Reviven bacterias prehistóricas de una cueva cántabra para salvarnos de las infecciones

La cueva cántabra de El Mirón reservaba una sorpresa increíble para los arqueólogos que trabajaban a las órdenes de Manuel González Morales en 2010: el primer enterramiento del Paleolítico Superior de la península ibérica. Este catedrático de la Universidad de Cantabria y el equipo internacional que le acompañaba descubrieron el esqueleto de una mujer de hace 19.000 años, a la que llamaron la Dama Roja. El hallazgo era excepcional porque las tumbas paleolíticas son rarísimas, pero también porque el estado de conservación de los restos era magnífico. Poco podían imaginar entonces que los dientes fosilizados de aquella persona, sin duda relevante en su época, guardaban un secreto mucho mayor que en pleno siglo XXI puede abrir una nueva puerta a la ciencia y a la biomedicina.

Ahora la revista Science acaba de publicar un estudio que reconstruye el genoma de bacterias desconocidas, que datan de la Edad de Piedra y ya han desaparecido, a partir del ADN antiguo encontrado en los dientes fosilizados de la Dama Roja, comparándolos con otros restos procedentes de varios yacimientos que incluyen dientes de humanos prehistóricos y neandertales. La investigación, liderada por el Instituto Leibniz de Investigación de Productos Naturales y Biología de Infecciones, el Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva y la Universidad de Harvard, permite sintetizar compuestos naturales que solo podrían haber producido esos microorganismos y da paso a un campo inexistente y fascinante: la búsqueda de nuevos fármacos derivados de formas de vida del pasado.

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En general, los microbios producen sustancias químicas naturales, es decir, antibióticos con los que unas bacterias se defienden de otras y que, por lo tanto, son útiles como medicamento para tratar infecciones que afectan al ser humano. Esa producción depende de tipos especializados de genes que codifican la maquinaria capaz de generar compuestos químicos concretos. En la actualidad, solo nos beneficiamos de los metabolitos derivados de las bacterias vivas, pero estos microorganismos han habitado la Tierra desde hace 3.000 millones de años, así que existe una enorme variedad de potenciales productos naturales terapéuticos que permanecen ocultos para la biomedicina, perdidos en el pasado, pero quizá no irrecuperables. De hecho, este estudio supone un hito sin precedentes “al revelar la gran diversidad genética y química de nuestro pasado microbiano”, comenta la investigadora Christina Warinner, coautora del trabajo.

El estudio demuestra que las herramientas de la biotecnología molecular sintética permiten que bacterias vivas produzcan sustancias químicas codificadas por los genes antiguos. Por primera vez se aplica con éxito este enfoque en microorganismos que ya no existen y el resultado es el descubrimiento de una nueva familia de productos naturales microbianos que los investigadores han denominado "paleofuranos". "Este es el primer paso para acceder a la diversidad química oculta de los microbios del pasado de la Tierra, y agrega una nueva y emocionante dimensión temporal al descubrimiento de productos naturales", dice Martin Klapper, otro de los investigadores implicados.

¿De la cueva prehistórica a las farmacias?

Pero ¿cómo empezó todo? El sarro de los dientes de la Dama Roja cántabra reveló la existencia de ADN de una bacteria del género Chlorobium increíblemente bien conservado. Ese cálculo dental o sarro es una acumulación de calcio, fósforo y otros minerales que va recubriendo los dientes si no se limpian, precisamente, por los efectos de la actividad bacteriana en la boca, y permite preservar restos de todo tipo, incluyendo almidón de plantas, esporas de setas o pequeños tejidos vegetales. Todo esto “nos informa de la alimentación de esas personas y en este caso es especialmente interesante, porque la bacteria hallada no es habitual en el microbioma oral y puede estar relacionada con el agua que ingirió”, explica el arqueólogo González Morales en declaraciones a El Confidencial.

En 2021, la revista PNAS publicó un artículo sobre la evolución del microbioma oral de los homínidos, es decir, el conjunto de microorganismos bucales de varias especies, desde monos modernos a humanos, pasando por neandertales. Aquella investigación, en la que ya participaban varios de los autores que firman ahora en Science, permitió sacar conclusiones muy interesantes. “Comprobamos que la preservación del ADN en el sarro dental de nuestra Dama Roja de El Mirón era excepcionalmente buena y vimos que estos restos permitían ir un poco más allá, que se podía intentar manipular el ADN de esas bacterias presentes en el microbioma humano”, comenta el arqueólogo español. A partir de la identificación de la bacteria Chlorobium, los investigadores volvieron a las bases de datos del estudio anterior y lograron identificar segmentos de su ADN específico en neandertales de cuevas de Serbia y Bélgica y en media docena de otros yacimientos humanos del Paleolítico Superior, tanto del norte de África como de diversos puntos de Europa. En algunos casos, se trata de restos que se remontan a hace más de 100.000 años.

