ADN MITOCONDRIAL

ADN MITOCONDRIAL

Los genes del ADN mitocondrial se heredan solo de la madre por medio de las mitocondrias del óvulo (la  mitocondria del espermatozoide no penetra). En razón de ello pueden reconstruirse las migraciones humanas.

A medida que Homo sapiens se trasladó de un continente a otro su ADN mitocondrial fue acumulando mutaciones no patogénicas y este "registro" quedó en las mitocondrias de sus mujeres, las secuencias de pares de bases se fueron haciendo distintivas de las secuencias en otros continentes. Al agrupar las secuencias relacionadas de un continente y compararlas con las agrupadas de los diversos continentes, se puede determinar el grado de parentesco de las mujeres de distintos lugares.

También puede deducirse de estos estudios cuales continentes se colonizaron primero, la mayor frecuencia de variación del ADN mitocondrial en un continente indica una mayor antigüedad en el mismo. Las poblaciones africanas son más antiguas, porque poseen el mayor grado de variación mitocondrial , los asiáticos, europeos y los aborígenes de América, muestran progresivamente una variación menor.

El momento exacto en que se colonizó cada continente puede estimarse solamente de una manera aproximada. Los datos dependen del ritmo con el que la molécula de ADN mitocondrial fue acumulando mutaciones. La tasa de mutaciones es bastante constante (cada 2000 a 3000 años), aunque se desconoce la precisión exacta de este "reloj molecular". Las fechas estimadas generalmente suponen que el ritmo de mutaciones está en la media de estos márgenes.

De acuerdo a los datos elaborados en el laboratorio de Douglas C.Wallace (Titular de la Cátedra de Genética molecular, Universidad de Emory), Homo sapiens apareció en Africa hace unos 130.000 años. Migró hace unos 70.000 años a Asia y, desde Medio Oriente habría colonizado Europa hace unos 50.000 años. Desde Asia habría pasado a América en diversas oleadas migratorias.

Durante la primera hace unos 34.000 años se desplazaron por Siberia y Alaska y luego por América del Norte, Centroamérica y América del Sur (constituyen antepasados de los paleoíndios modernos como los pimas de Arizona, los mayas de México y los yanomamis de Venezuela).

La segunda oleada hace unos 15.000 años procedente de Asia habrían rodeado Siberia, posiblemente buscando la costa, hasta llegar a Alaska y dispersarse por toda América. Se mezclaron allí con la población existente para dar lugar a los paleoíndios actuales de habla amerindia.

La tercera oleada parte de Siberia hace unos 9.500 años constituyéndose en los fundadores del grupo lingüístico Nadéné (las tribus atabascas del noroeste de Canadá y Alaska, como los dogrib y los apaches y navajos del sudeste de los Estados Unidos).

Se considera que los esquimales y aleutianos se originaron de una cuarta migración más reciente que los llevó de Siberia a Norteamérica.

ADN Mitocondrial y el origen del Homo sapiens

El análisis de ADN mitocondrial sugiere además que los primeros individuos de la especie Homo sapiens reemplazaron en sus asentamientos a las especies humanas mas primitivas (como el Neanderthal).

Esta hipótesis es rechazada por muchos antropólogos que los predecesores de Homo sapiens aparecieron hace un millón de años en Africa y se dispersaron por el Viejo Mundo evolucionando en distintas razas de Homo sapiens.

ADN Mitocondrial y enfermedades

En el caso de la herencia mitocondrial los genes que definen los 16.569 pares de bases de cada lazo de su ADN se heredan solo de la madre. La célula progenitora no determina que mitocondria específica irá a la célula hija, por probabilidad las células tenderán a tener mitocondrias predominantemente normales o predominantemente mutantes. La gravedad de una enfermedad diferirá de acuerdo a la cantidad de mitocondrias mutantes recibidas

Los genes del ADN mitocondrial codifican trece proteínas de los complejos que intervienen en la cadena respiratoria y la ATP sintetasa, los mensajes se codifican en 23 mARN utilizados en la síntesis de estas proteínas. Sus mutaciones son responsables de unas serie de enfermedades que también pueden originarse en mutaciones nucleares que alteren la función mitocondrial, entre ellas:

