“Descifrando el secreto de la vida”
Por María Emilia Beyer Ruiz
Tomado del libro: "Gen o no gen"
Revisión en recreación de divulgación: Cristina Bojórquez Espinosa
Adaptación: Irma Lozada Chávez
Revisión en fidelidad científica: Dr. Julio Collado-Vides
¿Ya conoces al nuevo personaje que ha acaparado las películas, novelas, campañas publicitarias y artículos de revistas? Casi estoy segura de que no lo conoces, al menos no te has percatado de su éxito. A diferencia de muchos malos actores, este nuevo personaje es de una agilidad impresionante, que le permite adaptarse al guión o al libreto según se requiera. Como todo actor de renombre, nuestro personaje siempre se ve acompañado de figuras de gran prestigio, hombres y mujeres de batas blancas, los cuales representan a los científicos más importantes de la época. La relevancia de su actuación no sólo influye en la vida de cualquier individuo, sino que se encuentra inmerso, con un excelente camuflaje, en todos los grupos y varios contextos sociales, incluyendo el tuyo y el mío, este personaje es el gen.
El gen se encuentra en cualquier organismo de la naturaleza: dese uno tan grande como la ballena azul, como uno tan pequeño como el ácaro que habita en los granos de polvo (¡y en nuestras almohadas!). El gen puede habitar en una tortuga gigante que vive cientos de años o en un insecto que vive pocas horas; el gen habita en un alga que se mece al ritmo de las corrientes marinas, y por supuesto, también habita en ti, en mí y en cualquier humano, incluyendo a los malos actores.
No importa lo grande o lo pequeño, si es animal o vegetal, todos los seres vivos compartimos dos características: estamos vivos y dentro de nuestras células encontramos el secreto de la vida, en forma de una larguísima cadena molecular llamada ácido desoxirribonucleico o ADN.
El ADN guarda un tesoro biológico: los genes. Éstos transmiten información compleja que condiciona una enorme variedad de características de un organismo, tales como la estatura, el color de ojos, el parecido que tienen entre sí los miembros de una familia e incluso la predisposición a algunas enfermedades. El ADN está metido en todo, no en balde se le considera el secreto de la vida, ¡pues donde hay vida hay ADN!
La historia del ADN en verde
A pesar de su importancia, el ADN goza de cierto protagonismo apenas desde hace pocas décadas. Los científicos calculan que el ADN tiene aproximadamente 3,500 millones de años de estar presente en la Tierra, pero no fue sino hasta 1953 que llamó la atención. Aunque la historia del ADN empezó al menos medio siglo antes y con los chícharos. Resulta que los chícharos, no sólo enverdecen la sopa tenebrosa que nos negamos a comer rotundamente en nuestra infancia, sino que fueron el modelo que usó Gregorio Mendel hace poco más de un siglo para descubrir las reglas con las que un organismo hereda sus características biológicas a través de “factores” a sus descendientes. Mendel obtuvo los conocimientos en los que actualmente se basa la genética haciendo cruzas con plantas de chícharo en el jardín del monasterio donde vivía. Durante su experimento, Mendel encontró que las características de las generaciones anteriores pasaban a las generaciones de plantas de chícharos más jóvenes; en algunos casos el hijo era igual a alguno de los padres y en otros el resultado era una mezcla de la generación anterior. Mendel supuso la existencia de unidades de transmisión de herencia, unas dominantes sobre otras, lo que explicaba que algunas plantas de chícharos aparentemente no conservaran ninguna característica de uno de los padres. Aunque en vida nunca disfrutó de reconocimiento alguno por este trabajo, las aportaciones de Mendel se redescubrieron en 1900 y así, se sentaron las bases teóricas de la genética, por lo que actualmente se le reconoce como el padre de la genética.
Una pareja audaz: “A veces es más importante saber observar que saber hacer…”
No fue sino hasta el año 1953 en el que un físico inglés y un biólogo estadounidense, Francis Crick y James Watson, hicieron lo que algunos científicos consideran el descubrimiento más trascendente del siglo: describir la estructura de la “doble hélice” del ADN, trabajo por el que se hicieron merecedores del premio Nóbel de Fisiología y Medicina en 1962. Sin embargo, en sentido estricto, no fueron ellos quienes descubrieron el ADN: éste ya se conocía desde 1870, pero ni su descubridor ni nadie de la época se percataron de la importancia que esta molécula podía tener en los mecanismos biológicos. Se sabía, por ejemplo, que los cromosomas estaban compuestos por ADN, pero se ignoraba que esta molécula en apariencia tan simple contuviera la información necesaria para heredar las características biológicas de toda una especie. También se conocía la existencia de los genes desde las primeras décadas del siglo XX. Sin embargo, no se creía que los genes estuvieran compuestos por ADN y la molécula permaneció así, en segundo plano, durante décadas.
