta, desde antes de ser Homo sapiens!

(1) Recovery of a medieval Brucella melitensis genome using shotgun metagenomics. Kay GL, et al. MBio. 2014. 5(4):e01337-14. doi: 10.1128/mBio.01337-14.

(2) Possible brucellosis in an early hominin skeleton from sterkfontein, South Africa. D’Anastasio R, et al. PLoS One. 2009. 4(7):e6439. doi: 10.1371/journal.pone.0006439.

Se calcula que los Neandertales y los humanos modernos llegamos a convivir durante más de 10.000 años en Europa y que hace unos 30.000 años desaparecieron definitivamente.

Los humanos modernos (Homo sapiens) compartimos un ancestro común con otros dos tipos de homínidos arcaicos, los Neandertales y los Denisovanos, de hace unos 800.000 años. La población que dio lugar a los homínidos modernos (o sea a nosotros los Homo sapiens) se separó de Neandertales y Denisovanos hace unos 400.000 años.  El año pasado se publicaron las secuencias de los genomas de estos dos homínidos arcaicos, a partir del ADN de sus fósiles.

Ahora un grupo de investigadores las han analizado para buscar secuencias de retrovirus endógenos.  Han identificado muchas secuencias de retrovirus en los genomas de ambos homínidos que también están
presentes en los humanos modernos y que, por tanto, se formaron en el ancestro común a los tres linajes: Homo sapiens, Neandertales y Denisovanos. Sin embargo, encontraron 14 secuencias de retrovirus exclusivas de estos homínidos arcaicos, que no aparecen en los humanos modernos. Algunos de estos retrovirus aparecen en ambos, en Neandertales y Denisovanos, lo que es consistente con la hipótesis de que estos homínidos arcaicos compartieron un ancestro común mas reciente que el que compartían con el linaje de los humanos modernos. Además, la existencia de retrovirus endógenos que aparecen en Denisovanos y no en Neandertales, confirma también la hipótesis de que ambos linajes se separaron hace miles de años y permanecieron distintos. 

Aunque son necesarios análisis más precisos de los genomas de estos antepasados nuestros, esta investigación demuestra que los retrovirus infectaron las líneas germinales de estos homínidos ancestrales después incluso de haberse separado del linaje que dio lugar a los humanos modernos.  Estos estudios demuestran también que este tipo de análisis puede ayudar a discernir los procesos o etapas de nuestra propia evolución.

Neandertal and Denisovan retroviruses. Agoni, L., et al. Current Biology, Volume 22, Issue 11, R437-R438, 5 June 2012 doi:10.1016/j.cub.2012.04.049