Una aplicación interactiva y abierta desarrollada en la UAB recoge la genómica funcional y evolutiva de millones de variantes genéticas para descubrir las mutaciones que nos han hecho humanos a través de las sucesivas adaptaciones de nuestra especie.
Investigadores de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) han desarrollado una aplicación informática que permite reconstruir el pasado evolutivo de la especie humana mediante la identificación de mutaciones genéticas ocurridas a lo largo de la historia.
Durante milenios, la especie humana ha sido sometida a persistentes desafíos adaptativos: cambios ambientales cuando salió de África y se expandió por el resto del planeta, cambios en la dieta con la domesticación de los animales, o cambios frente a nuevos patógenos fruto de los asentamientos neolíticos.
Las respuestas adaptativas a todas estas presiones selectivas han dejado improntas en el genoma humano, que hoy se pueden identificar y analizar para reconstruir nuestro pasado evolutivo.
En 2019, el grupo de investigación Bioinformática de la Diversidad Genómica de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) identificó 2.859 regiones del genoma humano que podrían ser relevantes para entender la evolución de la especie, entre ellas 873 que no se habían descrito antes.
¿Qué nos hace humanos?
El grupo, dirigido por Sònia Casillas y Antonio Barbadilla, investigadores del Departamento de Genética y Microbiología y del Instituto de Biotecnología y Biomedicina (IBB), proporcionaba así un conjunto de datos muy valioso para responder a la pregunta “¿qué nos hace humanos?” y lo ponía en acceso libre a través de la base de datos PopHumanScan.
PopHumanScan fue un primer paso para la comprensión de qué improntas ha dejado la selección en nuestros genomas.
Ahora, el grupo de investigación acaba de publicar el nuevo recurso en línea e interactivo PopHumanVar, que permite acotar estas improntas y estudiar el origen y ayuda a reconstruir el pasado de la especie humana.
La nueva base de datos facilita la exploración y el análisis de regiones del genoma con evidencias de haber sido el blanco de la selección natural en algún momento de la historia evolutiva.
Mutaciones genéticas
También ayuda a responder cuestiones como qué mutación genética originó una impronta determinada, qué consecuencias funcionales tiene esta mutación, cuándo se produjo o en qué población.
La nueva aplicación recopila, integra y representa gráficamente datos de la genómica funcional y evolutiva para millones de variantes genéticas a partir de 2.504 secuencias genómicas completas de 26 poblaciones humanas, procedentes de diferentes lugares del mundo.
Gracias a toda la información que reúne, permite adentrarse en regiones genómicas concretas para encontrar la mutación responsable de un proceso adaptativo y descubrir cuándo y dónde surgió en primera instancia.
Además, la aplicación permite al usuario incorporar y analizar datos propios para poder estudiar procesos adaptativos en poblaciones humanas no incluidas a la aplicación.
La aplicación, resultado del estudio la investigación que los investigadores han publicado en la revista Nucleic Acid Research, supone un avance en el estudio de la adaptación humana a diferentes entornos y a grandes cambios culturales durante la expansión en toda la Tierra, destacan los investigadores.
El estudio se ha realizado a partir de datos del proyecto internacional “1.000 genomas” que el equipo de investigación de la UAB ya puso en abierto en 2018 mediante PopHuman, el navegador genómico más amplio disponible de diversidad genética humana.
Sònia Casillas: Es el momento de desentrañar el misterio de la evolución genética humana
Sònia Casillas, directora de esta investigación, junto a Antonio Barbadilla, lleva más de 20 años desarrollando herramientas bioinformáticas para la representación y análisis de la diversidad genética en diferentes especies, principalmente Drosophila y la especie humana.
En declaraciones a Tendencias21, Sónia Casillas explica que el estudio evolutivo y funcional de las variantes genéticas ocurridas a lo largo de la historia evolutiva humana debe permitirnos descubrir cuándo y dónde tuvo lugar el proceso adaptativo, y a qué situación nos pudo ayudar a adaptarnos. Considera que tenemos gran parte de la información que necesitamos y que es el momento de analizarla e interpretarla.
¿Qué aporta la nueva aplicación para el descubrimiento del pasado genético humano?
Esta app, operativa desde otoño de 2020, tiene unos puntos fuertes e innovadores que son: (1) que combina datos funcionales y evolutivos para un gran número de variantes genéticas de nuestro genoma presentes en diferentes poblaciones de todo el mundo; (2) que facilita la navegación de la información mediante una app interactiva; y (3) que permite al usuario subir datos propios y analizarlos. En un futuro próximo, incorporará datos de árboles evolutivos para cada variante genética. Se trata de una información que permitirá determinar con mayor precisión: (1) los genes que han contribuido a adaptarnos a diferentes entornos y a cambios en nuestras formas de vida; (2) las variantes genéticas concretas que han contribuido a ello; y (3) cuándo tuvo lugar esta adaptación y en qué poblaciones humanas.
¿Qué es lo que se está dirimiendo actualmente en el estudio de la evolución genético de la especie y qué puede aportar esta aplicación?
Esta app es el tercer escalón en nuestra investigación sobre la evolución y adaptación humana. En 2018 publicamos el navegador genómico PopHuman, con estadísticos sumarios de diversidad genética calculados en ventanas a lo largo de los cromosomas humanos. Un año más tarde, en 2019 publicamos la base de datos PopHumanScan, que recoge las regiones genómicas con evidencias de haber contribuido a la adaptación humana a lo largo de nuestra historia evolutiva. Este año publicamos PopHumanVar, con el objetivo de que nos ayude a explicar la contribución de cada una de las regiones genómicas que forman parte de PopHumanScan, ya no a nivel de estadísticos sumarios en una región genómica sino ahora a nivel de variantes genéticas. El estudio evolutivo y funcional de estas variantes genéticas debe permitirnos descubrir cuándo y dónde tuvo lugar el proceso adaptativo, y a qué situación nos pudo ayudar a adaptarnos. Consideramos que tenemos gran parte de la información que necesitamos. Ahora nos toca analizarla e interpretarla.
¿Qué impacto puede tener esta aplicación en la comunidad científica especializada en la evolución genética de nuestra especie?
Además de ayudarnos a contestar las preguntas específicas de nuestra historia evolutiva como especie Homo sapiens, la app es totalmente abierta (open source) y el mismo proceso de recopilación y análisis de datos puede ser aplicado a otras especies. Pensamos pues que PopHumanVar puede servir como base para crear un recurso similar y estudiar la adaptación en otras especies concretas, y a su vez ayudarnos a comprender mecanismos generales de la adaptación genética y de la impronta que ésta deja en los genomas.
Referencia
PopHumanVar: an interactive application for the functional characterization and prioritization of adaptive genomic variants in humans. Aina Colomer-Vilaplana et al. Nucleic Acids Research, Volume 50, Issue D1, 7 January 2022, Pages D1069–D1076. DOI:https://doi.org/10.1093/nar/gkab925
