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La revolu genética: 20 años de transformación y más allá

La revolu genética

Aunque es cierto que han pasado más de 20 años desde que comenzó, estas 2 últimas décadas han sido claves en la revolu genética (revolución genética, permitirme acortarla porque hace más coloquial un tema espeso).

En el siglo XIX, el biólogo suizo Friedrich Miescher descubrió algo extraño. Cuando abrió los núcleos de las células sanguíneas blancas encontró una sustancia rica en fósforo diferente a cualquier cosa que hubiera visto antes. Lo llamó nucleína. Ahora lo conocemos como ADN. ADN significa ácido desoxirribonucleico.

Los orígenes de la revolu genética

Gracias al trabajo del científico estadounidense de origen ruso Phoebus Levene sabemos que el ADN tiene tres partes. El fósforo que Miescher descubrió se conecta alternándose a un azúcar en forma de pentágono llamado desoxirribosa. Esto, a su vez, se vincula a una estructura que contiene nitrógeno conocida como ‘base’.

Cuatro bases diferentes componen las letras químicas del código genético, y los azúcares y fosfatos las unen. Los conocemos más comúnmente por sus abreviaturas de primera letra:

  • adenina (A)
  • citosina (C)
  • guanina (G)
  • timina (T)

En un pedazo de ADN, la cantidad de A coincide con T y la cantidad de C coincide con G, pero gracias a otros padres de la revolu genética (James Watson y Francis Crick) cuando descubrimos por qué.

La escalera genética

Esta pareja ganadora del Premio Nobel reveló la estructura de la molécula. Rosalind Franklin y Maurice Wilkins habían tomado una foto del ADN usando rayos X. Usando sus imágenes, junto con recortes de cartón de cada una de las bases de ADN, Watson y Crick jugaron con posibles configuraciones. En 1953, finalmente revelaron que el ADN es una doble hélice.

Revolu en la salud

Dos hebras de código forman un par que serpentea alrededor como una escalera retorcida. Las bases de una hebra se aferran a las bases de otra a través de interacciones llamadas enlaces de hidrógeno, formando los peldaños de la escalera. Los azúcares y los fosfatos forman los lados de la escalera, o la «columna vertebral».

El espacio entre los peldaños permite a otras moléculas leer o copiar el código. El ADN tiene un rizo diestro, y las hebras almacenan secuencias opuestas que corren en direcciones opuestas. Las As en una tira se aferran a las Tes en la otra, mientras que las Ces se asocian con las Ges.

Una hebra almacena el código que se ejecuta de arriba a abajo y la otra almacena el código invertido que se ejecuta de abajo a arriba. Cada hebra tiene un arriba y un abajo, conocidos por los científicos como los extremos 5′ (pronunciado «cinco prima») y 3′ (“tres prima”).

Estos funcionan un poco como tener una letra mayúscula al principio de una oración y un punto al final, diciéndole a la celda en qué dirección debe leer el código.

La importancia en la revolu de las cuerdas

La estructura del ADN se ha convertido en icónica, pero el giro distintivo es una peculiaridad química frecuente de las moléculas biológicas. Las hebras de colágeno en la piel se tuercen como cuerdas, y también lo hace la queratina en el cabello.

Los bloques de construcción del ADN son asimétricos y se tambalean cuando se apilan de extremo a extremo. Una vez que Watson y Crick revelaron la estructura, el siguiente paso fue descifrar el código.

El criptógrafo científico responsable fue Marshall Nirenberg. Las proteínas constituyen la mayor parte de la maquinaria molecular del cuerpo, y las células las construyen a partir de bloques llamados aminoácidos. Hay 20 bloques diferentes para elegir, por lo que Nirenberg puso cada uno en un tubo diferente.

Para entender lo que significaban las diferentes secuencias de ADN, hizo cadenas sintéticas de código. Luego observó para ver qué aminoácidos se encadenarían junto con diferentes secuencias.

Su trabajo en la revolu reveló que el ADN almacena información como «palabras» de tres letras, en tres nucleótidos (triplete). Hay una palabra para ‘inicio’, que señala el comienzo de un gen, hay tres palabras para ‘stop’, señalando el final, y entre ellas hay otros 60 tripletes (llamados también codones) de tres letras que corresponden a aminoácidos.

El genoma

Con el cifrado en la mano, el siguiente paso en la revolu genética fue decodificar el genoma. Para ello, dando un gran paso en esta revolución, Frederick Sanger inventó la secuenciación del ADN en 1977.

Su técnica pionera funcionó dividiendo el código en trozos superpuestos. Luego copió cada trozo en presencia de nucleótidos ‘que terminan la cadena’. Estos detienen el proceso de copia temprano, indicando qué base acaba de unirse al final de la secuencia.

Poco a poco, el proceso revela cada letra del código. Una vez que tenía la secuencia para cada trozo, Sanger podía volver a unirlos como un rompecabezas.

Armados con esta nueva herramienta, los científicos leyeron el primer genoma completo en 1995. Pertenecía a la bacteria Haemophilus influenzae, antes conocida como bacilo de Pfeiffer o Bacillus influenza. Es una bacteria que comienza su ataque por las vías respiratorias.

La revolu genética ya tiene un manual de instrucciones

Por primera vez, los científicos tenían el manual de instrucciones completo para hacer un organismo vivo. En el año 2000, los científicos terminaron el código genético de la mosca de la fruta. En 2002, completaron el ratón. Y, un año después, surgió el santo grial de la secuenciación: el genoma humano completo.

Con el acceso a estos manuales, los científicos podrían comenzar a entender cómo funcionaban las cosas y por qué salen mal. A principios de la década de 2000 habían acumulado un poderoso kit de herramientas moleculares para ayudar con sus investigaciones.

