Este estudio contribuye a descubrir el origen del fuerte sentido del olfato de los mamíferos y crea el potencial de nuevos modelos animales, como pollos o ranas, que a menudo se utilizan en experimentos de laboratorio para investigar trastornos del desarrollo facial como el paladar hendido.

La comprensión científica tradicional de la evolución facial es que las mandíbulas de los mamíferos y los reptiles se desarrollan casi de la misma manera. Aunque los mamíferos tienen una nariz única, se desconoce la evolución de esta estructura.

«Los fósiles existentes de animales de cuatro patas, tanto antepasados reptiles como mamíferos, tienen el mismo número de huesos de la mandíbula superior. Es muy fácil pensar que los huesos son iguales, pero ahora podemos estudiar embriones y rastrear el desarrollo celular para estudiar estos huesos, con mucho mayor detalle«, explicó en un comunicado el investigador postdoctoral Hiroki Higashiyama, quien estudia el desarrollo evolutivo en la Facultad de Medicina de la Universidad de Tokio.

La investigación, publicada recientemente en Proceedings of the National Academy of Sciences, es la primera en examinar la evolución de la estructura facial utilizando estudios celulares que comparan múltiples embriones de múltiples especies.

Higashiyama y sus colegas en el laboratorio del profesor Hiroki Kurihara diseñaron experimentos para rastrear el desarrollo facial en embriones de diferentes especies, incluidas aves (pollos), reptiles (geckos) y mamíferos (ratones).

Se centraron en un grupo de células conocidas como prominencias faciales en embriones que producen las estructuras físicas de la cara. Los investigadores tiñeron las células para rastrearlas a medida que se movían y crecían. Un grupo de células llamado prominencia frontonasal forma la punta de la mandíbula en los reptiles, pero se convierte en la nariz que sobresale en los mamíferos. Las puntas de las mandíbulas de los mamíferos se forman a partir de un grupo separado de células llamado prominencia maxilar.

Usando esta nueva perspectiva de sus experimentos celulares, los investigadores luego examinaron especímenes fósiles.

A medida que los ancestros de las especies acumulaban más diferencias físicas y genéticas, el hueso en la punta de la mandíbula superior de los reptiles, el premaxilar, se hizo más pequeño y migró hacia arriba y el hueso que estaba detrás, el septomaxila, se hizo más grande y avanzó para convertirse en mamíferos. punta de la mandíbula. Los investigadores dicen que los huesos faciales de los mamíferos que ponen huevos, como el ornitorrinco y el equidna australianos, proporcionan ejemplos vivos adicionales de estructuras óseas de transición desde el modelo de reptil evolutivamente más antiguo hasta la estructura de mamífero de evolución más reciente.

Esta separación de la nariz y la mandíbula les da a los mamíferos su habilidad única de «olfatear», usando los músculos para ensanchar las fosas nasales e inhalar profundamente los olores del ambiente.

 «Este hallazgo es una innovación clave en la evolución de nuestra nariz móvil y la de otros mamíferos, que contribuye al sentido del olfato altamente sensible de los mamíferos», dijo Higashiyama.

El olfato pudo ayudar a desarrollar cerebros más grandes

Distinguir y reconocer tantos olores también puede haber ayudado a los mamíferos a desarrollar cerebros más grandes y complejos que las especies ancestrales anteriores.

La investigación reciente ha proporcionado evidencia física del cambio evolutivo en la disposición de la premaxila y la septomaxila, pero se necesitarán estudios separados para identificar las causas genéticas.

«Ahora conocemos la composición de las prominencias faciales y el desarrollo embrionario en varias especies, por lo que podemos comparar los trastornos del desarrollo facial en pollos o ranas con los humanos. Por ahora, hemos mejorado principalmente el conocimiento de los libros de texto, pero en el futuro, estos modelos animales serán una aplicación práctica de nuestros estudios», dijo Higashiyama.

