Comparemos dos medios de transporte. Transmisión del mensaje genético.
La información se transmite. El vehículo que se utilice para ello depende de la finalidad: ondas hertzianas para la televisión, ondas de radio, microondas en telefonía móvil, pulsos electromagnéticos en sensores de alta frecuencia… Para expresarse mediante el código morse sirven las señales luminosas dentro del espectro visible o las acústicas.
Sin embargo, pensemos por un momento en nuestro material genético: los cromosomas y sus habitantes, las compactas comunidades de ADN, ese portador de unidades de información tan especiales: los genes. Un vehículo muy exclusivo de innegable eficacia en su misión de transportar el mensaje genético. Al igual que el AVE transporta pasajeros con rapidez como exponente de la tecnología ferroviaria.
En la comparación que proponemos para simplificar su comprensión, el ADN sería asimilable a un larguísimo tren lleno de viajeros, desconocidos o no, pero siempre relacionados por algún criterio que los asociase de dos en dos: gruesos, delgados, listos, agresivos, pacíficos, paisanos, abogados, albañiles, ateos, amas de casa, fumadores, mujeres, hombres… Cada ciudadano sería lo que se denomina una Base o compuesto químico presente en la molécula de ADN. Las Bases se designan por una letra: A, C, G, T y U… Esas parejas de pasajeros o Bases siguen un orden determinado. Las personas que en ese momento no viajan, habitan las ciudades y se ocupan de otros asuntos. Cuando el organismo lo requiera se introducirán en ese tren con un fin importantísimo que veremos más adelante.
El ADN se aloja en el cromosoma. Cada cromosoma es como una ciudad. El conjunto de cromosomas forma parte de la nación, o sea la célula. Hay ciudades grandes, pequeñas, pueblos, aldeas…, que constituyen junto con el paisaje la totalidad de la célula. Si concentráramos a 23 pares de cromosomas de distinto tamaño en una región, podríamos asimilar esa región al núcleo de la célula, o sea, un lugar donde residen ciudadanos. Cuando la célula necesita sintetizar una proteína, se ponen en marcha algunos ciudadanos. En el núcleo pues, hay habitantes que viajan, pero si bien en las ciudades algunos lo hacemos en avión o en coche, en la célula sólo utilizan el autobús y el AVE. Ahora veremos por qué.
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Esquema de la estructura del ADN. Se representa como dos hélices con giro hacia la derecha (en verde) con sus respectivas medidas: ancho (2,3nm), número de nucleótidos por giro (10) y distancia entre las bases (0,34nm). (Reproducido de Solari A, 1999, Genética Humana, 2ª. ed., Editorial Médica Panamericana).
Tras un proceso evolutivo, la tecnología ha permitido pasar de la locomotora de vapor a los trenes de alta velocidad. La evolución biológica ha hecho posible pasar de organismos inferiores a los más complejos mediante la actividad de sus genes. El material genético ha adquirido una cualidad que lo distingue de los seres primigenios.
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Unidad UT-100 AVE saliendo de la estación de Atocha-Madrid, con destino en la estación de Santa Justa-Sevilla.
Podríamos asimilar el ADN celular de los seres evolucionados con un gran tren AVE: Cada vagón es una zona del ADN que forma parte de una larguísima cadena; en la molécula de ADN hay ciertas zonas que se llaman genes, los responsables de transmitir factores hereditarios como la estatura o el color del pelo por ejemplo. Bien, pues imaginemos que sólo determinados vagones de nuestro AVE son genes. En cada uno de esos vagones los ciudadanos viajarían agrupados como unidades de información inteligentes: los pasajeros irían "emparejados" por un tipo de vínculo (matrimonio, profesión, parentesco…) del mismo modo que existe una unión entre las parejas de "Bases" (A, C, T, G Y U) en la cadena de ADN.
Cuando la célula tiene necesidad de sintetizar una proteína, se copia un gen: el AVE desembarcará viajeros en cada parada. Entonces llega un autobús, el ARN mensajero, donde los pasajeros se alojan en el mismo orden que en el vagón.
