Proteínas del Cretácico

Descubren proteínas preservadas de dinosaurios de hace 80 millones de años.

Proteínas antiguas que datan de hace 80 millones de años, en el período Cretácico, han sido preservadas en fragmentos óseos y en tejidos blandos de un hadrosauro, o dinosaurio con pico de pato, según un estudio publicado en el número del 01 de mayo de 2009 de la revista Science. Realizados por científicos del Centro Médico Diaconesa Beth Israel (BIDMC) y de la universidad estatal de Carolina del Norte (NCSU), los nuevos hallazgos confirman resultados anteriores de análisis que sugerían que la proteína del colágeno había sobrevivido en los huesos de un bien preservado Tyrannosaurus rex, y ofrecen una nueva y robusta evidencia que apoya conclusiones previas de que las aves y los dinosaurios están relacionados evolutivamente.

Los hadrosaurios poseían hocicos achatados , por lo que son conocidos también como “dinosaurios pico de pato”. Aparecen en el registro fósil durante el período Cretácico, cerca del final de la Era de los Dinosaurios. © www.nps.gov

En abril de 2007 John Asara, Director del Núcleo de Espectrometría de Masa en BIDMC, junto a la paleontóloga de NCSU Mary Schweitzer, publicó dos artículos en Science describiendo su descubrimiento de que el colágeno extraído de fragmentos óseos de un T. rex de 80 millones de años de edad se correspondía cercanamente con las secuencias de aminoácidos de las gallinas actuales. No causó sorpresa que estos ampliamente publicitados hallazgos generaran una fuerte controversia.

“En este nuevo artículo, esperamos demostrar que el descubrimiento de nuestro T. rex no era un caso único”, hace notar Asara, quien es también instructor de patología en la Escuela Médica de Harvard. “Es la segunda especie de dinosaurios que hemos examinado y ayuda a verificar que nuestro descubrimiento inicial no fue un milagro único. Nuestro estudio actual fue resultado del esfuerzo de colaboración entre un número de laboratorios independientes, cuyos hallazgos colectivos suman una fuerte conclusión”.

En el corazón de la controversia está la idea de que la proteína antigua pueda existir. Cuando muere un animal, la proteína comienza inmediatamente a degradarse y, en el caso de los fósiles, a ser reemplazada lentamente por mineral, un proceso de sustitución que según se asume se completará en un millón de años. Pero con esta última evidencia, parecería que de hecho, algunas proteínas poseen un poder real de permanencia.

“Terminamos identificando casi el doble del número de aminoácidos que recuperamos en el estudio del T. rex”, dice Asara. “Las secuencias mostraron una alta calidad espectral y las interpretaciones ofrecieron una gran confianza”.

Los dos científicos han decidido colaborar nuevamente después de que Schweitzer y el paleontólogo Jack Horner del Museo de las Rocallosas de la universidad del estado de Montana recuperó el fémur de un Brachylophosaurus Canadensis en el verano de 2007 y observó que aparentemente estaba mejor preservado que el fósil original del T. rex.

Los análisis de laboratorio iniciales de Schweitzer confirmaron esta observación. Después de haber sido sometido a desmineralización, los fragmentos de hueso del B. canadensis mostraron una marcada preservación de tejidos y moléculas originales, con micro-estructuras parecidas a vasos suaves y transparentes, a células y a matriz fibrosa, incluso cuando el fósil era mucho más antiguo que la muestra del T. rex.

“El enterramiento profundo en arenisca parece favorecer la excepcional preservación”, hace notar Schweitzer, explicando que este fósil fue descubierto bajo aproximadamente siete metros de piedra arenisca en la formación del río Judith, en partes de lo que hoy es el occidente de Montana.

Las extracciones químicas de hueso y de vasos fueron subsecuentemente enviadas a los laboratorios de los científicos de BIDMC Lewis Cantley y Raghu Kalluri, donde se realizaron análisis de inmunoquímica e inmunocoagulación a los efectos de determinar la presencia de proteína de colágeno en las muestras.

Los nuevos hallazgos refuerzan la teoría de que las aves modernas están relacionadas con los dinosaurios. El trabajo se agrega al rompecabezas de evidencia previa en apoyo de esta teoría. La imagen compara el sistema de saco aéreo de las aves con el que puede haber sido utilizado por los dinosaurios, y se basa en fósiles de un dinosaurio descubierto en Argentina. © NSF

“Habiendo formado parte del estudio del T. rex, resultó curioso ser también parte de esta investigación”, explica Cantley, jefe de la División de Transducción de Señales en BIDMC. “En vista del escepticismo sobre los descubrimientos originales, era importante demostrar que nuestros hallazgos en el T. rex podían ser verificados en otro dinosaurio y en otros laboratorios”.