En realidad, esa labor ha sido como resolver un rompecabezas, porque generalmente el ADN se degrada rápidamente y se rompe en multitud de pequeños fragmentos. Los científicos pueden identificarlos al compararlos con las bases de datos, pero en el caso de los restos arqueológicos la tarea es mucho más compleja, puesto que la mayoría del material genético antiguo no se puede comparar con el existente en la actualidad. En la actualidad, los avances informáticos hacen posible volver a unir los fragmentos de ADN, reconstruyendo genomas desconocidos, pero en el ADN antiguo sigue siendo casi imposible, porque suele estar muy deteriorado. “Tuvimos que repensar por completo nuestro enfoque”, comenta Alexander Hübner, otro coautor, pero después de tres años de pruebas el resultado fue satisfactorio. "Ahora podemos comenzar con miles de millones de fragmentos de ADN antiguos desconocidos y ordenarlos sistemáticamente", destaca.

La unión de arqueólogos, bioinformáticos, biólogos moleculares y químicos ha puesto a punto una tecnología que permite recrear moléculas producidas por las bacterias hace miles de años y que tienen un enorme potencial en un mundo que ya tiembla ante el problema de las resistencias bacterianas. Los antibióticos han salvado millones de vidas en las últimas décadas, pero están dejando de ser útiles frente a algunas enfermedades porque las bacterias se han adaptado a estos tratamientos, volviéndose resistentes. En parte, la solución está en la búsqueda de nuevos compuestos y esta ventana al pasado parece ofrecer ahora una ayuda inesperada. "Nuestro objetivo es trazar un camino para el descubrimiento de productos naturales antiguos e informar sobre sus posibles aplicaciones futuras", apunta Pierre Stallforth, otro de los firmantes del trabajo.

Lo más importante es que, mediante procedimientos de biosíntesis, “han logrado revivir la actividad de la bacteria”, indica González Morales en referencia al ADN de Chlorobium hallado en los dientes de la Dama Roja, “y su capacidad para producir compuestos o metabolitos propios de la actividad bacteriana, que también eran desconocidos”. De esta forma, “se abre un campo nuevo a la posibilidad de obtener productos que sirvan de base para medicamentos de base natural y combatir enfermedades”.

La venganza de la ciencia que no servía para nada

La tumba de la cueva cántabra había llamado la atención de los expertos desde su descubrimiento porque los huesos estaban cubiertos de pintura roja y los restos de polen hallados revelaban que la tumba había sido decorada con flores. “Es un enterramiento complejo, si se molestaron en enterrar a alguien con este tipo de ritual en esa época, suponemos que era alguien especial”, comenta el experto de la Universidad de Cantabria. Además, “la preservación del ADN es excepcional” en este lugar.

Como arqueólogo, el profesor emérito de la Universidad de Cantabria, ve que los yacimientos pueden realizar aportaciones inesperadas a la humanidad gracias a la tecnología moderna. “Siempre se habla de que nuestros trabajos son cosas relacionadas con la cultura y que no tienen aplicación práctica”, comenta. Sin embargo, “hace mucho tiempo que se ha demostrado lo contrario”. Quizá nunca se había llegado tan lejos como en este caso, admite, pero las ramificaciones de muchos hallazgos resultan fabulosas.

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Por ejemplo, “nuestro grupo lleva muchos años dedicado al análisis del cambio climático en el pasado, haciendo estudios detallados de las variaciones de temperatura del agua del mar y su impacto sobre los moluscos que aparecen en los yacimientos arqueológicos, ya que la gente se los comía y dejaban sus conchas”. Por eso, se trata de un trabajo “fundamental para generar conocimiento, pero no solo del pasado por afán de saber, sino por sus aplicaciones prácticas”.

¿Saldrá un medicamento de los restos fósiles hallados en la cueva de El Mirón? “Sería extraordinario encontrar una aplicación en el campo de la salud”, reconoce el investigador de la Universidad de Cantabria. “Suena a ciencia ficción, pero es realidad, afortunadamente”, añade. La Dama Roja fue alguien importante para un pequeño grupo de personas que habitaron las montañas cántabras hace 19.000 años, pero quizá pueda serlo aún más para muchas más en un futuro que no llegó a conocer.