El autobús irá recogiendo a distintas parejas en cada estación. Ejemplo: en el AVE Madrid-Sevilla, algunos son recogidos en Ciudad-Real, otros en Córdoba y finalmente en Santa Justa..
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A continuación, el autobús traslada el pasaje a unas factorías (ribosomas) donde algunos de los viajeros traducen la información que permitirá construir las proteínas, moléculas fundamentales para el desarrollo de la vida.
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Es decir, se respeta el orden que llevaban las parejas en los vagones, pero solo una parte de ese ordenamiento es la que se utilizará para codificar los eslabones (aminoácidos) de una PROTEÍNA. Y es que gran parte del ADN es silencioso. No se usa para codificar aminoácidos. Ahí tenemos un gran misterio de la biología ¿Por qué poseemos tanto ADN "sobrante"?
No sabemos qué contestar a esto, pero sí podemos empezar a comprender el mecanismo que conduce a construir el mapa genético de los seres humanos y por ende, el de los seres vivos que habitan nuestro planeta.
En nuestro símil, las proteínas se podrían comparar con los resultados de la actividad productiva de los ciudadanos: estos construyen edificios, medios de transporte, utilizan la energía para procesos fabriles…
CODIGO O CLAVE GENÉTICA
Esta clave está formada por palabras (llamadas codones), cada una de ellas constituida por tres letras (tres de las cuatro bases nitrogenadas del ADN), las cuales son codificadas para los 20 aminoácidos principales que constituyen las proteínas. Cada aminoácido esta representado por tres codones diferentes.
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Podríamos comparar las casillas de cada columna o fila con "vagones" donde los tripletes de letras serían viajeros alineados en sus asientos.
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El producto de un secuenciador génico de alto volumen en las instalaciones del CIMMYT. Presentación gráfica de ochocientos pares de bases de 27 genes (las pistas están indicadas por los rombos azules en la parte superior). Las secuencias de DNA se distinguen por el color: el rojo indica "T"; el azul, "C"; el amarillo, "G"; el verde, "A". Se usan complejos instrumentos de bioinformática para obtener información útil a partir de esos datos. Extraído de www.cimmyt.cgiar.org
Por mapeo génico se pueden determinar todos los genes que están en el mismo cromosoma y secuenciar las bases: ver en qué orden se emparejan los pasajeros de los vagones. Hasta ahora se han secuenciado alrededor de 3000 millones de pares de bases (Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Asociación Ciencia Hoy – Volumen 12 – Nº 67- Febrero/Marzo 2002) tantas como el presupuesto del proyecto genoma: 3000 millones de dólares.
También se trata de ver a qué proteína corresponde cada gen, así como conocer todas las proteínas de un organismo (Proteómica).
Sería algo así como reunir toda la producción de las factorías-ribosoma para identificar las proteínas una a una.
En nuestro símil, establecer el mapa genético es como identificar cuáles son los vagones-gen del entramado del larguísimo AVE que discurre de un punto a otro de la ciudad-cromosoma. Para ello se utilizan unas moléculas llamadas enzimas, que escogen zonas del AVE y las separan del resto. Esas zonas pueden formar un gen, que es copiado a un autobús ARN-mensajero.
El primer cromosoma secuenciado totalmente fue el cromosoma 22, formado por 545 genes. Los cromosomas se presentan en pares. Un miembro de cada par proviene de la célula del esperma del padre y el otro miembro del par, proviene del ovocito de la madre. En otras palabras, el bebé recibe mitad de material genético de la madre y la otra mitad del padre. Cuando los cromosomas son examinados bajo el microscopio, se ven así:
Conjunto de cromosomas de un varón.
Alberto J. Solari: Doctor en Ciencias Médicas (UBA), Profesor Emérito de la Facultad de Medicina de la UBA e Investigador Superior del CONICET.
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Dispersos entre los 23 pares de cromosomas de cada célula humana se encuentran 30.000 genes. () Se han secuenciado 3000 millones de pares de Bases, es decir, se ha visto cuál es el ordenamiento de todas las parejas de viajeros que ocupan los vagones-gen del AVE.
