El Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG), con sede en el Parque Científico de Barcelona, ha contribuido significativamente en un estudio internacional llevando a cabo la secuenciación completa del genoma del Octopus vulgaris, y su ensamblaje y anotación. La investigación nació en el marco del proyecto internacional EASI-Genomics, que busca proporcionar tecnologías de secuenciación de ADN a la comunidad científica del mundo académico y de la industria. Los resultados de este trabajo, publicados en la revista G: Gens, Genomes, Genetic, suponen un gran adelanto en la neurociencia comparada, la investigación de la cognición y la biología del desarrollo no solo en el ámbito de los cefalópodos, sino también en el de los mamíferos.

La palabra «cefalópodo» designa a todas aquellas especies marinas cuya cabeza está literalmente unida a sus extremidades, como los calamares, los pulpos, las sepias y los nautilos. En algunos casos, su tamaño puede ser impresionante, llegando a medir más de 20 metros. Sin embargo, lo que realmente hace único a un cefalópodo es su sistema nervioso, el mayor entre los invertebrados en el caso de los cefalópodos coleoideos, que comprenden unas 800 especies. Son capaces de comportamientos tan sofisticados como recoger información de su entorno para adaptar su color o forma o incluso utilizar herramientas a su conveniencia. Precisamente por su complejo sistema nervioso, su avanzada capacidad de aprendizaje y sus excepcionales habilidades de camuflaje era necesario dar un paso más y ofrecer a la comunidad científica el ensamblaje del genoma a escala cromosómica del pulpo común, Octopus vulgaris (Cuvier, 1797), no disponible hasta el momento.

Octopus vulgaris (Source: CNAG).

Este era el principal objetivo de la investigación internacional, promovida por la Dra. Eve Seuntjens (KU Leuven, Bélgica), el Dr. Oleg Simakov (Universidad de Viena, Austria), el Dr. Graziano Fiorito y la Dra. Giovanna Ponte (Stazione Zoologica Anton Dohrn, Italia), en estrecha colaboración con la Unidad de Secuenciación dirigida por la Dra. Marta Gut y el Equipo de Ensamblaje y Anotación del Genoma dirigido por el Dr. Tyler Alioto, del Centro Nacional de Análisis Genómico.

El estudio, que se ha publicado en la prestigiosa revista G3: Genes, Genomes, Genetics, ha sido financiado por el proyecto internacional EASI-Genomics, una iniciativa de colaboración coordinada por Ivo Gut (director del CNAG) cuyo objetivo es proporcionar tecnologías de secuenciación de ADN a investigadores del mundo académico y de la industria. Una de las aportaciones más importantes del estudio ha sido la oportunidad de descubrir más sobre el funcionamiento del cerebro, a partir del estudio de la plasticidad neuronal de los cerebros de cefalópodos.

Según el Dr. Gut, coordinador de EASI-Genomics: «Es muy gratificante ver que un proyecto tan difícil como este alcanza un resultado tan impresionante. Una vez más se han traspasado los límites de lo que es posible con las tecnologías genómicas en lo que se refiere al tratamiento de genomas muy complicados. También pone de relieve la necesidad de una estrecha colaboración entre los investigadores que intentan ir más allá y las operaciones con tecnología puntera de centros como el CNAG».

23.000 genes, descifrados en España por las tecnologías genómicas más punteras

En el CNAG, la Unidad de Secuenciación y el Equipo de Ensamblaje y Anotación del Genoma han contribuido significativamente al estudio, realizando la secuenciación del genoma completo (WGS) utilizando las tecnologías genómicas más punteras, como las de Illumina, Oxford Nanopore Technologies y 10X Genomics, y aplicando contactos de cromatina para conseguir un ensamblaje del genoma a nivel cromosómico.

Según el investigador del CNAG, Dr. Tyler Alioto: «El ensamblaje de los 30 cromosomas del genoma del pulpo común y sus más de 23.000 genes resultó más fácil gracias a que utilizamos una combinación de nuevas tecnologías de secuenciación de ADN capaces de leer fragmentos muy largos de ADN a la vez y un método de secuenciación complementario capaz de agrupar las secuencias ensambladas en cromosomas. Este genoma ha supuesto un reto computacional sin precedentes, debido a la complejidad del genoma subyacente. Estamos realmente satisfechos con los resultados finales».

Un nuevo mapa genético disponible, modelo de referencia también para los mamíferos

El resultado de la investigación ha sido todo un éxito, arrojando luz sobre los estudios genómicos anteriores, particularmente de gran ayuda para caracterizar la diversidad celular del cerebro en desarrollo, la evolución de los cerebros de los cefalópodos y el repertorio de ARN no codificante propio de los cefalópodos. El ensamblaje contiene 2.800 millones de pares de bases, el 99,34% de los cuales se encuentran en 30 cromosomas. La anotación del pulpo común comprende 23.423 genes codificadores de proteínas. Sólo como referencia, el genoma humano contiene 20.000 genes, en 23 cromosomas.

Además de convertirse en un importante modelo emergente para futuros estudios evolutivos de cefalópodos, el genoma a nivel cromosómico del Octopus vulgaris supondrá un gran avance en la neurociencia comparada, la investigación de la cognición y la biología del desarrollo. La comunidad científica dispondrá de otra herramienta para profundizar en el estudio del sistema nervioso, de aprendizaje y de memoria, no sólo en el ámbito de los cefalópodos, sino también en el de los mamíferos.

De hecho, esta especie es tan fascinante, sobre todo en el ámbito científico, que los estudios de estos animales cuentan con una larga tradición, especialmente desde que la plasticidad neuronal del cerebro del pulpo -es decir, la capacidad del cerebro para cambiar y adaptarse a medida que se aprende y se experimentan cosas nuevas- aporta pruebas de la existencia de
estructuras funcionalmente análogas a las del cerebro de los mamíferos. Esto los convierte también en un grupo modelo comparativo para estudios neurofisiológicos. Por otra parte, su capacidad para regenerar partes de su cuerpo, así como los rápidos cambios de sus patrones corporales, que son importantes para el camuflaje y la comunicación, hacen de los pulpos un tema de investigación popular para estudiar cómo surgieron -y cómo han cambiado- estos rasgos innovadores durante la evolución.

» Artículo de referencia: Dalila Destanovic et al., ‘A chromosome-level reference genome for the common octopus, Octopus vulgaris (Cuvier, 1797)’. October, 2023. DOI: https://doi.org/10.1093/g3journal/jkad220

» Más información: web del CNAG [+]