Los resultados confirmaron la existencia de la proteína. “Como soy un bioquímico especializado en colágeno, nuestro laboratorio fue contactado para llevar a cabo un análisis independiente de este nuevo descubrimiento óseo”, explica Kalluri, quien es jefe de la División de Biología Matriz de BIDCM. “Aislamos las proteínas (colágeno, laminina y elastina) del hueso, y también extrajimos células óseas y vasos sanguíneos de esa muestra. Nuestros hallazgos demostraron que ciertamente contenía membrana matriz basal”.

Además, los estudios in situ de espectrometría de masa realizados independientemente en la universidad del estado de Montana por Recep Avci y Zhiyong Suo verificaron los aminoácidos en los tejidos de dinosaurio, incluyendo la firma del aminoácido del colágeno, prolina hidroxilada.

Desde allí, utilizando una combinación de dos tecnologías de espectrometría de masa, la trampa lineal de iones y la trampa/orbitrampa híbrida lineal de iones, Asara pudo mejorar las técnicas que había utilizado al analizar tanto el espécimen de T. rex como los especímenes de huesos de otros animales prehistóricos, incluyen a un mastodonte y a un mamut de 300 000 años de edad.

Asara explica que al comienzo del estudio, su laboratorio utilizó un espectrómetro de masa de trampa de iones, que captura y mantiene a través del tiempo péptidos de modo que después de que es medida la masa de los péptidos recogidos, los mismos son aislados y fragmentados para revelar su secuencia aminoácida. Luego, mientras el estudio estaba en marcha, su laboratorio adquirió un muy exacto espectrómetro de masa de alta resolución, el Orbitrap XL, que fue utilizado durante la segunda mitad del análisis.

“Como tiene una precisión de masa de menos de 2 ppm, el Orbitrap nos permitió exámenes secuenciales más confiables de los que habíamos realizado en el estudio del T. rex”, dice Asara. “Por ejemplo, la diferencia de masa entre un residuo del aminoácido hidroxiprolina (que es abundante en el colágeno) y un residuo de leucina o de isoleucina es de apenas 0,0364 Da. Aunque este pequeñísima medición resultó ser un obstáculo para la trampa de iones, no fue un problema para la Orbitrap”.

Parte del material para el análisis secuencial de espectrometría de masa fue enviado también al laboratorio de William Lane de la universidad de Harvard y los datos de la secuencia de espectrometría de masa fueron verificados independientemente por John Cottrell, en Matrix Science, Londres, Reino Unido.

Otros descubrimientos de dinosaurios, como el Buitreraptor gonzalezorum encontrado en la Patagonia (arriba) han ayudado también a los científicos a entender las conexiones evolutivas entre los dinosaurios y las aves modernas. © 2005 The Field Museum.

El resultado final fue de un total de ocho péptidos de colágeno y 149 aminoácidos provenientes de cuatro muestras diferentes, secuencias que se sostuvieron cuando se realizaron múltiples pasos de validación, incluyendo la comparación con péptidos sintéticos utilizando un algoritmo de comparación espectral y una evaluación estadística.

En la parte final del estudio, el co-autor Chris Organ, un miembro postdoctoral en el Departamentos de Organísmica y Biología Evolutiva, llevó a cabo un riguroso análisis filogenético de las secuencias identificadas para determinar el lugar de B. Canadensis dentro del árbol evolutivo de los animales. Los datos de la secuencia del colágeno del B. Canadensis fueron comparados con una base de datos de secuencias de colágeno de 21 especies de animales que viven en la actualidad y con secuencias de otros dos fósiles, el mastodonte y el T. rex. Los resultados ubicaron a B. Canadensis en la misma rama familiar del T. rex, en el mismo grupo de las gallinas y de los avestruces y, más distantemente, de los lagartos y aligátores.

“El análisis filogenético arrojó resultados claros, pero el posicionamiento de los dinosaurios extintos descansa todavía sobre una cantidad limitada de datos secuenciales”, hace notar Organ. “No existen datos secuenciales suficientes como para analizar sintácticamente las relaciones dentro de los dinosaurios (el grupo que contiene a B. Canadensis, a T. rex y a las dos aves), pero el grupo en su conjunto está bien sostenido por el análisis, que es consistente con estudios basados en morfología”.

En última instancia, dice Asara, “fuimos capaces de alcanzar estos resultados, en parte, porque los sistemas de espectrometría de masa que nuestro laboratorio ha estructurado para la investigación del cáncer son capaces de un mismo rango de concentración (por debajo de un femtomol) que resulta necesario para la secuenciación de la proteína fósil antigua. Esperamos tener un éxito similar cuando haya que identificar nuevas proteínas de señalización en tejidos cancerosos”.

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El árbol de la vida. © Gustav Klimt

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Artículo original: “Preserved Proteins”
Fecha: mayo 03, 2009
Enlace con el artículo original: aquí
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