Una vez que se conozcan todos los genes del ser humano, se podrían identificar y relacionar los cambios (mutaciones) existentes en las bases que los constituyen y así determinar la posible causa de alguna de las 5000 enfermedades de origen genético que se han descrito. Así, la base C se empareja siempre a una G y la A con la T. Si en el gen estudiado se observa la sustitución de una C por una A, es una alteración que puede conducir a una enfermedad. Pero ¡cuidado! Los "defectos" en los genes pueden o no ser la causa de enfermedades congénitas. Hay que considerar el ambiente en que se desarrolla el individuo. Es la interacción entre el conjunto de genes y el ambiente lo que va conformando las cualidades de nuestro organismo.
Imaginemos que todos los genes del ser humano, su genoma, están integrados dentro de comunidades distribuidas a lo largo de cada ciudad-cromosoma. Como los individuos en una población. Esto daría lugar a sistemas que podrían aportar mayor conocimiento sobre los genes, al ser estos susceptibles de organizarse, interaccionar y evolucionar siguiendo unas regulaciones entre ellos. Ello ha dado origen a una nueva disciplina: la Genómica funcional, con un gran potencial de desarrollo en un próximo futuro.
Hasta ahora se han descifrado genomas completos como el de la levadura, el de la bacteria Escherichia coli, el del nematodo (gusano) C. elegans, el de la mosca Drosophila melanogaster, y el de varias plantas. De manera que ya disponemos de varios genomas para comparar su funcionalidad. Su "comportamiento".
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No hace falta ser un visionario para afirmar que las implicaciones son enormes: un mundo en que muchas de las enfermedades puedan ser detectadas, atajadas y combatidas en los primeros años de vida; un conocimiento más amplio de cómo nuestros genes interactúan entre sí y con el medio ambiente y el ser más conscientes de la estrecha relación entre el ser humano y otros organismos que habitan el planeta. www.cimmyt.cgiar.org
La genómica funcional permite describir a qué se dedica cada gen:
- Los rasgos que determinan.
- Las leyes a las que se ven sometidos.
- Su relación con otros genes.
- La identificación de un patrón de comportamiento en un gen, dependiendo de las condiciones que le circundan.
- La actividad que desarrolla el gen cuando está alterado en relación a su actividad normal.
Los procesos biotecnológicos han permitido determinar qué genes intervienen, la naturaleza de la interacción con su entorno y cuánto tarda en manifestarse esta en un rasgo característico. Cada célula del organismo tiene el mismo material genético durante toda su vida. Sin embargo, la expresión del gen (su actividad) varía de unas células a otras, de unos estadios de desarrollo a otros, según el estado de salud y las condiciones ambientales. Sólo "conociendo" bien al gen estaremos capacitados para entender los procesos biológicos moleculares en los que interviene.
FIN DEL ARTÍCULO
P.D. Una siguiente entrega podría tratar sobre la Farmacogenómica (Bailey et al., 1999) que se puede definir como el estudio de los efectos de los medicamentos sobre los genomas de los individuos. La Farmacogenómica constituye un poderosa estrategia en la comprensión de la enfermedad y en la caracterización de las respuestas biológicas a los medicamentos, tanto desde la perspectiva de su eficacia y toxicidad como de la identificación de las diferencias entre los tejidos normales y los patológicos (Furness y Pollock, 2001). La Farmacogenómica puede tener un gran impacto en el descubrimiento de nuevos medicamentos incidiendo en diferentes áreas del proceso ya sea en la identificación de los compuestos químicos que pueden llegar a ser fármacos potenciales ya sea en la modificación y adaptación de su estructura molecular asegurando la seguridad y eficacia clínica. Es bien sabido que, en ocasiones, el mismo tratamiento farmacológico aplicado a dos personas que padecen la misma enfermedad produce resultados diferentes: a una le cura y a la otra no. O bien los efectos secundarios de un mismo medicamento pueden ser totalmente distintos en cada paciente. ¿A qué puede ser debido este comportamiento diferente?
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Marcos Sanchez