Sistema inmunitario

Aun así, sería un invento de dos décadas antes el que resultaría ser una pieza fundamental en la misión de decodificar completamente el ADN humano y dar un paso más en la revolu. En 1983 un bioquímico estadounidense llamado Kary Mullis inventó una técnica llamada reacción en cadena de la polimerasa (PCR), un logro por el que recibió el Premio Nobel de Química en 1993. Esta reacción permite que unos pocos fragmentos de ADN se repliquen en miles de millones… Dato curioso para los que hasta hace muy poco tiempo no habíamos oído hablar de ciencia y mucho menos de un PCR…

Una revolución en la edición genética

CRISPR significa ‘Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat’. El acrónimo describe secciones de ADN que se lee igual en un sentido que en otro, hacia adelante o hacia atrás (palíndromos). Se presentan en grupos en algunos tipos de bacterias y arqueas, formando parte de su defensa contra los virus.

Cuando un virus invade, la bacteria corta una parte de su código genético y la coloca entre dos secuencias CRISPR. Luego hace copias del ADN CRISPR y el ADN viral intercalado entre ellos. Las copias, hechas de ARN (ácido ribonucleico), son como el ADN, pero existen como hebras simples en lugar de hélices dobles.

Esto significa que las bases no emparejadas son libres de adherirse a cualquier código coincidente que encuentren dentro de la celda. Si el mismo virus ataca de nuevo, el ARN se adhiere a su código genético. Aquí es donde entra en juego la segunda parte del sistema.

CRISPR trabaja junto con moléculas llamadas Cas (que significa ASOCIADO CRISPR). Son tijeras moleculares que recortan genes, y el ARN lleva a Cas al código genético viral correspondiente, lo que permite a Cas cortarlo. En este paso de la revolu genética los científicos pueden secuestrar el sistema para la ingeniería genética reemplazando el ARN con una secuencia propia.

Al diseñar la secuencia para que coincida con parte de un gen, pueden guiar a las tijeras moleculares para hacer cortes específicos en el genoma. Cuando la célula intenta reparar el corte a menudo comete errores. Esto interrumpe el gen, apaga un proceso conocido como silenciamiento. Si los científicos proporcionan una plantilla de ADN, la célula puede usarla como guía para reparar la rotura, haciendo ediciones al gen.

Desentrañar la reparación del ADN un paso más de la revolu

En 2015, Tomas Lindahl, Paul Modrich y Aziz Sancar recibieron el Premio Nobel de Química por su trabajo en la reparación del ADN. A lo largo de nuestras vidas, nuestro ADN está continuamente bajo el asalto del medio ambiente.

El ADN acumula errores con el tiempo. Algunos ocurren cuando las células cometen errores de copia. Otros son el resultado de un ataque ambiental de carcinógenos como la luz UV, la radiación o el humo del cigarrillo.

Cada vez que una celda se divide, comete pequeños errores de copia. El trabajo separado de estos científicos profundizó en la maquinaria microscópica que encuentra este daño y lo arregla.

Lindahl descubrió la «reparación de la escisión de la base», un proceso que corta pequeños errores del genoma y los rehace. Sancar encontró un sistema similar llamado ‘reparación de escisión de nucleótidos’, que elimina y corrige los errores que hacen que el ADN se abulte. Modrich identificó la «reparación de desajuste» del ADN, que fija áreas donde las bases en hebras opuestas no coinciden. En el siguiente escalón de la revolu, comprender cómo funcionan estas herramientas es el primer paso vital para encontrar la mejor manera de usarlas en el futuro.

Ampliación del código genético

En 2017, en un nuevo paso en la revolu, un equipo de científicos de California aumentó el tamaño del alfabeto del ADN. En 2014, habían logrado que las bacterias Escherichia coli (E. coli) pusieran diferentes bases químicas en su ADN.

Sin embargo, en ese momento de la revolu genética las letras adicionales estaban en silencio, se quedaron en el código genético, pero no deletrearon nada útil. Ahora han actualizado las células para que puedan usar el código para hacer ‘proteínas de diseño’.

Covid-19 Delta Sistema inmunitario

En la naturaleza, las células trabajan con una caja de herramientas de 20 aminoácidos, pero existen más artificialmente. Las letras adicionales abren la posibilidad de escribir nuevas palabras genéticas que codifiquen para estos aminoácidos.

En el último estudio, las bacterias ponen bases antinaturales en su ADN. Luego utilizaron el nuevo código para agregar aminoácidos inusuales a sus proteínas.

¿Es correcto jugar con nuestros genes a pesar de la revolu genética?

La ingeniería genética es increíble, pero muchas personas se preocupan por las consecuencias. Por el momento, la mayoría de la edición de genes se lleva a cabo en laboratorios de investigación, pero en el futuro podría encontrar más y más usos en el mundo real.

Uno de los objetivos es utilizar tecnologías como CRISPR para reparar genes defectuosos en las células de niños y adultos enfermos. Esto podría tratar su enfermedad, pero los cambios genéticos no pasarían a su descendencia.

Otra opción es hacer cambios en los espermatozoides y los óvulos. Las reparaciones genéticas pasarían entonces a la siguiente generación y a cada generación después. Pero hacer cambios permanentes en el acervo genético humano es arriesgado.

A algunas personas les preocupa en esta revolu genética que todavía no entendamos el genoma humano, o las herramientas, lo suficientemente bien como para garantizar que las ediciones sean seguras. A otros les preocupa que sea el comienzo de una pendiente resbaladiza para los bebés de diseño. En la actualidad, muchos países prohíben este tipo de edición genética de la «línea germinal».

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