En una época en la que los científicos preferían estudiar fenómenos relacionados con la energía, las proteínas y las reacciones químicas, Watson y Crick fijaron su objeto de estudio en esta molécula compuesta por un azúcar (desoxirribosa), átomos de oxigeno alrededor de un átomo de fósforo y algunas estructuras que se conocen con el nombre de bases nitrogenadas. Comparado con las proteínas, por ejemplo, el ADN parecía una estructura demasiado sencilla para contener información importante. Sin embargo, los estudios de ambos científicos demostraron que el secreto de la vida (al menos en el sentido bioquímico estricto) se encontraba inmerso en la estructura del ADN.
A pesar de que no estaba “de moda”, el ADN llamó la atención de algunos grupos de investigadores. De esta forma, Watson y Crick conocían el trabajo que realizaban otros dos investigadores: el famoso químico estadounidense Linus Pauling (ganador de dos premios Nobel) y la investigadora inglesa Rosalind Franklin. Por un lado, Pauling ya tenía un modelo para explicar la estructura del ADN, pero el modelo tenía errores. Por el otro lado, Franklin sospechaba también que el ADN escondía información que podía ser importante. Aplicó entonces una técnica en el laboratorio, en donde bombardeó con rayos X unas hebras de ADN y recibió en una placa fotográfica el resultado. Obtuvo así una imagen que permitió a Watson y Crick idear un modelo que explicaba la organización molecular del ADN.
Básicamente, encontraron una estructura retorcida a manera de escalera de caracol (aunque los científicos decidieron llamarla “doble hélice”, parece mucho más sencillo comparar al ADN con la escalera que todos los días nos cuesta mucho subir). Si imaginamos entonces que el ADN es una escalera que se enrolla hacia arriba, encontraremos que:
El ADN está compuesto por cuatro bases nitrogenadas que son: la adenina, la timina, la citosina y la guanina. En la escalera del ADN cada peldaño está formado por la unión química de dos bases. Para facilitarnos la lectura, los científicos identifican a las bases con sus letras iniciales, de modo que adenina se abrevia como A, citosina con C, timina con la letra T y guanina se identifica con la letra G.
Por otro lado, el pasamanos de la escalera está compuesto por el azúcar desoxirribosa y los fosfatos. Hay un pasamanos enfrente del otro, delimitando los escalones o peldaños. Watson y Crick notaron que las cuatro bases que formaban los “peldaños” de la escalera obedecían siempre una misma regla: a la adenina (A) se le une siempre la timina (T), mientras que la otra pareja está formada por la guanina (G) y la citosina (C). A continuación, en la parte más divertida del experimento, Watson y Crick se dieron a la tarea de armar modelos de la molécula en tercera dimensión para demostrar cómo se unían las bases nitrogenadas y cómo giraba la molécula en el espacio.
Watson y Crick publicaron sus resultados en la prestigiada revista científica llamada Nature en abril de 1953, su gran logro consistió en sacar a la luz a una molécula que encontramos presente en todos los organismos vivos desde hace 3,500 millones de años, y por fin darle el papel protagónico que se merecía: el de la herencia genética, el papel que se encontraba escondido en las plantas de chícharos de Mendel. Desafortunadamente, a Rosalind Franklin no se le dio crédito alguno, y murió de cáncer antes de que se otorgara el Premio Nobel.
A partir del descubrimiento del ADN su fama se aceleró meteóricamente, trascendiendo los círculos de la ciencia, principalmente gracias a la clonación de la oveja Dolly. Hoy en día, la gente utiliza términos como “genoma”, “alimentos transgénicos”, “clonación” y “mutación” sin comprender verdaderamente su significado, lo que da lugar a amarillismos por parte de algunos medios de comunicación y genera preocupaciones éticas que tienen su respuesta en el verdadero conocimiento del genoma, su funcionamiento y sus aplicaciones. Sin embargo, es difícil asegurar cuáles son los descubrimientos que están haciendo los científicos en estos momentos, pues la ciencia avanza rápidamente y el conocimiento que hoy existe puede considerarse no vigente dentro de algunos años.