Los ratones son actualmente el único modelo animal que estudia el labio leporino y el paladar hendido. Los ratones son costosos de mantener y más lentos de desarrollar, por lo que modelos animales adicionales de trastornos del desarrollo facial podrían convertirse en una valiosa herramienta de investigación.

noviembre 02/2021 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Referencia:

Higashiyama H., Koyabu D. ,Hirasawa T., Werneburg I., Kuratani S., Kurihara H.: Mammalian face as an evolutionary novelty. PNAS November 2, 2021 118 (44) e2111876118; https://doi.org/10.1073/pnas.2111876118

Tanto la crisis del SARS-CoV-1 en 2003 en el sudeste asiático como la del MERS-CoV en 2012 en Oriente Medio tuvieron a los virus procedentes de civetas y dromedarios de protagonistas, respectivamente. En la actual pandemia de SARS-CoV-2 se sigue sin identificar el origen animal del virus, pero la comunidad científica tiene claro que este coronavirus se asemeja al de los murciélagos.

Pueden aparecer nuevos coronavirus cuando dos cepas diferentes coinfectan a un animal, lo que hace que el material genético viral se reconvine, explica Maya Wardeh.

Aun sin conocer el origen animal de la crisis de la COVID-19 que ya ha causado 2,4 millones de muertes en todo el mundo, y que también ha afectado a mascotas y animales salvajes, un equipo de científicos sugiere que la posibilidad de que nuevos coronavirus se generen en animales silvestres y domésticos en el futuro puede haber sido subestimada.

Gracias a un estudio de aprendizaje automático (machine-learning), los investigadores, liderados por la Universidad de Liverpool en Reino Unido, buscaron las relaciones entre 411 cepas de coronavirus y 876 especies de mamíferos que podrían ser huéspedes potenciales. Los resultados, publicados en la revista Nature Communications, indican cómo podrían surgir a largo plazo cepas o especies de coronavirus completamente nuevas en las diferentes especies.

“Pueden aparecer nuevos coronavirus cuando dos cepas diferentes coinfectan a un animal, lo que hace que el material genético viral se recombine. Nuestra comprensión de cuán susceptibles son los diferentes mamíferos a los diferentes coronavirus ha sido limitada, pero el estudio podría ofrecer información sobre dónde podría ocurrir esta recombinación viral”, explica a SINC Maya Wardeh, investigadora en el Instituto de Infecciones, Ciencias Veterinarias y Ecológicas de la universidad británica y autora principal del trabajo.

Los hallazgos sugieren que hay al menos 11 veces más asociaciones entre especies de mamíferos y cepas de coronavirus de las que se han observado hasta la fecha. Además, los científicos estimaron que existen 40 veces más especies de mamíferos que pueden infectarse con un conjunto diverso de cepas de coronavirus de lo que se conocía anteriormente.

“Dado que los coronavirus con frecuencia experimentan recombinación cuando coinfectan un huésped, y que el SARS-CoV-2 es altamente infeccioso para los humanos, la amenaza más inmediata para la salud pública es la recombinación de otros coronavirus con el SARS-CoV-2”, señala Marcus Blagrove, codirector del estudio.

Más allá de murciélagos y civetas

El modelo muestra que el nuevo coronavirus podría recombinarse con otros en especies donde ya se habían observado estos virus como la civeta de las palmeras común (Paradoxurus hermaphroditus), que podría ser un anfitrión potencial de 32 coronavirus diferentes, además del SARS-CoV-2. El trabajo también predice que el murciélago grande de herradura (Rhinolophus ferrumequinum) y el murciélago de herradura (Rhinolophus affinis) podrían albergar 68 y 45 nuevos coronavirus, respectivamente, incluyendo el SARS-CoV-2. A ellos se une el pangolín (Manis javanica) con 14.

No deseamos llamar una atención excesivamente negativa sobre esos animales, ya que la recombinación podría no ocurrir necesariamente en ellos, Maya Wardeh

Sin embargo, al identificar los huéspedes en los que la recombinación del SARS-CoV-2 podría ocurrir, los científicos indicaron que podría haber 30 veces más especies de huéspedes de las que se sabe que podrían albergar nuevos coronavirus basados en este nuevo virus.

