¿La era del ADN?
Hay quien lo llama “el libro de la vida”, “el manual de instrucciones del cuerpo”, “el arquetipo del hombre”. De hecho la secuenciación del ADN humano es considerado por muchos el mayor hito científico desde que Neil Amstrong pisó suelo lunar en 1.969. No obstante ¿por qué toda esa expectación en torno al “Proyecto de Secuenciación del Genoma Humano? (Human Genoma Mapping Project)?
El ser humano esta organizado de una forma altamente jerarquizada: Todos nosotros tenemos un cuerpo que está formado de varios sistemas (digestivo, nervioso, circulatorio, etc.); cada sistema, en sí, está formado por varios órganos (por ejemplo, el sistema digestivo está constituido por el estomago, hígado, etc.); cada órgano está formado de varios tipos de tejidos que a su vez son formados por células, las unidades básicas de todo ser vivo.
Las células son maravillosas entidades biológicas que se comportan como sofisticadas fabricas que sintetizan simultáneamente millares de moléculas diferentes (Fig. nº 1). Estas moléculas “fluctúan” dentro de la célula y, de acuerdo a su complejidad, pueden ser divididas en moléculas simples (por ejemplo los azucares, aminoácidos, ácidos grasos), o en macromoléculas (ácidos nucleicos y proteínas).
¡Un gen, una proteína!
Las células se asemejan a pequeños balones de agua que contienen compartimentos especializados, tales como el núcleo, las mitocondrias, o el retículo endoplasmático, entre otros. Dentro del núcleo se encuentra almacenado en forma de cromosomas (23 pares o 46 cromosomas), el ADN.
El ADN tiene forma de doble hélice, formada por dos collares de perlas, llamadas bases, de cuatro tipos; adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C) (Fig. nº 2). ¡Estas son las letras del alfabeto genético! En el código genético, cada grupo de tres letras codifica un aminoácido, otro tipo de perla, del cual son hechas las proteínas.
El dogma central de la Bioquímica establece que cada gen codifica una proteína: la secuencia del gen, codificado en la forma de ácido desoxirribonucleico, o ADN, es “traducida” en una especie de intermediaria, llamado ácido ribonucleido, o ARN, el cual es usado como molde para la producción de la proteína.
Las proteínas son substancias químicas naturales del cuerpo, y constituyan, en verdad, los “soldados encargados de llevar a cabo todas las funciones celulares, de acuerdo al comando u orden del ADN. Este regula todos los procesos vitales de la célula (tales como la división, diferenciación y muerte celular), ya que contiene los genes, los arquetipos de las proteínas (Fig. 3)
¿Para qué secuenciar el ADN?
Comenzamos a vislumbrar la importancia e interés en secuenciar el ADN, o genoma humano: de ese modo, podemos determinar la secuencia de los genes, secuencia que contiene el código para producir una determinada proteína que , a su vez, es responsable de una función celular específica. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxigeno de los pulmones, la insulina degrada las moléculas de azúcar en el páncreas, la miosina hace que nuestros músculos se muevan…
Y actualmente sabemos que, al menos en algún caso, basta una mutación en la letra del ADN para causar una enfermedad: una mutación en una base puede dar lugar a un cambio de aminoácido, lo que a su vez puede dar origen a una proteína con una secuencia diferente (resultando en la mayoría de los casos una proteína con las funciones alteradas). Hoy hay por lo menos 11.000 dolencias de origen genético, habiendo sido identificadas 500 mutaciones en genes específicos, responsables de enfermedades en el ser humano.
¡Descifrar el genoma es como leer un texto sin espacios ni puntuación!
El Proyecto Genoma Humano, cuyo objetivo es secuenciar esas bases, se inició en la década de los 90 y ha sido completado hace no mucho tiempo. El proyecto es fruto de la colaboración internacional, estando implicados miles de científicos, y es financiado tanto por el sector público como por el privado. Para lograr la secuenciación completa los científicos contaron con maquinas y ordenadores muy rápidos: si solo fuera tratada una base por minuto, ¡se tardaría 95 años en completar la secuenciación!
Subsisten una serie de preguntas acerca del genoma humano aun sin responder. Nuestro ADN es como una enorme enciclopedia (3,2 billones de bases), donde están escritas las características del individuo. Secuenciar las bases del genoma humano es solamente la fase inicial de un proyecto que mantendrá a los científicos ocupados durante muchos años.
