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) La ciencia epigenética, el
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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
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Larocca, F: (2008) La obesidad morbosa, la reducción
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Autor:

Dr. Félix E. F. Larocca