Entre ellas, el trabajo destaca que el SARS-CoV-2 podría recombinarse con otros coronavirus en el murciélago amarillo asiático menor (Scotophilus kuhlii) –poco estudiado– del que se predice un gran número de interacciones (48). Los resultados también implican al erizo (Erinaceus europaeus), al conejo europeo (Oryctolagus cuniculus) y al gato doméstico (Felis catus) como posibles huéspedes. El erizo y el conejo ya lo fueron de otros betacoronavirus.

A ellos se une el chimpancé (Pan troglodytes) y el mono verde africano (Chlorocebus aethiops), así como el dromedario (Camelus dromedaries) y el cerdo doméstico (Sus scrofa), que cuenta con el mayor número de asociaciones con otros coronavirus, según la predicción del modelo.

“Es importante señalar que la recombinación se produce durante períodos de tiempo más largos, en comparación con las mutaciones, que son fenómenos distintos. Esto significa que presenta un riesgo a medio o largo plazo”, indica a SINC Wardeh. Pero a pesar de identificar probables recombinaciones “no deseamos llamar una atención excesivamente negativa sobre esos animales, ya que la recombinación podría no ocurrir necesariamente en ellos”, comenta.

Mejorar la vigilancia

El equipo de investigación abordó el problema como si fuera un rompecabezas. “Identificamos factores clave desde el lado de los mamíferos como la distancia filogenética o evolutiva para conocer huéspedes de cada coronavirus, la dieta, o el tipo de hábitat en el que vive, incluso las relaciones con huéspedes conocidos”, subraya la investigadora.

Desde el punto de vista del virus, los científicos usaron secuencias de genoma, su “estructura secundaria”, y la frecuencia (o sesgos) de las combinaciones de las bases (o letras) en el genoma del virus. El último lado del puzle fueron las complejas conexiones que ya existían entre coronavirus y mamíferos.

En la actualidad, estamos trabajando para incluir a las aves, para poder estimar mejor el potencial de recombinación con estos virus, Maya Wardeh.

“Una vez que identificamos esos factores, los cuantificamos produciendo una probabilidad para cada posible combinación entre virus y huésped, y luego finalmente combinamos esas puntuaciones usando un “algoritmo de conjunto”, para producir predicciones finales”, indica Wardeh.

Sin embargo, existen ciertas limitaciones en el estudio porque solo se incluyeron los coronavirus de los que tenía acceso al genoma completo. “Nuestros resultados se basan en datos limitados sobre genomas de coronavirus, las especies de huéspedes conocidas y las asociaciones entre virus y huéspedes. Existen sesgos de estudio para ciertas especies animales, que presentan incertidumbre en las predicciones”, sugiere la investigadora.

En este sentido, la científica explica que aún no se ha podido incluir a las aves en sus análisis. “Muchas de ellas albergan gammacoronavirus y los comparten con algunos mamíferos. En la actualidad, estamos trabajando para incluir a las aves, para poder estimar mejor el potencial de recombinación con estos virus”, asevera Wardeh.

Con los resultados ya obtenidos, el equipo indica que el trabajo podría ayudar a dirigir los programas de vigilancia para descubrir cepas futuras de coronavirus antes de que se propaguen a los humanos, “lo que nos da una ventaja para combatirlas”, dice a SINC la científica. El estudio permite así priorizar sobre las especies con mayores probabilidades de convertirse en huéspedes.

El paso siguiente a la investigación será añadir una estimación geográfica. “Esto permitirá considerar dónde –dentro del área de distribución geográfica– una especie huésped está en mayor riesgo y, por lo tanto, centrará la vigilancia en ambos aspectos, el qué y el dónde”, concluye.

febrero 19/2021 (SINC)

Referencia:

Wardeh M., et al. “Predicting mammalian hosts in which novel coronaviruses can be generated” Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21034-5

Nota:

Recombinación;  De re- y combinación.

