Reviven bacterias de la Edad de Piedra usando el sarro dental de humanos y neandertales

Las bacterias atrapadas en el sarro dental de humanos y neandertales que vivieron en la Edad de Piedra fueron devueltas a la vida en el marco de un ambicioso proyecto de investigación, que involucró a científicos de distintas ramas de las ciencias naturales y humanas. Los hallazgos podrían facilitar que una enorme diversidad de productos naturales del pasado, con un amplio potencial terapéutico, sean aprovechados en el futuro.

Un equipo transdisciplinario de investigadores dirigido por el Instituto Leibniz de Investigación de Productos Naturales y Biología de Infecciones y el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva, ambos en Alemania, junto a la Universidad de Harvard, en Estados Unidos, reconstruyeron genomas bacterianos previamente desconocidos que datan del Pleistoceno. Utilizando una innovadora plataforma de biotecnología, lograron revivir los antiguos microorganismos, gracias al material recogido de cálculos dentales de humanos y neandertales.

Descubriendo los misterios del pasado microbiano

"En este estudio hemos alcanzado un hito importante, al revelar la gran diversidad genética y química de nuestro pasado microbiano", indicó en una nota de prensa Christina Warinner, líder de dos de los grupos de investigación más importantes y autora principal del nuevo estudio, publicado hoy en la revista Science. "Nuestro objetivo es trazar un camino para el descubrimiento de productos naturales antiguos e informar sobre sus posibles aplicaciones futuras", agrega el científico Pierre Stallforth, otro de los autores del estudio.

Se sabe que los microbios generan productos naturales y sustancias químicas que se encuentran en una gran cantidad de antibióticos y otros medicamentos utilizados en todo el mundo. Sin embargo, la producción de estos complejos productos químicos naturales no es sencilla: para desarrollarlos, las bacterias dependen de tipos especializados de genes, que codifican la maquinaria enzimática capaz de producir estas sustancias. 

Actualmente, el análisis de los productos naturales microbianos se limita en gran medida a las bacterias vivas. Sin embargo, las bacterias han habitado la Tierra durante más de 3.000 millones de años: esto significa que existe una enorme diversidad de microbios antiguos capaces de desarrollar productos naturales con un potencial impacto terapéutico, que son desconocidos para nosotros. Ahora, la nueva investigación ha avanzado en la reconstrucción del genoma antiguo, permitiendo revelar los ricos secretos moleculares de los microorganismos paleolíticos.

El equipo de especialistas se centró en la reconstrucción de genomas bacterianos encerrados en los cálculos dentales, también conocidos como depósitos de sarro dental, de 12 neandertales que vivieron entre 102.000 y 40.000 años atrás, de restos de 34 humanos que datan de hace 30.000 y 150 años y de 18 humanos actuales. Vale recordar que el sarro dental es la única parte del cuerpo humano que se fosiliza rutinariamente durante la vida, transformando la placa dental viva en un verdadero cementerio de bacterias mineralizadas.

Volviendo a unir las piezas del ADN

Cuando los organismos mueren, su ADN o información genética fundamenta se fragmenta: con el tiempo, esto desemboca en la imposibilidad de “rearmar” ese rompecabezas y recuperar los datos acumulados en los genes. Sin embargo, las nuevas tecnologías en el campo de la bioinformática hacen posible recuperar esa información y volver a recomponer las piezas del ADN más antiguo, tan solo disponiendo de algún fragmento relativamente bien conservado.

Los científicos reconstruyeron numerosas especies de bacterias orales, así como otras especies más exóticas, cuyos genomas no habían sido identificados anteriormente. Entre ellos se encontraba un miembro desconocido de Chlorobium, una bacteria cuyo ADN altamente dañado se encontró en el cálculo dental de siete humanos paleolíticos y neandertales. Se descubrió que los siete genomas de Chlorobium contenían un grupo de genes biosintéticos de función desconocida. 

Afortunadamente, el cálculo dental de uno de los restos, llamado “La Dama Roja” de El Mirón, en España, de 19.000 años de antigüedad, arrojó un genoma de Chlorobium particularmente bien conservado. Al haber descubierto estos enigmáticos genes antiguos, los científicos los llevaron al laboratorio para intentar revelar todos sus secretos. 

Empleando las herramientas de la biotecnología molecular sintética para permitir que las bacterias vivas produjeran las sustancias químicas codificadas por los genes antiguos, los especialistas identificaron una nueva familia de productos naturales microbianos, que dieron en llamar "paleofuranos". Es la primera vez que este enfoque se aplicó con éxito a bacterias antiguas, siendo el paso inicial para acceder a la diversidad química oculta de los microbios del pasado de la Tierra.

Referencia

Natural products from reconstructed bacterial genomes of the Middle and Upper Paleolithic. Christina Warinner et al. Science (2023). DOI:http://dx.doi.org/10.1126/science.adf5300