miércoles, 22 de mayo de 2013

Conferencias del Milenio: “ADN basura, genes egoístas y otros entes del inframundo genómico”

Por: Daniel A. Romero-Álvarez

Si te perdiste las Conferencias del Milenio de la semana anterior, aquí una reseña de la excelente presentación del PhD en Microbiología, Gabriel Trueba. El título textual de la presentación es en extremo sugerente, para comprenderlo a cabalidad, vamos a diseccionarlo, cada porción guarda el delicado secreto de un misterio clarificado.

En abril de 1953 los científicos James Watson, Francis Crick, Murice Wilkins y Rosalind Franklin publicaron la estructura molecular que se convertiría en ícono de la investigación biológica, la doble hélice del ácido desoxiribonucleico, el ADN. Este descubrimiento resultó determinante por proponer una estructura dinámica capaz de adaptarse a las diversas misiones moleculares que hasta ese momento ya se conocían; una de ellas, la capacidad de un organismo de trasmitir su información biológica a la siguiente generación a través de los genes.

Una secuencia de ADN capaz de producir proteínas se denomina gen. Imagen tomada de GrahamCol – Wikimedia Commons

Un gen es una secuencia de ADN con la capacidad de producir proteínas, las moléculas efectoras encargadas de construir los intrincados procesos de los que depende la vida. Genoma se refiere a todos los genes que componen el ADN de un organismo. Tras miles de observaciones realizadas desde el 2003 – año en el que la finalización del Proyecto Genoma Humano ofreció al mundo toda esta información – se concluyó que aproximadamente el 90% del mismo es inservible, es “basura”.

La parte de “genes egoístas” se remonta a un joven Richard Dawkins que en 1976 publicó la obra homónima que lo consolidaría en el mundo de la divulgación científica. A pesar de que el mismo autor aceptó que el título se presta para malinterpretaciones, la hipótesis propuesta resuena cuando se analizan ejemplos de altruismo. ¿Por qué los animales ayudan a otros individuos de su especie? Siguiendo con la tendencia de la época Dawkins propuso que el beneficio inmediato lo reciben los genes, si unos elefantes protegen a un individuo que se encuentra a merced de una manada de leones este sobrevivirá y podrá reproducirse y por ende su material genético pasará a la siguiente generación, lo que permitirá al gen continuar existiendo. La hipótesis también concibe que entre mayor es el parentesco genético entre dos individuos mayor es la competencia de sus genes por mantenerse en la población.


Cuando son atacados, los elefantes se organizan para defenderse entre sí y evitar el éxito de los depredadores. Imagen tomada de http://goo.gl/Lx4zF

El proceso molecular que explica como los genes se transforman en proteínas es tan importante para comprender la biología que fue denominado “Dogma Central”. Los “entes del inframundo genómico” rompieron algunas de las normas establecidas por este mal llamado “dogma”. Mirando en el genoma de varios organismos, los científicos encontraron que el gen más común es el de la transposasa. Luego de expresar su proteína, esta libera al gen que se mueve hasta alcanzar una porción adecuada que permita su nueva inserción. Al principio este desplazamiento se antoja inofensivo – no se mueven con frecuencia y si lo hacen solo por cortas distancias – pero cuando se combina con otros transposones u otros genes resulta una verdadera pesadilla. Cuando un transposón se desplaza hasta un gen funcional encargado de la replicación celular puede aumentar su capacidad de trabajo; más replicación equivale a mayor oportunidad de mutaciones que se traduce en un mayor riesgo de desarrollar tumores. 

Cuando un transposón se ubica en un gen codificador altera su capacidad productiva y puede provocar enfermedades. Imagen tomada de http://goo.gl/lR5Ze

La resistencia bacteriana a los antibióticos es otro ejemplo del inframundo genómico, aquí los protagonistas son los plásmidos, un tipo de elementos genéticos móviles que forman parte de las bacterias. Estas estructuras poseen material genético extra – fuera de su genoma – que puede ser transmitido a otros individuos, incluso a miembros de una especie diferente, este proceso se denomina transferencia horizontal de genes. Podemos ejemplificarlo: Tras una dosis de antibióticos sucumben muchas bacterias, las sobrevivientes se multiplican y si esa habilidad está en un plásmido de resistencia se transfiere a todos los individuos y probablemente en la siguiente ronda de medicamentos varias especies sobrevivirán luego del ataque, paulatinamente aparecerá una población bacteriana inmune al antibiótico. Las enterobacterias capaces de resistir a la penicilina y a todos sus derivados – fármacos denominados en conjunto beta-lactámicos – adquirieron esta capacidad gracias a este proceso. 

Los representantes más curiosos de este “inframundo” son los genes virales que conforman aproximadamente el 8% de nuestro ADN. Los denominados retrovirus – como el VIH– se fusionan con el genoma de su célula huésped. Se ha descubierto que algunos de estos virus se convirtieron en residentes permanentes de la población celular infectada luego de perder sus características patogénicas. Como reportamos en abril, los genes de la Sincitina, indispensables para la formación de la placenta, son propios de un virus. Hace aproximadamente 150 millones de años los ancestros de todos los mamíferos fueron infectados por un retrovirus endógeno que paulatinamente se volvió parte de nuestro genoma.

El equidna y el ornitorrinco, animales que descendieron del ancestro común de todos los mamíferos nunca sufrieron la infección. Conocidos con el nombre de monotremas, comparten muchas semejanzas con los mamíferos, los reptiles y las aves, de una forma general: tienen pelaje, sudan leche y ponen huevos, esto último, consecuencia directa de a ausencia del gen productor de la sincitina. 




Ornitorrinco, uno de los monotremas que carece del gen de la Sincitina. Imagen tomada de: http://goo.gl/zHiFm


Los avatares de la selección natural provocaron que los marsupiales – los canguros por ejemplo – no utilicen este gen viral, en ellos forma parte de su ADN basura; las crías completan su desarrollo en una bolsa especializada pegados a las glándulas mamarias. 

El ancestro común de los mamíferos placentarios fue infectado por el retrovirus endógeno hace aproximadamente 150 millones de años. Imagen tomada de http://goo.gl/WFU2b

Ahora el título es claro. Estas facetas del ADN permiten que el horizonte de la biología molecular  alcance una perspectiva más amplia, de seguro muchas otras sorpresas nos esperan al seguir estudiando el 90% de nuestro genoma no codificante.. 




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