El gene cumple cien años: Un breviario de la ciencia genética como celebración (página 2)

En eso consistía el mecanismo aceptado de la transmisión de los rasgos que fluyeran de los padres a sus hijos.

Por ejemplo, si alguien hereda el cabello rubio o la predisposición hacia el cáncer del seno, los chances son que esa persona heredó un gene que propiciaría esas tendencias.

Estas elaboraciones de lo qué consistiera la esencia del gene, funcionó espectacularmente bien — de hecho, tan bien — que en el año 1968 el biólogo molecular Gunther Stent declaró que las generaciones futuras de científicos, tendrían que contentarse con lo establecido, ya que nada más restaba por descubrir en el campo de la genética.

Ribosoma

Lo que así no sucedió.

Examinemos entonces, los pormenores

Stent y sus asociados, sabían muy bien, que los detalles mismos para validar sus afirmaciones, eran de la mayor importancia. Ellos ya entendían que algunos genes podrían ser apagados y encendidos cuando éstos se adherían sólidamente a partículas contiguas de ADN. Ellos asimismo sabían que algunos genes codificaban moléculas de ARN que nunca se convertirían en proteínas — porque, en la realidad, éstas tenían otras misiones, como sería la de construir proteínas dentro del ribosoma.

Pero estas excepciones no les parecerían de la importancia suficiente para que los científicos desearan poner en tela de juicio sus asertos.

¿Estaban satisfechos con el status quo? —  Sí, lo estaban, y, ¿por qué no? — Ya que entonces creían, saberlo todo.

Pero más obstáculos en este sendero esperaban hacer sus presencias sentidas. En medio de los años 1980s y 1990s, los científicos descubrieron que cuando una célula produce una transcripción del ARN, lo hace cortando grandes secciones del material celular mientras que sólo conserva unos pocos vestigios de este material para cumplir su misión.

Estructura del ARN

En este último proceso, las partes del ADN que la célula copia se conocen como exones, las que elimina se llaman intrones.

Porciones vastas de no-codificante ADN, asimismo residen entre las regiones de proteínas-codificantes. De los 21,000 sectores de DNA no-codificante en el ser humano, éstas constituyen un 1.2 por ciento del genoma.

El genoma

En el año 2000, un grupo de científicos, trabajando en colaboración, produjeron el primer borrador del genoma que contiene todo el material genético presente en la célula humana. Ellos fueron capaces, de identificar la localización de los genes que eran codificadores de proteínas, dejando sin explorar el otro 98.8 por ciento del material genético existente en el ser humano.

Desde entonces, para descifrar lo que resta, los científicos han comenzado la empresa dificultosa de aclarar esa jungla genómica remanente, mapeándola en sus detalles más finos.

Actualmente, cientos de científicos, por todo el mundo, están conduciendo una serie de experimentos para lograr establecer la función de cada porción del ADN contenido en el genoma humano. En el verano del 2007 se publicaron los resultados preliminares, por ellos obtenidos en 1 por ciento del genoma — reflejando la presencia de unos tres millones de "letras" de ADN.

El código genético está escrito en letras como en el título de la película Gattaca, con cada letra representando el nombre de una molécula, llamada una base: guanina (G), adenina (A), timina (T), citosina (C).

Los resultados preliminares, arriba mencionados, revelan que el genoma está saturado por genes que son muy extraños en sus comportamientos en lo que a genes respecta. Estos genes extraños, en su abundancia y presencia, constituyen no la excepción, sino la regla, de acuerdo a los investigadores del Cold Spring Harbor Laboratory.

Un gen "extraño", por ejemplo, puede hacer más de una proteína por medio de un proceso especial. Algunas células a veces envían exones dentro de las transcripciones de otros genes. Esos exones pueden provenir de localidades diferentes y aun de cromosomas distintos, como hemos visto en algunos de mis artículos.

Así que no podemos continuar pensando que los genes son segmentos simples de ADN en una localización fija.

Prosiguiendo, y para crearnos mayor confusión acerca de los conocimientos que de antes existieran, con respecto a la herencia, actualmente sabemos que el genoma se organiza de otra manera, distinta de la supuesta. Disposición que pone en duda la importancia del rol que los genes ejercen en la transmisión de rasgos hereditarios — Hallazgo, este último, que fuera totalmente inesperado.

Linaria amarilla

Entra en la escena: la ciencia epigenética

Como ciencia y en sus aplicaciones, esta disciplina ha sido descrita en suficiente detalle por mí en algunos de mis recientes artículos, a donde referimos al interesado lector.

Veamos

Nuestro ADN está tachonado con millones de proteínas y otras moléculas diferentes, las que determinan cuáles son los genes que pueden producir transcripciones y cuáles no. Nuevas células pueden heredar esas moléculas con el ADN, haciendo que la herencia ocurra por un rumbo diferente.