Un ejemplo claro es el Proyecto del Genoma Humano. No más de diez años atrás, los científicos esperaban encontrar unos cien mil genes distintos en el ser humano. Tiempo después la cantidad se redujo a 80 mil genes. Hoy en día, los científicos indican que el ser humano tiene entre 25 y 30 mil genes en su genoma. Es posible que dentro de unos años más, mi lector se encuentre con hechos distintos a los que hoy le informo. No me preocupa demasiado, sin embargo. En efecto, la lectura del genoma (independientemente de su separación en unidades genéticas) y la ubicación exacta de cada gen en algún locus de los 23 pares de cromosomas no se vislumbra como una tarea fácil. El desciframiento del genoma es una revolución científica, y la ciencia se construye así: día con día, probando, rectificando o cambiando las teorías obsoletas para suplantarlas con las que en ese momento se considera que explican mejor los fenómenos naturales.
Haciendo las cosas en serio: “PROYECTO GENOMA HUMANO”
El Proyecto del Genoma Humano surgió en 1988 tras una larga discusión e intercambio de opiniones entre los gobiernos, los grupos de científicos, la prensa y los distintos representantes de la sociedad. La discusión se debe a que cualquier tema relacionado con el genoma humano levanta sospechas, dudas o temores, además de un atractivo irresistible. Finalmente, estamos hablando de la esencia bioquímica de la vida.
Pero, ¿qué es exactamente el Proyecto del Genoma Humano?
El Proyecto del Genoma Humano (PGH) es un programa de investigación que ha tenido como meta principal la determinación de la secuencia de A, C, G y T (es decir, la secuencia de nucleótidos) en la cadena de ADN que conforma el genoma humano. Esta acción, que resumo en dos líneas, significa en realidad una tarea titánica. Pensemos lo siguiente:
El genoma humano es la secuencia completa de ADN de un ser humano que se encuentra en cada célula que tenemos en el cuerpo. El ADN está dividido en 24 fragmentos, cuya condensación altamente organizada conforma los 23 pares de cromosomas distintos de la especie humana, 22 heredados de la madre y 22 del padre, y dos cromosomas sexuales que determinan el sexo del individuo. Ahora, supongamos que puedes tomar el extremo de un cromosoma, jalarlo poco a poco y “desenredar” todo su ADN como si fuera un hilo en una madeja. ¿Sabes cuánto “hilo” de ADN obtendrías de un solo cromosoma de una sola célula? Cerca de dos metros. ¡Ahora imagina que tienes por delante la tarea de analizar el ADN de todos los cromosomas de todas las células de todo un cuerpo!
Para realizar esta difícil meta, el proyecto se coordinó a través del Departamento de Energía y los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos. La investigación se inició formalmente en 1990 con un presupuesto de 3,000 millones de dólares. Gracias a la amplia colaboración internacional, a los avances en el campo de la genómica (en particular, en el análisis de la secuenciación) y de la bioinformática, fue posible terminar el primer borrador del genoma en el año 2003. Los resultados se publicaron en las revistas Science y Nature, mientras que la gran noticia internacional fue anunciada al mundo conjuntamente por los entonces presidente de Estados Unidos y primer ministro británico, Bill Clinton y Tony Blair el 26 de junio del mismo año.
Si después de esto nos preguntamos ¿cuáles son los beneficios de semejante esfuerzo? las respuestas son varias: una de ellas, quizá la más práctica, es que esta investigación nos permitirá conocer la receta con la que estamos hechos, lo que significará conocer con exactitud cómo son y en dónde ocurren los cambios (llamados también mutaciones) del ADN que disparan algunas enfermedades para el ser humano. El genoma humano y su comprensión serán entonces una herramienta muy útil para la medicina del siglo XXI.
Por otro lado, es importante determinar el número de genes que componen nuestro genoma, así como la localización exacta de cada uno de estos genes, ya que para estudiarlos, debemos saber dónde están. Este ejercicio es como buscar una persona en una enorme ciudad: necesitas tener varios datos, como el nombre de la persona que buscas, la colonia, el nombre de la calle y por supuesto, el número o su teléfono de localización. De otra forma, la ausencia de esta información puede ocultarnos otras características importantes de la persona que buscamos, tales como su forma de vida, su ambiente de trabajo o sus lugares favoritos de recreación. Con los genes pasa lo mismo, algunos genes son conocidos por sus acciones pero no están ubicados dentro del genoma.
Para los investigadores del PGH las cosas no son sencillas porque no conocen bien las “colonias” (que serían los distintos cromosomas), y así es más difícil encontrar el “domicilio” que en el caso de los genes se llama “locus”. Esto es fundamental, ya que si queremos conocer las funciones exactas de cada gen, entender cómo se relaciona con otros genes o en el medio ambiente, etc., la ubicación de los genes en el genoma es el paso número uno, por lo que los investigadores decidieron utilizar una estrategia que consiste en hacer mapas para cada cromosoma, llamados así “mapas genómicos”, en donde se señalan cuántos y cuáles genes se encuentran ahí.