Enfermedad	Características	Genes
Alzheimer	Pérdida de la capacidad cognoscitiva	Mutación del gen que codifica el tARN para el aminoácido glutamina (encontrada en el 5% de los casos de europeos con Alzheimer tardío)
Oftalmoplejia externa progresiva crónica (CPEO)	Parálisis de los músculos del ojo y miopatía mitocondrial
Diabetes mellitus tipo II	Niveles de Glucosa elevados en sangre
Distonía	Movimientos anormales relacionados con la rigidez muscular, con frecuencia acompañada con la degeneración de ganglios basales del cerebro.
Síndromo de Kearns-Sayre (KSS)	CPEO combinada con diabetes, degeneración de retina, cardiopatía, pérdida de audición y fallo renal.
Síndrome de Leigh	Pérdida progresiva de las capacidades motoras y verba, cursa con degeneración de los ganglios basales. Potencialmente letal en niños.	Sustitución de un aminoácido de la ATP sintetasa por sustitución de una base en la posición 8993
Neuropatía óptica hereditaria de Leber (LHON)	Ceguera permanente o temporal por lesión del nervio óptico.	Genes del Complejo I (tres genes): 3460.11778 y 14484
Encefalomiopatía mitocondrial, acidosis láctica y episodios que asemejan a la apoplejía (MELAS)	Disfunción del tejido cerebral ( a menudo provoca ataques de parálisis transitoria y demencia) combinada con miopatía mitocondrial y una acumulación tóxica de ácido láctico en sangre
Epilepsia mioclónica y fibras rojas de aspecto raído(MERF)	Pérdida de adición, demencia, ataques epilépticos combinados con miopatía mitocondrial
Debilidad muscular neurogénica, ataxia y retinitis pigmentosa (NARP)	Pérdida de fuerza y coordinación muscular acompañada de degeneración cerebral regional y deterioro de la retina.	Sustitución de un aminoácido de la ATP sintetasa por sustitución de una base en la posición 8993
Síndrome de Pearson	Disfunción de la médula ósea en la infancia (que conduce a una pérdida de células de la sangre) y fallo pancreático, aquellos que sobreviven presentan también el KSS
Miopatía mitocondrial	Deterioro muscular, manifestado por debilidad e intolerancia al ejercicio, el músculo presenta a menudo fibras rojas de aspecto raído, repletas de mitocondrias anormales.

Características de la evolución y expansión de los humanos modernos, inferido a través del uso de marcadores de los microsatélites

Los seres humanos realizaron su primer viaje hace 70.000 años desde África. Estos investigadores estimaron que la población entera  de nuestros ancestros era de sólo unos 2000 individuos al momento de su expansión. Esto explicaría porque hay tan poca variación en el ADN humano, comparado con el de los chimpancés.

"Nuestros resultados son consistentes con la teoría 'fuera-de-África' según la cual una población africana subsahariana dio lugar a todas las poblaciones de humanos anatómicamente modernos a través de una cadena de migraciones al Medio Este, Europa, Asia, Oceanía y América," aclaró Feldman. 

Raíces antiguas 

A pesar de que todos los seres humanos tenemos virtualmente el mismo ADN (99,9%), existe una muy pequeña variación química que distingue una población de otra, la técnica utilizada esó los "microsatélites" -- fragmentos cortos y repetitivos de ADN cuyo diseño y variación difiere entre las poblaciones. Los microsatelites pasan a través de las generaciones y tienen una alta tasa de mutación, por lo cual son una herramienta muy útil para estimar cuando dos poblaciones divergen.

En este trabajo, compararon 377 marcadores de microsatélites en ADN tomado de 1,056 individuos que representan 52 sitios en África, Eurasia (Medio Oriente, Europa, Asia Central y Sur), Asia del Este, Oceanía y las Américas. El análisis estadístico de los microsatélites reveló una cercana relación genética entre dos poblaciones de cazadores-recolectores de África (los pigmeos Mbuti del Congo Basin y los Khoisan de Botswana and Namibia) que representaría la la rama más antigua del hombre moderno. 

Los datos revelaron que "la división genética entre los antepasados de éstos cazadores-recolectores y los antepasados de agricultor africano contemporáneo ocurrió hace 70,000 y 140,000 años  y fue seguida por la expansión fuera de África en Eurasia, Oceanía, Asia Oriental y el Américas--en ese orden," dijo Feldman.

Este resultado es consistente con un estudio más temprano en que Feldman y otros analizaron los cromosomas Y de más de 1,000 hombres de 21 poblaciones diferentes. En ese estudio, los investigadores concluyeron que la primera migración humana de África puede haber ocurrido bruscamente hace 66,000 años. 

Divergencia entre grandes grupos, las flechas indican el tiempo en millones de años.

Cuellos de botella de la población 

El equipo de investigación también encontró que las poblaciones de ese indígena cazador - recolector en África, América y Oceanía han experimentado crecimiento muy pequeño, ya que "Cazando y recogiendo no podrían mantener un aumento significante en el tamaño de la población," explicó Feldman. "Estas poblaciones sufrían severos cuellos de botella durante los cuales el número de individuos decrecía notablemente, posiblemente debido a los recursos limitados, a enfermedades y, en algunos casos, los efectos de migraciones a largas distancias."

Al contrario de los cazadores-recolectores, los antepasados de poblaciones de agricultores africanos subsaharianos parecen haber experimentado una expansión de la población que empezó hace unos 35.000 años: "Este aumento en tamaño de la población podría haber sido precedido por innovaciones tecnológicas que llevaron a un aumento en supervivencia y entonces un aumento en la proporción del nacimiento global," escribieron los autores. La gente de Eurasia y Asia del Este también muestra evidencia de expansión de la población, que empieza hace aproximadamente 25,000 años.