Uno de los ejemplos más salientes de este último medio de expresión hereditaria es la de una flor común conocida como la linaria. La mayoría de estas plantas producen flores de pétalos blancos dispuestos en una simetría que recuerda la reflexión de un espejo. Sin embargo, algunas de estas plantas producen flores que aparecen como estrellas de cinco puntas, y de color amarillo. Ambas variedades de linarias transmiten las características de sus pétalos a sus descendientes. Sin embargo, la diferencia entre las flores no es resultado de diferencias en el ADN.                                                                                                                                               

Epigenética

Los marcadores o hitos epigenéticos

Todas las moléculas que se afianzan al ADN, son conocidas colectivamente como marcadores epigenéticos, éstas resultan ser esenciales para hacer que las células adquieran su morfología final en la estructura del organismo. A medida que un embrión madura, los marcadores epigenéticos en diversas células, se alteran, y como consecuencia final, éstos resultan en el desarrollo de tejidos de diferentes naturalezas y estructuras. Además, una vez que un patrón final epigenético se establece, éste se aferra testarudamente a las células, como asimismo hace la grasa que acumulamos con las células adiposas.

Estas investigaciones puede que nos suministren algún día pistas acerca de los orígenes del cáncer y de otras enfermedades. Mientras tanto, ya hemos reconocido, por mucho tiempo, que cuando el ADN muta, cualquier célula puede inclinarse a ser cancerosa. Estudios recientes sugieren que cuando marcadores epigenéticos son perturbados, éstos se pueden tornar más vulnerables al cáncer. Así sucede, porque genes esenciales son apagados y genes que debieran ser extinguidos se encienden. Lo que termina en la situación de que ambos tipos de cambios resultan ser especialmente peligrosos ya que estos canjes se transmiten de célula a célula a todos los descendientes.

Más adelante, cuando las células, a su vez, se dividen, sus descendientes acarrean el mismo componente de marcas genéticas.

Nuestros científicos actuales conocen en el presente mucho menos acerca de este "epigenoma" que lo que saben acerca del genoma. Lo que hoy tratan de remediar de modo energético por medio de proyectos costosísimos y ambiciosos de exploración rigurosa.

Cuando un embrión comienza su desarrollo, las marcas epigenéticas que se acumulan de ambos padres, se eliminan. Las células, entonces, reciben un nuevo grupo de marcadores epigenéticos similares al prototipo que tuvieran sus progenitores cuando ellos mismos fueran embriones.  

Embrión humano

Este mismo proceso es uno que es muy delicado, porque si un embrión experimenta ciertas clases de estreses, puede que fracase en el proceso de fijar las marcas epigenéticas indicadas y correctas.

Veamos un ejemplo clásico de la importancia del estudio de la epigénesis

En el año 1944, Holanda sufrió los efectos de una hambruna brutal. Como corolario, algunos investigadores de la Universidad de Leyden, estudiaron unas 60 personas que fueran concebidas durante ese mismo período de tiempo. Los resultados de este proyecto demostraron que las personas afectadas expresaban menos marcadores epigenéticos que sus hermanos. Los investigadores interpretan los hallazgos como indicación de que durante la mencionada escasez severa de comida, las mujeres embarazadas carecían de la habilidad de proveer a sus bebés con los ingredientes primarios para producir las marcas epigenéticas esenciales para su desarrollo normal.

De lo que se infiere, que, al menos, en algunas personas, esos patrones epigenéticos puede que sean pasados a generaciones futuras. Lo que no se sabe es cuán a menudo sucede este fenómeno. Investigadores de la Universidad de Tel Aviv en Israel, han compilado una lista de 101 casos en los cuales un rasgo asociado a un cambio epigenético se ha transmitido a tres generaciones posteriores.

Transposones

Hoy se pueden citar ejemplos innumerables donde los cambios epigenéticos persisten por varias generaciones.

Ahora estudiemos algo, por tantos ignorados: el ARN

Comenzaremos considerando el hecho de que los marcadores epigenéticos son fascinantes no sólo por sus efectos sino que lo son asimismo por la manera en que son creados en primer lugar. Por ejemplo, para poner una cobertura de grupos metílicos en el ADN, un aglomerado de proteínas tiene que ser guiado al sitio preciso. Hoy se conoce que quien lo guía a su destinación específica es una molécula especial de ARN que la puede fijar.

Por ejemplo, en el año 2006, Craig Mello y Andrew Fire de la Universidad de Massachusetts y la Universidad de Stanford, ganaron el Premio Nobel por haber demostrado que moléculas pequeñas de ARN podrían silenciar genes interfiriendo con su transcripción.

Extraño ADN y el rol de los virus

Muchos de los elementos que afectan el genoma provienen de virus invasores que lo perturban. Estos virus de modo repetitivo infectaban nuestros antepasados, sumando su ADN al material genético transmitido a generaciones posteriores. Pero, una vez que esos virus invadieran nuestros genomas, ocasionalmente, ellos harían copias nuevas de sí mismos, y las copias eran fijadas en otras regiones del genoma. Consecuentemente, luego del paso de muchas generaciones, ellos mutarían perdiendo su facultad de movimiento.