A partir de este proyecto, varios grupos de investigación se dieron a la tarea de analizar el genoma de bacterias, hongos, insectos, gusanos, plantas y otros organismos, a fin de comparar y aprender acerca de las diferencias genéticas con las que se organiza la vida. En una labor que da sentido a toda la investigación, la meta del PGH es colectar en bases de datos toda la información posible y permitir el acceso de esta información a todo el que la requiera. Finalmente, uno de los pasos más importantes del proyecto fue la creacción en 1989 de un grupo humano encargado específicamente en velar por el uso ético de la información genómica, ya que ésta revela muchas historias de evolución, solución de enfermedades genéticas, etcétera, lo cual nos debe beneficiar a todos. Se dispuso entonces que un porcentaje de los recursos destinados al PGH se destinara al Comité encargado en estudiar los aspectos éticos, los efectos sociales de la información genómica, así como también que se encargara de establecer las políticas para garantizar que el uso de la información beneficie a la sociedad en general.
La competencia
Si tienes la imagen de que un científico es un personaje serio, distraído, que habla de cosas que nadie entiende y vive más aburrido que una ostra ¡estás equivocado! Un claro ejemplo es el doctor Craig Venter, quien de joven mezclaba sus estudios de biología, bioquímica y genética con el surf y las mujeres a su alrededor.
Para añadirle sabor a las cosas, Venter anunció públicamente que su compañía, Celera Genomics, pretendía secuenciar el genoma humano en menos tiempo que el Proyecto Genoma Humano. Lo interesante es que, al ser Celera una compañía privada, es lógico pensar que buscara reponer sus gastos a través de patentar y “vender” parte de los resultados, mientras que el PGH trabajaba con fondos públicos y con la filosofía de difundir el conocimiento genómico hacia todos los grupos de la sociedad. Esto desató una auténtica carrera entre Celera y distintos gobiernos y científicos del mundo.
En esta polémica hay opiniones a favor y en contra. Los defensores de las patentes de genes argumentan que las patentes incrementan las áreas de investigación y garantizan que el crédito se le dé a quien haya obtenido tal o cual conocimiento. Por otro lado, los que están en contra temen que el alto costo de las patentes haga inaccesibles los beneficios de, por ejemplo, la cura de alguna enfermedad de origen genético, y que estos descubrimientos terminen beneficiando sólo a pocos. Ambas visiones tienen sustento, pero falta mucho para que lleguemos al punto en el que los juzgados y las leyes verdaderamente se ocupen del genoma como parte de sus rutinas cotidianas. Mientras tanto, cada uno puede tener su propia opinión.
Actualmente los científicos tratan de afinar los borradores del mapa del genoma humano. Mientras ellos trabajan, surgen muchas líneas de acción sugerentes para aprovechar la información genómica. Surgen también muchos temores. Una de las preocupaciones más comunes es la ambiciosa tendencia de algunos sectores para crear una “raza superior” a través de la manipulación de los genes. Sin embargo, el genoma y su desciframiento nos están enseñando muchas cosas positivas que podrás conocer a lo largo de este proyecto. Lo más importante es que al final cada lector forme su propia opinión.
Tal vez no estemos muy lejos del día en el que se te pida votar por una ley relativa al genoma. Y es que para tomar decisiones acertadas, tenemos que hacer las cosas en serio.
Mucho ruido y pocos genes
Somos la especie más avanzada del planeta. Nuestra capacidad de raciocinio y los avances sociales, científicos y tecnológicos nos colocan a la vanguardia de la evolución en la Tierra. Al menos, eso nos gusta creer…
Recordemos, sin embargo, que muchos de nuestros componentes bioquímicos no son exclusivos del ser humano y tienen millones de años sobre el planeta. El ADN, con sus más de 3,000 millones de años en la Tierra es un claro ejemplo. A pesar de las miles de diferencias que podemos encontrar a simple vista entre un mosquito, un alga o una gallina hay semejanzas microscópicas, pues todos ellos están compuestos por las mismas cuatro bases o nucleótidos (A, C, G y T) que tenemos los seres humanos en nuestro genoma. Lo que cambia es el número de bases, su ubicación, las combinaciones, etcétera. Viendo las cosas desde otro punto de partida, la expresión de los genes a través de la fabricación de ciertas proteínas también nos habla de un pasado común. Un ejemplo de esto es la presencia de poco más de 200 proteínas que tienen las mismas funciones tanto en las bacterias como en los seres humanos.
