Comparemos dos medios de
transporte.
Transmisión del mensaje genético.
La información se transmite. El
vehículo que se utilice para ello depende de la finalidad:
ondas hertzianas
para la
televisión, ondas de radio, microondas en
telefonía móvil, pulsos
electromagnéticos en sensores de alta
frecuencia… Para expresarse mediante el código
morse sirven las señales
luminosas dentro del espectro visible o las
acústicas.
Sin embargo, pensemos por un momento en nuestro material
genético: los
cromosomas y sus habitantes, las compactas
comunidades de ADN, ese portador de unidades de
información tan especiales: los genes. Un vehículo muy
exclusivo de innegable eficacia en su
misión
de transportar el mensaje genético. Al igual que el AVE
transporta pasajeros con rapidez como exponente de la tecnología
ferroviaria.
En la comparación que proponemos para simplificar
su comprensión, el ADN sería
asimilable a un larguísimo tren lleno de viajeros,
desconocidos o no, pero siempre relacionados por algún
criterio que los asociase de dos en dos: gruesos, delgados,
listos, agresivos, pacíficos, paisanos, abogados, albañiles, ateos, amas de casa, fumadores,
mujeres, hombres… Cada ciudadano sería lo que se
denomina una Base o compuesto químico presente en
la molécula de ADN. Las Bases se designan por una
letra: A, C, G, T y U… Esas parejas de pasajeros o
Bases siguen un orden determinado. Las personas que en ese
momento no viajan, habitan las ciudades y se ocupan de otros
asuntos. Cuando el organismo lo requiera se introducirán
en ese tren con un fin importantísimo que veremos
más adelante.
El ADN se aloja en el cromosoma. Cada cromosoma es
como una ciudad. El conjunto de cromosomas forma
parte de la nación,
o sea la célula.
Hay ciudades grandes, pequeñas, pueblos, aldeas…, que
constituyen junto con el paisaje la totalidad de la célula. Si
concentráramos a 23 pares de cromosomas de distinto
tamaño en una región, podríamos asimilar esa
región al núcleo de la célula, o sea,
un lugar donde residen ciudadanos. Cuando la célula
necesita sintetizar
una proteína, se ponen en marcha
algunos ciudadanos. En el núcleo pues, hay habitantes que
viajan, pero si bien en las ciudades algunos lo hacemos en
avión o en coche, en la célula sólo utilizan
el autobús y el AVE. Ahora veremos por
qué.
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Esquema de la estructura del
ADN. Se representa como dos hélices con giro hacia la
derecha (en verde) con sus respectivas medidas: ancho (2,3nm),
número de nucleótidos por giro (10) y distancia
entre las bases (0,34nm). (Reproducido de Solari A, 1999,
Genética Humana, 2ª. ed., Editorial
Médica Panamericana).
Tras un proceso
evolutivo, la tecnología ha permitido pasar de la
locomotora de vapor a los trenes de alta velocidad. La
evolución biológica ha hecho posible
pasar de organismos inferiores a los más complejos
mediante la actividad de sus genes. El material genético
ha adquirido una cualidad que lo distingue de los seres
primigenios.
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Unidad UT-100 AVE saliendo de la estación de
Atocha-Madrid, con
destino en la estación de Santa Justa-Sevilla.
Podríamos asimilar el ADN celular de los seres
evolucionados con un gran tren AVE: Cada vagón es una zona
del ADN que forma parte de una larguísima cadena; en la
molécula de ADN hay ciertas zonas que se llaman
genes, los responsables de transmitir factores
hereditarios como la estatura o el color del pelo
por ejemplo. Bien, pues imaginemos que sólo
determinados vagones de nuestro AVE son genes. En cada uno
de esos vagones los ciudadanos viajarían agrupados como
unidades de información inteligentes: los pasajeros
irían "emparejados" por un tipo de vínculo
(matrimonio,
profesión, parentesco…) del mismo modo que existe una
unión entre las parejas de "Bases" (A, C, T, G Y U) en la cadena
de ADN.
Cuando la célula tiene necesidad de sintetizar
una proteína, se copia un gen: el AVE
desembarcará viajeros en cada parada. Entonces llega
un autobús, el ARN mensajero, donde los pasajeros
se alojan en el mismo orden que en el vagón.
