Sólo cuatro letras son necesarias para codificar la información de la vida…

 

El Dr. Craig Venter fue la primera persona en secuenciar, detallar, toda la información necesaria para construir a un ser humano: lo que conocemos como su genoma o más coloquialmente, su código genético.

Muchos años antes, en 1952, una mujer, Rosalind Franklin, consiguió por primera vez en la historia fotografiar la molécula de la vida, el ADN (Ácido Dexosiribonucleico). Su fotografía número 51 permitiría más tarde a los también científicos Watson (James Dewey Watson) y Crick (Francis Harry Compton Crick) determinar con precisión la estructura y forma de esta molécula de la vida, estudio que les valió el Premio Nobel de Medicina en 1962, una década más tarde de las investigaciones iniciales de Rosalind.

Con tan sólo cuatro tipos diferentes de “letras”, A, T, G y C, podemos codificar la información necesaria para construir a un ser humano y a cualquier organismo vivo.

En concreto, para un ser humano, si pusiéramos toda esa información, todas esas instrucciones en un libro…no bastaría con sólo uno, ni dos, ni diez ni cincuenta…necesitaríamos 175 volúmenes, 262.000 páginas, 3.200 millones de letras A, T, G, y C….: esta es la enciclopedia del hombre.

Ahora la humanidad tiene la capacidad, por primera vez en la historia, de poder leer estos libros….

Páginas y páginas….miles y miles y millones de letras, de secuencias de As, Ts, Gs y Cs que aparentemente no tienen sentido…Pero, vayamos por ejemplo a una parte específica. Permitidme que os la lea:  “AAG, AAT, ATA.” Aparentemente letras vacías…pero…esta secuencia específica, le da al Dr. Craig su color de ojos.

Veamos otra….”Cromosoma 14, libro 132”….este es también interesante…”ATT, CTT, GATT.” El Dr. Craig es afortunado: un error de tan sólo dos letras en esta posición y estaría condenado a padecer una enfermedad, la fibrosis quística, para la cual no tenemos cura en la actualidad: Tan sólo dos letras “mal” en 3.200 millones y estamos condenados a una enfermedad aún sin cura…

Esta enciclopedia del hombre es una enciclopedia maravillosa, una enciclopedia que nos da una lección de humildad porque gracias a ella podemos visualizar rápidamente lo que nos diferencia y lo que nos aproxima a otros seres vivos. Por ejemplo, aproximadamente la mitad de uno de esos libros es lo que nos diferencia entre nosotros, lo que nos hace únicos a ti o a mi…solo aproximadamente la mitad de un libro te hace a ti único y diferente a cualquier otro ser humano…todo lo demás, 174 tomos y medio, lo compartimos: Existe más diversidad genética en un grupo de 55 chimpancés que en toda la población humana mundial.

Y esa similitud se extiende también más allá.

De los chimpancés por ejemplo, nos diferencia tan sólo un 2% o 4% del genoma (según qué variables se tengan en cuenta en el cómputo). Situándonos en el mayor supuesto, un 4%, eso se traduce en…unos 7 libros. Siete de un total de 175: compartimos el resto (168).

Con una rata nos diferencia sólo un 10% del genoma: unos 17 libros y medio. Y con la mosca de la fruta nos diferencia un 40%: unos 70 libros; 105 libros aún en común: Seguimos teniendo más en común con una mosca que lo que nos diferencia de ella…

Otro aspecto muy interesante del genoma es que en estos libros del ADN del hombre, hay pasajes de actividad y pasajes de inactividad. Hay partes del libro en las que no hay actividad, son monótonas, aburridas, no pasa nada…pero de repente llegamos a partes en las que se produce un hervidero de acciones: los personajes de la historia parecen despertar, pasan cosas, están más activos…En esta analogía de la enciclopedia, eso serían los genes: partes de todas estas instrucciones que están activas y donde pasa algo. Lo que sucede a nivel celular es que esos genes servirán para definir proteínas.