Al nivel embrionario también se han detectado semejanzas importantes en los embriones de muchos animales, aunque una vez adultos nos parezcan completamente distintos. Muchos de los mensajes fundamentales para el desarrollo que están inscritos en los genes son comunes a todos los seres vivos del planeta. A pesar de la evidencia, creíamos que la lectura de nuestro genoma y el mapeo de los genes que lo integran superarían con creces la cantidad de genes presente en otros organismos.
El genoma y su tesoro oculto, los genes, tienen todavía muchas sorpresas para nosotros y una que otra lección que darnos…
De bajada…
De alguna manera se intuía que, al considerarse el ser humano el organismo “superior”, la cantidad de genes forzosamente debía sobrepasar la de otros seres vivos. Empezaron los trabajos, las lecturas, el mapeo, el registro de datos, el conteo y el recuento. Durante esta búsqueda surgió un nuevo término entre los genetistas, que pronto se integró al vocabulario de la población: ADN basura. ¿Qué significa esto?
El nombre, al menos por el momento, lo dice todo. El ADN basura es el conjunto de “letras” A, C, G y T que a pesar de formar parte de la cadena no se transcriben en ningún mensaje bioquímico. Es decir, no codifican para la fabricación de alguna proteína, no tienen función aparente, no tienen sentido en la lectura del ADN. Lo más sorprendente fue descubrir que la larguísima cadena de ADN está compuesta en 95% por ADN basura. Eso limita la ubicación de los genes dentro del restante 5%. Podemos pensar que su presencia o ausencia no cambian nada, pero la realidad es que aún desconocemos tantos procesos genéticos que bien podemos esperar que, después de la secuenciación completa del genoma, el llamado ADN basura nos dé una sorpresa en un futuro.
Lo gracioso es que para nuestra forma de ver las cosas, “más” significa “mejor”. Pero en el campo de la bioquímica de la vida nuestros juicios no tienen cabida. Si “más” significara efectivamente “más avanzado”, por ejemplo, los gorilas y los chimpancés nos llevarían por mucho la delantera, ya que en lugar de 23 pares de cromosomas su genoma está almacenado en 24 pares de cromosomas.
Hagamos el cuento corto en esta materia: de 80,000 genes que creíamos tener, pasamos a 70,000. De ahí a 50,000, hasta llegar a la cifra de 30,000 genes, número en el que hoy se calcula el genoma humano. De esta cifra, desconocemos la función del 42% y suponemos que los genes con función conocida (57%) dictan las instrucciones para la fabricación de proteínas y de este modo se encargan de dirigir la orquesta del funcionamiento celular.
Eso significa que apenas tenemos poco más del doble de los genes que se encontraron en las moscas de la fruta, un pequeño insecto que tiene 13,000. Comparados con algunos gusanos, nos encontramos con que apenas les llevamos la delantera en unos cuantos miles de genes.
La moraleja bioquímica
La comparación de nuestras bases nitrogenadas y las bases que forman las cadenas de ADN en un chimpancé son idénticas hasta en 98%. Eso significa en pocas palabras que de cada 100 bases únicamente encontraremos 2 diferentes. Nuevamente podemos sorprendernos, ¿acaso no somos completamente distintos? ¿Quién podría confundir un bebé humano con un bebé chimpancé? Recordemos que el genoma no es necesariamente lo que vemos a simple vista. Analicemos, que, a fin de cuentas, un chimpancé comparte muchísimas características con nosotros: es un animal que tiene dos ojos, dos oídos, una lengua, dientes, dos manos con cinco dedos, dos piernas que terminan en pies de cinco dedos también, un cuerpo cubierto por pelo, dos pulmones, un estómago, una columna vertebral, un corazón… la lista puede seguir por mucho tiempo.
Por otro lado, la lectura y comparación de nuestros genomas nos demuestran que los seres humanos somos idénticos en 99.99%. Esto significa que las distintas razas humanas comparten prácticamente la totalidad del genoma. Las poquísimas diferencias son las huellas lógicas que le dan a un individuo sus propias características (ya que somos iguales pero únicos como individuos, a la vez).
La moraleja bioquímica del genoma nos dice: el origen y evolución de la vida es uno mismo. Todos los seres vivos compartimos la misma esencia. Los seres humanos somos simplemente una variación en la forma de presentar la vida (somos uno más de los “modelos”). Todos los seres humanos somos, realmente, iguales. Compartimos 99.99% de nuestras moléculas para la vida. Es ridículo pensar que puede existir una “raza superior” que se sustente en 0.01% del genoma ¿No es hora de que aprendamos a respetarnos y a vernos como iguales por ese 99% en lugar de vernos a través de la s diferencias del 0.01%? Tú, ¿qué piensas?