El genoma del pollo (Gallus gallus) ha empezado a mostrar sus secretos. 170 científicos pertenecientes a 49 instituciones científicas firman hoy en la revista Nature el patrón genético de la primera ave secuenciada hasta la fecha. Roderic Guigó, del Grupo de Investigación en Informática Biomédica de Barcelona (GRIB), lidera el único equipo de científicos españoles que ha participado de este consorcio internacional.
El GRIB está integrado por investigadores del Instituto Municipal de Investigación Médica (IMIM) de Barcelona, de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), y del Centro de Regulación Genómica (CRG). Este grupo, encabezado por Guigó, se ha especializado en los últimos años en el desarrollo de software avanzado para la predicción de genes y el análisis comparativo de genomas.Anteriormente, este mismo grupo había participado en la predicción genómica de la rata y el ratón, además de dibujar, gracias a otro programa informático, el borrador del genoma humano obtenido por la empresa Celera Genomics. La obtención del genoma del pollo, señala Guigó, permitirá profundizar en el conocimiento de una especie empleada habitualmente como modelo en genética y embriología, así como en estudios evolutivos. Asimismo, abre las puertas a una todavía lejana explotación de resultados con fines comerciales.
Nuestra investigación se centra en el desarrollo de métodos para la predicción de genes. Desde hace tiempo se sabe que en el genoma de cualquier organismo sólo una pequeña proporción es codificante, es decir, contiene los genes que darán lugar a proteínas. Localizarlos e identificarlos es fundamental para avanzar en el conocimiento del código genético de cualquier especie.
Esta es sólo una de las tareas. Posteriormente empezamos a investigar como la comparación de genomas distintos podría contribuir a encontrar genes en dos especies particulares. En este caso, humano y gallina.
Investigar qué partes están conservadas en los genomas da pistas acerca de en qué lugares hay que buscar genes. Eso es lo que hace nuestro programa, SGP2, que ya utilizamos para la comparación del genoma humano con el de ratón, luego con el de rata y ahora con el de gallina.
La predicción de genes es algo todavía no bien resuelto. Por este motivo, en este caso se han empleado tres sistemas cuyos resultados se han comparado entre sí. Los programas utilizados han sido Ensemble (del Instituto Europeo de Bioinformática), TwistScan (Universidad de Washington) y SGP2. Los tres han dado resultados coincidentes en lo esencial y su comparación demuestra que las predicciones son fiables, es decir, que dan genes reales. La fiabilidad, aunque todavía queda trabajo por hacer, supera con creces el 90%.
«El genoma del pollo es esencial para entender mejor la evolución de las especies y buscar aplicaciones de interés comercial»
El genoma del pollo contiene 39 pares de cromosomas. En ellos se encuentran de 20.000 a 23.000 genes, una cifra no demasiado alejada de la que se estima para el ser humano (alrededor de 30.000). Sin embargo, el genoma está compuesto por unos mil millones de nucleótidos (pares de bases), tan sólo una tercera parte de los casi tres mil millones del ser humano. Según los resultados obtenidos, el pollo y los humanos compartimos el 60% de los genes, mucho menos que con la rata, que asciende a casi el 80%.
Más allá de su interés comercial, el pollo es una especie modelo en el laboratorio. Junto con la mosca del vinagre, la levadura o el pez cebra, además del ratón, constituye un elemento esencial en los estudios de genética y de embriología. Por otra parte, evolutivamente se encuentra en un punto intermedio entre los dos grandes extremos de los animales vertebrados, los peces y los mamíferos. Por lo que sabemos, las aves divergieron en la línea evolutiva hace unos 310 millones de años. Por tanto, puede aportar información valiosa tanto para la comprensión de la evolución de las especies como de la evolución de los genomas.
Existe en efecto un notable interés comercial que, en este caso, ha pasado por delante de otras especies como el cerdo o la vaca. Las aplicaciones teóricas habrá que buscarlas en el contexto de la mejora de las especies con mayor y mejor productividad tanto de carne como de huevos, así como en la prevención de posibles enfermedades como la influenza aviar. Pero la verdad, todavía estamos muy lejos de todo ello.
Francamente. No se me ocurre ninguna. Una cosa es la teoría y otra bien distinta la práctica.
Es que el hecho de disponer del genoma del pollo no implica que nosotros podamos en este momento fabricar superpollos ni conseguir más y mejores huevos, ni tampoco combatir ninguna enfermedad propia del pollo.