Biología. Es el proceso de redistribución de los genes en la descendencia, que presenta en consecuencia caracteres distintos a los de sus progenitores.

Fuente: RAE

Investigadores del Instituto Hospital del Mar de Investigaciones Médicas (IMIM), en colaboración con el Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ambos en Barcelona, han analizado el genoma ya secuenciado de 68 mamíferos y han identificado 6000 familias de genes que solo se pueden encontrar en estos animales. Se trata de genes sin homólogos fuera de los mamíferos. En los seres humanos, se calcula que representan el 2,5 por ciento de los genes que codifican proteínas.

El trabajo, publicado en Genome Biology and Evolution, lo ha liderado José Luis Villanueva-Cañas, investigador del Grupo de investigación en genómica evolutiva del IMIM y actualmente investigador del Instituto de Biología Evolutiva (UPF-CSIC), y Mar Albà, investigadora ICREA del IMIM y del Programa de Investigación en Informática Biomédica (GRIB) del IMIM y la UPF. En el estudio ha colaborado el grupo del David Andreu en el Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud de la Universitat Pompeu Fabra.

Villanueva-Cañas ha explicado que el objetivo del trabajo era «entender qué genes definen a los mamíferos como clase, es decir, qué genes solo se encuentran dentro de este grupo». Para hacerlo, se diseñó un conjunto de programas que hicieron posible comparar el genoma de 68 mamíferos. Entre ellos, el Homo sapiens, pero también primates y representantes de los principales órdenes de esta clase de animales, incluyendo el lince ibérico.

Con estos datos se generó un catálogo de genes exclusivos de los mamíferos, unas 6000 familias de genes. A la vez, se les asignó una posible edad de origen en función de las especies en las que están presentes. También se intentó averiguar qué hacen estos genes, utilizando datos de expresión (secuenciación de ARN) de diferentes tejidos para ver dónde y cuándo se expresaban, y datos de proteómica para comprobar si se traducen, es decir, si producen proteínas.

Estructura de la piel

Una parte de estos genes tendrían un origen de novo, no provienen de la duplicación de genes ya existentes. Los genes de novo son importantes para adquirir nuevas funciones durante la evolución, como demostró un anterior estudio liderado por la Dra. Albà (Origins of de novo genes in human and chimpanzee, publicado en Plos Genetics). En este sentido, este nuevo trabajo ha conseguido identificar la función de algunos de estos genes, relacionados con cómo se estructura la piel y porqué es diferente de la de, por ejemplo, los reptiles, y otros que participan en las glándulas mamarias que distinguen a los mamíferos. También han identificado péptidos antimicrobianos, que participan en la defensa del cuerpo ante los patógenos.

Los investigadores también destacan que los genes encontrados son cortos y normalmente se expresan solo en uno o pocos tejidos. En este sentido, Albà ha querido destacar que «estudios como este nos ayudan a entender cómo se forman nuevos genes en la evolución y si tienen un papel relevante en la adaptación de los organismos al medio que les rodea».

Por esto, «catalogar los genes en mamíferos es el primer paso para entender cuáles son sus funciones» y «nos acerca a definir un conjunto de piezas que se originaron en la base de su evolución y que son comunes a todos ellos o a algunos de sus subgrupos». En este sentido, Villanueva-Cañas ha explicado que «todavía desconocemos la función de una parte importante de nuestros genes, por este motivo hay que hacer un esfuerzo para caracterizarlos», como es el caso de uno de los que se ha identificado durante el estudio (neuronatin), que tiene una función en el desarrollo del cerebro hasta ahora desconocida.
diciembre 4/2017 (diariomedico.com)

Leer más:

New Genes and Functional Innovation in Mammals

Neuronatin is related to keratinocyte differentiation by up-regulating involucrin

New Genes and Functional Innovation in Mammals

Transient Regenerative Potential of the Neonatal Mouse Heart.  Science 331(6020):1078-1080