El autobús irá recogiendo a distintas
parejas en cada estación. Ejemplo: en el AVE
Madrid-Sevilla, algunos son recogidos en Ciudad-Real, otros en
Córdoba y finalmente en Santa Justa..
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A continuación, el autobús traslada el
pasaje a unas factorías (ribosomas) donde
algunos de los viajeros
traducen la información que permitirá
construir las proteínas,
moléculas fundamentales para el desarrollo de
la vida.
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Es decir, se respeta el orden que llevaban las parejas
en los vagones, pero solo una
parte de ese ordenamiento es la que se
utilizará para codificar los eslabones
(aminoácidos) de una PROTEÍNA.
Y es que gran parte del ADN es
silencioso. No se usa para codificar
aminoácidos. Ahí tenemos un gran misterio de la
biología
¿Por qué poseemos tanto ADN "sobrante"?
No sabemos qué contestar a esto, pero sí
podemos empezar a comprender el mecanismo que conduce a construir
el mapa genético de los seres humanos y por ende, el de
los seres vivos que habitan nuestro planeta.
En nuestro símil, las proteínas se
podrían comparar con los resultados de la actividad
productiva de los ciudadanos: estos construyen edificios, medios
de transporte, utilizan la energía para procesos
fabriles…
CODIGO O CLAVE GENÉTICA
Esta clave está formada por palabras (llamadas
codones), cada una de ellas constituida por tres letras (tres de
las cuatro bases nitrogenadas del ADN), las cuales son
codificadas para los 20 aminoácidos principales que
constituyen las proteínas. Cada aminoácido esta
representado por tres codones diferentes.
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Podríamos comparar las casillas de cada columna o
fila con "vagones" donde los tripletes de letras serían
viajeros alineados en sus asientos.
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El producto de
un secuenciador génico de alto volumen en las
instalaciones del CIMMYT. Presentación
gráfica de ochocientos pares de bases de 27 genes (las
pistas están indicadas por los rombos azules en la parte
superior). Las secuencias de DNA se distinguen por el
color: el rojo indica "T"; el azul, "C"; el amarillo, "G"; el
verde, "A". Se usan complejos instrumentos de
bioinformática para obtener información
útil a partir de esos datos.
Extraído de www.cimmyt.cgiar.org
Por mapeo génico se pueden determinar
todos los genes que están en el mismo cromosoma y
secuenciar las bases: ver en qué orden se
emparejan los pasajeros de los vagones. Hasta ahora se han
secuenciado alrededor de 3000 millones de pares de bases
(Revista de Divulgación Científica y
Tecnológica de la Asociación Ciencia Hoy –
Volumen 12 – Nº 67- Febrero/Marzo 2002) tantas como el
presupuesto del
proyecto
genoma: 3000 millones de dólares.
También se trata de ver a qué
proteína corresponde cada gen, así como conocer
todas las proteínas de un organismo
(Proteómica).
Sería algo así como reunir toda la
producción de las factorías-ribosoma
para identificar las proteínas una a una.
En nuestro símil, establecer el mapa
genético es como identificar cuáles son los
vagones-gen del entramado del larguísimo AVE que
discurre de un punto a otro de la ciudad-cromosoma. Para ello se
utilizan unas moléculas llamadas enzimas, que
escogen zonas del AVE y las separan del resto. Esas zonas pueden
formar un gen, que es copiado a un autobús
ARN-mensajero.
El primer cromosoma secuenciado totalmente fue el
cromosoma 22, formado por 545 genes. Los cromosomas se presentan
en pares. Un miembro de cada par proviene de la célula del
esperma del padre y el otro miembro del par, proviene del ovocito
de la madre. En otras palabras, el bebé recibe mitad de
material genético de la madre y la otra mitad del padre.
Cuando los cromosomas son examinados bajo el microscopio, se
ven así:
Conjunto de cromosomas de un
varón.
Alberto J. Solari: Doctor en Ciencias
Médicas (UBA),
Profesor
Emérito de la Facultad de Medicina de la
UBA e Investigador Superior del CONICET.
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Dispersos entre los 23 pares de cromosomas de cada
célula humana se encuentran 30.000 genes.
()
Se han secuenciado 3000 millones de pares de Bases, es decir, se
ha visto cuál es el ordenamiento de todas las parejas de
viajeros que ocupan los vagones-gen del AVE.
