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En 2016, Natnael Mebrahtom termine troisième du championnat d'Érythrée du contre-la-montre juniors. Fin 2017, il se distingue sur les routes Tour du Rwanda, auquel il prend part avec la sélection nationale érythréenne, en réalisant quatre tops 10 (3e, 7e, 8e et 10e). Il remporte par ailleurs le classement du meilleur grimpeur[1].
Au début de l'année 2018, il se présente au départ de la première édition du Tour de l'Espoir au Cameroun, épreuve inaugurale de la Coupe des Nations Espoirs. Il s'impose dès la première étape à Douala, et s'empare par la même occasion du maillot de leader, qu'il perd à l'issue de la troisième étape, au profit du coureur rwandais Joseph Areruya. Toujours classé deuxième de l’épreuve à la veille de l'arrivée, il perd cependant toutes chances de podium final à cause d'une chute[2], et rétrograde à la douzième place du général, le dernier jour[3].