Madre famélica y su, hambriento, bebé

El hecho conocido es que todos esos mendrugos que permanecen dispersos, provenientes del ADN viral, pueden desorganizar el genoma, incitándolo a que cese la producción de proteínas esenciales. Cientos de trastornos genéticos establecidos ya han sido vinculados a sus efectos. Por esta razón uno de las funciones más importantes que el RNA no-codificante sirve en el genoma es la prevenir que los virus que existen en el ADN se propaguen rápidamente.

Mientras tanto, seguimos avanzando, porque después de cien años, como el Brigadoon de la leyenda, el gen está haciendo su nueva aparición.

En seguida, continuaremos, explorando hallazgos recientes, de gran importancia acerca de las funciones del ARN

El poder y la fuerza del ARN en acción

Aquellas personas cuyos cuerpos producen una forma descomunalmente activa de una cierta proteína, poseen la tendencia a tener niveles de colesterol excesiva y peligrosamente elevados. Mientras que otras personas dotadas con una forma inactiva de esta misma proteína poseen niveles bajos de colesterol y están a riesgo muy reducido de padecer ataques al corazón.

La proteína a la cual hacemos referencia en el párrafo anterior se denomina PCSK9 la que es objeto de mucha investigación para el desarrollo de fármacos que interfieran con su acción

Esquema del virus de la influenza

Un método nuevo para bloquear PCSK9 se conoce como la interferencia del ARN (iARN). Método que opera de la manera siguiente, en vez de barrer una proteína, quitándola del paso, después de haber sido producida, la interferencia del ARN, cierra la llave, terminando la producción de la proteína, silenciando el gene que contiene su fórmula.

Una droga basada en esta metodología está en proceso de desarrollo por Alnylam Pharmaceuticals.

La droga en cuestión representa una aplicación práctica de descubrimientos científicos que demuestran que el ARN, de antes considerado una dependencia del ADN, es en realidad un partícipe de idéntica importancia, en la herencia. Los genes clásicos, fabricantes de proteínas están en su lugar de siempre en el doble-hélice, pero el ARN juega un rol muy poderoso en la función total de los genes.

Diferencias entre el AND y el ARN

La interferencia del ARN (o iARN), que fuera descubierta sólo hacen unos diez años, continúa atrayendo un interés enorme, por su habilidad demostrada de neutralizar genes que causan enfermedades.

Hoy existen, por lo menos, seis drogas tipo iARN que aguardan sus aplicaciones en el tratamiento de enfermedades del ojo y de algunos cánceres.

ARN y ADN son trenzas compuestas de unidades químicas que representan las letras del código genético. Cada letra se parea con sólo otra letra, su complementaria específica. De manera que dos trenzas solamente pueden empastarse entre sí, únicamente si sus secuencias son complementarias.

Genes que contienen las fórmulas para hacer proteínas son hechos de ADN. Cuando una proteína va a ser producida, el código genético para esa proteína se transcribe desde el ADN a una sola trenza de ARN, llamado ARN mensajero, que conduce la receta a la máquina que forma la proteína. Estas proteínas, en turno, ejecutan la mayor parte de las actividades de las células, incluyendo la de activar otros genes.

Petunias perturbadas por iARN

Hoy se estudian un gran número de nuevos subgrupos de ARN, cuyas funciones aún transcienden los límites de nuestro entendimiento.

Todavía reina mucha incertidumbre acerca del significado del rol del ARN en la función de los genes. Lo que sí ya se entiende es que su papel no es secundario o de importancia menor.

Los científicos hoy creen que la interferencia del ARN evolucionó como mecanismo de defensa contra los virus, ya que el ARN doble trenzado es muy raro fuera de los virus.

Lo importante ahora, es tener en cuenta que los nuevos mecanismos que aquí hemos descrito, cuando se apliquen al tratamiento de dolencias humanas pueden estimular efectos secundarios negativos, vía el sistema inmune — por ello hay que proceder con cautela dentro de nuestro entusiasmo.

Mientras tanto, permanezcamos optimistas, mientras deseamos un: ¡Feliz centenario al gen, a la genética y al genoma!

Bibliografía

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·         Larocca, F: (2008) Déjame que te cuente genoma: La tragedia errante del hubris patológico en psikis.cl

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·         Larocca, F: (2008) Neurociencia, epigénesis, microbios, la mente arrebatada y la ilusión del libre albedrío: La singularidad de la Reina Roja (en proceso de publicación)

·         Larocca, F: (2008) La obesidad morbosa, la reducción del estómago y la epigénesis… Apagan el fuego, aventando las llamas en psikis.cl y en monografías.com

·         Ambros, V: (2001) Development: Dicing up RNAs. Science 293: 811-813.

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·         Lin, R: (1999) RNA Interference. Policing Rogue Genes. Nature 402: 128-129.

Autor:

Dr. Félix E. F. Larocca