Y es que en realidad, la secuenciación del ADN no nos dice mucho…. En efecto, ¡mirar únicamente la secuencia es como leer un texto sin espacios ni signos de puntuación! Por ello, después de poseer la secuencia, los científicos deben intentar identificar los genes, donde comienzan y donde acaban, lo que debido a esa “falta de signos de puntuación”, no es una tarea trivial. Para llevar a cabo esta empresa es necesario usar los conocimientos de la Genética y de la Estadística. Hoy en día, gran parte de la Biología Molecular depende de sofisticados programas de ordenador y no hay duda de que el área de la Bioinformática es absolutamente esencial para el Proyecto Genoma Humano. Por ejemplo, la tríada ATT indica siempre el final de un gen; ello significa que cada vez que el programa lee ATT, considera el final de un gen y comienza a leer la secuencia de ADN siguiente como otro gen. Sin embargo (y en la Naturaleza hay siempre inmensos “sin embargo”, ya que nada es totalmente lineal o simple) no todo el ADN humano es usado por nuestras células para producir proteínas. En verdad, hay una cantidad inmensa de ADN en nuestros cromosomas que se le considera … basura. Este ADN no tiene función alguna identificada (por ahora), y desde el punto de vista del Proyecto Genoma Humano es solo un problema más a resolver. Además los genes pueden ser interrumpidos y, para complicar un poco más la situación de quienes intentan identificar los genes completos, ¡no siempre los fragmentos de gen están organizados en el polímero de ADN según el orden correcto! Por estas razones el desciframiento de la secuencia del ADN es solo el inicio de una larga jornada científica.
Incluso después de que todos los genes han sido identificados, habrá que identificar sus respectivas funciones.
Así se secuencia el ADN…
Técnicamente la secuenciación del ADN es una tarea compleja que hoy es posible gracias a tres descubrimientos fundamentales: la ingeniería genética, desarrollada en principio por Stanley Cohen y Herbert Boyer, que permite transferir un gen de un organismo a otro, la invención de métodos de secuenciación de ADN, por Walter Gilbert y Frederick Sanger, y una metodología inventada por Kary Mullis que permite “fotocopiar” ADN con alta fidelidad, a partir de cantidades ínfimas, y que es llamado la reacción de polimerasa en cadena (Polymerase Chain reaction PCR). Además de estos descubrimientos y del desarrollo de supercomputadoras y de la Bioinformática, el Proyecto Genoma Humano cuenta con la participación de un pequeño número de voluntarios que “proveen” el ADN. Después de extraídas, las muestras son conservadas congeladas a -196ºC, en azoe liquido. Para secuenciar el ADN los científicos cortan, con enzimas de restricción, las moléculas de ADN en puntos específicos, en millares y millares de fragmentos. Las enzimas de restricción son proteínas notables que cortan el ADN en secuencias específicas: por ejemplo, la enzima de restricción llamada EcoRi, corta siempre que detecta la secuencia G0AATTC (entre la G y la A). Cada fragmento de ADN es entonces clonado y, usando la PCR, amplificado. De inmediato es teñido con colorantes fluorescentes, en un proceso en que cada base se colorea diferentemente. Entonces se procede a transferir el ADN así diferenciado a los secuenciadores, donde los fragmentos son separados a través de un campo eléctrico según su tamaño. Los fragmentos más pequeños emergen primero y son “leídos” secuencialmente por un láser que los reconoce según el color. Esta información es transferida a un ordenador que –por haber sido el ADN seccionado por una variedad de enzimas de restricción, todas ellas diferentes- consigue ordenar los fragmentos de ADN.
¿Y después?
En 1.998 los científicos secuenciaron el primer genoma de un organismo completo, el gusano Caernorhabditis elegans. Siguió, en marzo de 2.000, la determinación del genoma de la mosca del vinagre, la Drosophila melanogaster, completando la del ser humano en el 2.003. Por muy extraño que parezca, secuenciar los genomas de C. Elegans, D. melanogaster e incluso el genoma de la levadura de la cerveza (Saccharomyces cere visae) no fueron meros ejercicios intelectuales y académicos de los científicos. En realidad, un incalculable número de genes humanos se encierran conservados en una serie de organismos, y estos son, consecuentemente, usualmente utilizados como modelos de estudio en los laboratorios de todo el mundo, cuales estrellas de la Genética.
El Proyecto Genoma Humano marca el inicio de la verdadera comprensión de la Genética Humana. El próximo gran avance pasa por la identificación de las funciones y variaciones de los diversos genes. Muchos de los genes ya identificados no tienen, por ahora, una función definida (en otras palabras, la proteína que ese gen codifica es aun desconocida); muchos solo se encuentran en los humanos y muchos otros pueden ser encontrados sobre formas distintas en personas diferentes (los llamados polimorfismos genéticos). Así, a pesar de estar viviendo la “Era del Genoma (o del ADN), estamos concomitantemente en la “Era del Proteoma” (o sea, la Era de las proteínas). Como ya se dijo, todo en nuestro cuerpo es regido por las proteínas producidas a través de la información contenida en el ADN. Si, por otro lado, el ambiente desempeña un papel en el desarrollo de determinadas patologías, por otro los genes son los responsables de desarrollar la dolencia en un determinado individuo. Por eso es importante conocer nuestras defensas celulares (las proteínas, nuestros “soldados de plomo”), lo que nos beneficia y nos perjudica, para poder mejorar nuestra calidad de vida, y ser capaces de prevenir y tratar las dolencias de manera más eficaz.