Una vez que se conozcan todos los genes del ser humano,
se podrían identificar y relacionar los cambios
(mutaciones) existentes en las bases que los constituyen y
así determinar la posible causa de alguna de las 5000
enfermedades de
origen genético que se han descrito. Así, la base C
se empareja siempre a una G y la A con la T. Si en el gen
estudiado se observa la sustitución de una C por una A, es
una alteración que puede conducir a una enfermedad. Pero
¡cuidado! Los "defectos" en los genes pueden o no ser la
causa de enfermedades congénitas. Hay que considerar el
ambiente en que se desarrolla el individuo. Es
la interacción entre el conjunto de genes y el
ambiente lo
que va conformando las cualidades de nuestro
organismo.
Imaginemos que todos los genes del ser humano, su
genoma, están integrados dentro de comunidades
distribuidas a lo largo de cada ciudad-cromosoma. Como los
individuos en una población. Esto daría lugar a
sistemas que
podrían aportar mayor conocimiento
sobre los genes, al ser estos susceptibles de organizarse,
interaccionar y evolucionar siguiendo unas regulaciones entre
ellos. Ello ha dado origen a una nueva disciplina: la
Genómica funcional, con un gran potencial de
desarrollo en un próximo futuro.
Hasta ahora se han descifrado genomas completos como el
de la levadura, el de la bacteria Escherichia coli, el del
nematodo (gusano) C. elegans, el de la mosca Drosophila
melanogaster, y el de varias plantas. De
manera que ya disponemos de varios genomas para comparar su
funcionalidad. Su "comportamiento".
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No hace falta ser un visionario para afirmar que las
implicaciones son enormes: un mundo en que muchas de las
enfermedades puedan ser detectadas, atajadas y combatidas en los
primeros años de vida; un conocimiento más amplio
de cómo nuestros genes interactúan entre sí
y con el medio ambiente
y el ser más conscientes de la estrecha relación
entre el ser humano y otros organismos que habitan el
planeta. www.cimmyt.cgiar.org
La genómica funcional permite describir a
qué se dedica cada gen:
- Los rasgos que determinan.
- Las leyes a las que
se ven sometidos. - Su relación con otros genes.
- La identificación de un patrón de
comportamiento en un gen, dependiendo de las condiciones que le
circundan. - La actividad que desarrolla el gen cuando está
alterado en relación a su actividad normal.
Los procesos biotecnológicos han permitido
determinar qué genes intervienen, la naturaleza de
la interacción con su entorno y cuánto tarda
en manifestarse esta en un rasgo característico. Cada
célula del organismo tiene el mismo material
genético durante toda su vida. Sin embargo,
la expresión del
gen (su actividad) varía de unas células a
otras, de unos estadios de desarrollo a otros, según
el estado de
salud y las
condiciones ambientales. Sólo "conociendo" bien al gen
estaremos capacitados para entender los procesos
biológicos moleculares en los que interviene.
FIN DEL ARTÍCULO
P.D. Una siguiente entrega podría tratar sobre
la Farmacogenómica (Bailey et
al., 1999) que se puede definir como el estudio de los efectos de
los medicamentos sobre los genomas de los individuos. La
Farmacogenómica constituye un poderosa estrategia en la
comprensión de la enfermedad y en la
caracterización de las respuestas biológicas a los
medicamentos, tanto desde la perspectiva de su eficacia y
toxicidad como de la identificación de las diferencias
entre los tejidos normales
y los patológicos (Furness y Pollock, 2001). La
Farmacogenómica puede tener un gran impacto en el
descubrimiento de nuevos medicamentos incidiendo en diferentes
áreas del proceso ya sea en la identificación de
los compuestos químicos que pueden llegar a ser
fármacos potenciales ya sea en la modificación y
adaptación de su estructura molecular asegurando la
seguridad y
eficacia clínica.
Es bien sabido que, en ocasiones, el mismo tratamiento
farmacológico aplicado a dos personas que padecen la misma
enfermedad produce resultados diferentes: a una le cura y a la
otra no. O bien los efectos secundarios de un mismo medicamento
pueden ser totalmente distintos en cada paciente. ¿A
qué puede ser debido este comportamiento
diferente?
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Marcos Sanchez