Hay mucha confusión al respecto. Con la secuencia de un único individuo [una gallina de la especie asiática ‘Red Jungle’] se puede hacer muy poco. Lo que estamos viendo es que para estudiar de verdad porque dos pollos producen huevos distintos habría que comparar sus genomas. Es decir, habría que estudiar sus variaciones genómicas y cómo estas se expresan posteriormente. Ocurre lo mismo con otras especies, incluidos nosotros, los humanos.
«La enorme coincidencia de genes entre humanos y pollos permitirá comprender mejor la acción de virus y bacterias que afectan ambos grupos»
Lo que se ha hecho es fundamental, pero sólo es un primer paso. Hoy por hoy es imposible saber qué nos hace diferentes a dos personas o a dos pollos. Hasta que no tengamos conocimiento genómico individual no podremos empezar a entender esas diferencias entre individuos, correlacionarlo con sus genomas y explotar la variabilidad genómica desde un punto de vista médico o comercial.
En lo que refiere a nuestra aportación concreta, lo que puede decirse de momento es que los mecanismos que determinan como son los genes son esencialmente idénticos en humanos y el pollo. Sabíamos ya de anteriores comparaciones que había una enorme cantidad de genes que eran comunes con rata y ratón, pero si vamos más lejos evolutivamente también vemos que el contenido génico parece ser muy constante. Es decir, que las diferencias entre estas especies no se deben tanto al número absoluto de genes como a otras razones que no acabamos de entender.
Probablemente tengan que ver con fenómenos complejos. En especial con el llamado splicing alternativo. Hasta hace poco más de cinco años se mantenía todavía la regla de un gen, una proteína. Esta idea ya no se puede mantener, estamos viendo que un gen puede dar lugar a más de una proteína o incluso a proteínas distintas.
Es cierto, desde principios de los noventa que se sospecha que es así. Sabíamos que el gen está formado por distintas piezas, pero no que estas mismas piezas pueden combinarse de formas distintas en función del contexto en el que se expresan. La prevalencia de estas combinaciones se está comprobando desde hace tan sólo unos cuatro años.
Lo que se piensa es que los humanos tienen mayor variabilidad que otras especies, es decir, que un gen humano tiene mayor capacidad para generar proteínas distintas que un ave o que otras especies.
Eso es. Podría pasar que un gen humano pudiera dar lugar a siete proteínas distintas mientras que el de pollo sólo a dos. Los humanos incrementamos nuestra complejidad por este fenómeno, muy probablemente.
Distintos estudios demuestran que hay una cierta conservación entre el genoma del pollo y el humano. Es decir, que no ha cambiado demasiado la forma cómo se definen los genes entre uno y otro. Otra cosa es el ambiente en el que se encuentre cada gen. Por ejemplo, el gen FoxP2, involucrado muy probablemente con el habla, resulta ser uno de los mejor conservados a lo largo de la evolución, lo cual es una auténtica sorpresa. Posiblemente su función sea distinta de acuerdo con el contexto en el que se expresa su función.
Es difícil sacar conclusiones ahora mismo. Sin embargo, sí que podemos decir que aunque la distancia evolutiva entre nosotros y las aves es muy grande, no lo es tanto desde el punto de vista genómico. Casi somos lo mismo, en este sentido, que la rata o el pollo. Visto al detalle, vemos que el genoma humano está mucho más expandido y que hay una enorme cantidad de pseudogenes y secuencias repetitivas que no se dan en el pollo. Esos aspectos, junto con los genes específicos para cada grupo, es lo que determinan la diferencia entre especies. Habrá que trabajar más para entender la variabilidad genómica entre individuos. Cuando esté disponible podremos pensar en los superpollos.
La secuenciación, análisis y desciframiento del genoma del pollo ha sido llevada a cabo por el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma de la Gallina, formado por unos cincuenta centros y laboratorios de investigación de todo el mundo. La investigación se ha efectuado en el Centro de Secuenciación de Genomas de la Universidad de Washington, en San Luis (EEUU). En los trabajos ha participado un único grupo español, el liderado por Roderic Guigó.