Un sinnúmero de aplicaciones del mapa genético
Hay, potencialmente, un número infinito de aplicaciones de la información obtenida a través del Proyecto Genoma Humano. Por ejemplo, la tarea de desarrollar una droga que actúe específicamente sobre una proteína implicada en una determinada dolencia se verá facilitada si esa proteína puede ser aislada (esto es purificada). Posiblemente, hasta dentro de 20, 30 o incluso 40 años no tendremos “medicamentos a la carta”, con base en los conocimientos adquiridos a través del Genoma Humano; en cambio es probable que en la próxima década medicamentos mejores y más específicos comiencen a beneficiar a la Humanidad. En otro aspecto, el impacto posible más inmediato es la determinación de individuos que pueden estar en riesgo de contraer determinadas enfermedades. A pesar de las muchas críticas formuladas a este tipo de pre-diagnostico, tales medidas permitirán adoptar una relevante serie de medidas preventivas. Cuando el ambiente es un factor determinante en la dolencia, como es el caso de las patologías cardiovasculares y la diabetes tipo II, tomar medidas preventivas es de importancia obvia. En el caso de padecimientos para los cuales aun no hay cura, estas medidas no serán decisivas.
A pesar de que la expresión “ingeniería genética” es suficiente para iniciar un acérrimo debate incluso entre los “mejores amigos”, el hecho es que muchas personas que sufren gravísimas enfermedades podrían beneficiarse inmensamente de este tipo de intervención terapéutica. En esencia, la ingeniería genética tiene como objetivo introducir un gen que produzca una proteína funcional en células incapaces de hacerlo, debido a una mutación en el ADN de un único gen. Este es el caso de la fibrosis quística. A pesar de prometedora, por razones variadas, la ingeniería genética no está siendo fácil de implementar. Mientras tanto, un articulo publicado en la revista Science , en el cual se evidencia que es posible tratar niños con “Inmunodeficiencia Severa Combinada”, destaca los beneficios de esta terapia y, con la información que nos aportará el Proyecto del Genoma Humano , nos permite soñar mas de una vez con la palabra “curación”. Desafortunadamente es raro encontrar enfermedades causadas por un único defecto genético, en especial las del tipo oncológico, lo que dificulta considerablemente las perspectivas de cura usando un único tratamiento. No obstante, la determinación del Genoma Humano –cual mapa de navegación- indudablemente incrementará medios de diagnostico más eficaces e información acerca del índice de “agresividad” del tumor (en otras palabras, la facilidad con que este se disipará o metastasizará) y qué drogas de quimioterapia serán las mas indicadas. El perfil genético de cada individuo debe ofrecer preciosas informaciones en lo que concierne a la forma en que responderá una determinada terapia. Con el Genoma Humano identificaremos, sin la menor duda, más genes implicados en procesos oncológicos, es decir, más proteínas que, por una u otra razón, dejaron de funcionar como estaba inicialmente previsto en la secuencia original del ADN… Abastecidos de esa información proseguiremos una lucha, que se presenta larga, contra los diversos cánceres.
Además de las aplicaciones en el sector médico, el Proyecto Genoma Humano nos permitirá determinar, de un modo más preciso, riesgos como los generados por la exposición a determinados tipos de radiaciones, agentes mutágenos y toxinas en general. A nivel forense es evidente que los avances en la tecnología del ADN favorecerá la identificación, cada vez más exacta, de los culpables e inocentes; la paternidad (e incluso otras relaciones de parentesco) de un individuo; las víctimas de catástrofes, etc. Podemos entrever cambios en la forma en que produciremos alimentos, logrando obtener cosechas más resistentes, más productivas, más nutritivas… ¿Quién sabe si no llegaremos a consumir vegetales que inicialmente han sido tratados con biopesticidas y que asimismo contienen vacunas? Los científicos ya han comenzado a secuenciar los genomas de muchas bacterias; se prevé la creación de nuevas fuentes de energía, nuevos detectores de contaminación, y posiblemente la limpieza de residuos tóxicos de una manera más aséptica. El Proyecto incluso nos dará la oportunidad de efectuar estudios más precisos sobre la evolución humana, las migraciones, y aun más, permitirá relacionar variaciones genéticas con la edad de una determinada población y ciertos hechos históricos.
Una palabra de optimismo
Opino vivamente que el Proyecto Genoma Humano nos traerá enormes beneficios (el “genio” ha salido ya, inevitablemente, de la botella); pero sin duda planteará una serie de cuestiones éticas, como ocurre con la mayor parte de los descubrimientos científicos. Por ejemplo, los diagnósticos prenatales basados en el conocimiento de la secuencia del ADN serán probablemente cuestionados por aquellos que no están de acuerdo con el aborto; el almacenamiento de la información genética de cada ciudadano alarmará a quienes ven esta perspectiva como una amenaza a la privacidad del individuo. Para quien sufre enfermedades congénitas, como la hemofilia o la fibrosis quistica, este empeño actual de los científicos dista mucho de ser suficiente y solo parece agudizar un camino ya por si penoso: hay luz al fondo del túnel mas, en términos económicos, burocráticos y éticos, ese túnel parece ser cada vez mayor, más largo, más…
Ana Paula Costa Pereira
Licenciada y Doctora en Bioquímica por la Universidad de Cork (Irlanda)
Post.-doctorada en el Imperial Cáncer Research Fund., de Londres
[1] Gene Therapy of Human Severe Combined Immunodeficiency. Science 288, año 2.000
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