Se trata del primer genoma de ave secuenciado, y su posición estratégica en el árbol evolutivo, entre mamíferos y peces, lo convierte en una fuente de información única para el estudio de la evolución de los vertebrados. Las aves pertenecen al grupo de los arcosauromorfos que incluye también a los cocodrilos y a los dinosaurios. Según puede leerse en la nota de prensa facilitada por los investigadores, «nos encontramos ante la secuencia genómica analizada que más nos acerca a los dinosaurios».
La especie de gallina utilizada es de la raza asiática «Red Jungle Fowl» (Gallus gallus), considerada ya por Darwin -y confirmado más tarde por estudios genéticos- como la especie original de gallina de la cual descienden todos los tipos de gallinas domésticas. El genoma se ha obtenido de un espécimen de hembra y contiene 39 pares de cromosomas.
La gallina ha sido un modelo animal de gran importancia para la embriología y el estudio del desarrollo en vertebrados. En 1621 se publicaron ya los primeros tratados descriptivos del desarrollo del huevo. La gallina juega también un papel importante en el estudio de los virus y el cáncer: el primer virus oncogénico fue identificado en gallina.
Además de servir de animal modelo para estudiar alrededor de 9600 especies de aves actuales en el contexto de la interacción con los humanos y el medio ambiente, tiene una gran importancia para la industria agroalimentaria. Por ello en el año 2002 el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano de Estados Unidos decidió priorizar el estudio del genoma de este animal por delante de otros compañeros de granja (como por ejemplo el cerdo o la vaca).
Por otra parte, el estudio comparativo de los genomas de diferentes especies abre una nueva e interesante línea de investigación que nos llevará a descubrir muchos aspectos, desconocidos hasta ahora, de la biología humana y la medicina. Mediante el estudio comparativo del genoma de la gallina con el de los mamíferos secuenciados hasta el momento (rata, ratón, humano) se han podido identificar secuencias que, aunque no expresan para ninguna proteína, tienen una presencia constante en aves y en mamíferos. Son las llamadas secuencias conservadas y representan fragmentos de genoma preservados durante milenios. Este tipo de estudios permiten distinguir aspectos ancestrales de los mamíferos, así como de otros, desarrollados gracias a la innovación y a la adaptación.
La secuencia conserva buena parte de los elementos funcionales del genoma, de tal manera que se han encontrado regiones conservadas desde la separación de los mamíferos, hace unos 310 millones de años. Muchas corresponden a genes activos en humanos y gallinas y otras aún están pendientes de determinar su función.
Los investigadores del GRIB, dirigido por Roderic Guigó, son Eduardo Eyras, Robert Castelo, Josep Francesc Abril, Sergi Castellano, Francisco Cámara y Genís Parra. En años anteriores, algunos miembros de este mismo equipo de bioinformáticos participaron en las etapas finales del análisis de los genomas de la mosca del vinagre, del mosquito de la malaria y del genoma humano, en concreto en la visualización de los mapas con las diferentes anotaciones de los genes. En este ámbito también formaron parte de los consorcios internacionales que llevaron a término el análisis de los genomas del hongo Dictyostelium, del raton y de la rata de laboratorio, obteniendo las localizaciones de los genes codificados en las secuencias de sus cromosomas.
Aunque la participación española se ha limitado a este único grupo, su aportación es relevante por cuanto ha contribuido a ‘fijar’ los genes que se estima que contiene el código genético de este animal. Las comparaciones evidencian que, en términos genómicos, según Guigó, «humanos, ratones y pollos somos prácticamente lo mismo» a pesar de la distancia evolutiva que separa a las distintas especies. «Las diferencias que se observan», añade, «probablemente tengan más que ver con la expresión de los genes que con los genes mismos». Desde hace un tiempo, explica, se ha observado una alta prevalencia del llamado ‘splicing alternativo’, un fenómeno aún no bien comprendido que determina que un mismo gen pueda dar proteínas distintas. Esta diferencia de expresión, y no el número total de genes, es lo que explicaría parte de las diferencias entre especies.
Por otra parte, el conocimiento del genoma del pollo, sostiene el investigador, no necesariamente abre las puertas a una explotación inmediata con fines comerciales. «Necesitamos mayor información genómica», explica. Esta mayor información «sólo» puede surgir de la comparación de genomas de individuos de la misma especie que presentan características diferenciales. «La explotación científica de la variabilidad genómica es lo que aportará información relevante para obtener mejores y más rentables pollos». El camino hacia los superpollos, por tanto, todavía queda lejos.