Pero, como decíamos, también tenemos pasajes de inactividad. Entre ellos se encuentran por ejemplo largas secuencias de repetición de una misma secuencia de letras; son secuencias repetidas, es redundancia. Y también encontramos entre estos libros, pasajes que nos hablan del pasado, de cómo hemos llegado hasta aquí: son vestigios de nuestro pasado evolutivo, son genes “fósiles” que están ahí, formando también parte de este “ADN inactivo” o del cual desconocemos aún su función exacta.

Pero, ¿dónde está realmente toda esta información? ¿Dónde residen esas 4 letras y qué son exactamente?

Estas letras forman parte de lo que llamamos “Ácido Dexosiribonucleico” (ADN), la molécula que consiguió fotografiar Rosalind Franklin en 1952.  El ADN es una macromolécula, una agrupación de elementos químicos muy grande, que está dentro de cada una de nuestras células, de todas salvo de los glóbulos rojos.

El ADN tiene la forma de una cadena construida como una escalera de mano que se retuerce formando una hélice. Y los peldaños de esa escalera no son unos peldaños cualesquiera ni poseen muchas formas diferentes: sólo son cuatro tipos diferentes de peldaños que llamamos A (Adenina), T (Timina), C (Citosina), y G (Guanina). ¿Os suenan? Son nuestras cuatro letras: Cuatro tipos diferentes, suficientes para formar toda la vida que nos rodea.

Esos cuatro elementos (llamados en genérico bases nitrogenadas) además se disponen de una manera muy especial: cada travesaño, cada peldaño de la escalera, está compuesto por dos de esos elementos y siempre aparecen en las mismas combinaciones:  A va siempre unida a T y G va siempre unida a C.

Cabe decir que hay ciertos virus que tienen como único material genético una molécula muy similar al ADN: el llamado Ácido Ribonucleico (ARN). En el ARN no aparece la Timina, que está reemplezada por otra base nitrogenada, el Uracilo (U). Al igual que la Timina, el Uracilo siempre se empareja con la Adenina. En  el resto de organismos a parte de estos virus, el ARN también está presente en las células y realiza una función vital ya que ayuda al ADN a realizar la síntesis, la producción, de las proteínas.

Pero, ¿por qué estas letras van siempre emparejadas? La respuesta es para facilitar la copia de la información y poder transferirla a otra célula cuando ésta se divide: El ADN se puede desenrollar por la parte central como si fuera una cremallera y al hacerlo, cada letra queda separada de su pareja, como las dos partes de la cremallera. Existe una encima específica (nos podemos imaginar las encimas como robots moleculares que realizan funciones específicas) que se llama helicasa. La helicasa actúa como el deslizador de la cremallera, “desabrochando” la doble hélice para separar las dos cadenas.

A medida que la cremallera se abre, los “dientes” entrelazados se separan, y la nueva “fila de dientes” a cada lado, ahora desnuda, puede utilizarse como plantilla para armar nuevas secuencias que encajen: unas encimas determinadas se van desplazando sobre cada  fila de dientes  separada y donde “lea” una A colocará una T y donde lea una G colocará una C y viceversa.

Así se va creando una nueva cremallera que es idéntica a la original. Y así conseguimos transmitir la información de célula a célula, de generación en generación.

Pero… Las encimas se pueden equivocar…se pueden equivocar al leer y al colocar la letra complementaria que tocaría. Tendríamos entonces una mutación: una variación respecto al original, que en principio puede ser positiva y hacernos evolucionar, o negativa: dependerá de si ese cambio sirve para que nos adaptemos mejor al medio o por el contrario nos desfavorece para la adaptación a él.

Pero los miles de millones de años de evolución han perfeccionado mucho a estas “enzimas escribanas”, convirtiéndolas en un mecanismo de copia de precisión, incluso si se compara con la mejor tecnología humana: se equivocan muy poco, ¡sólo en una letra de cada 1.000 millones, a veces incluso en tan sólo una de cada 10.000 millones! Ese nivel de error es equivalente a mecanografiar las obras completas de William Shakespeare 1.400 veces y equivocarse sólo una vez. Gran trabajo y precisión el de estas “encimas escribanas”.

Otros factores pueden causar también mutaciones, como determinados tipos de radiación o elementos químicos. Pero éstos ya no son errores de lectura y copia. Lo que ocurre en estos otros casos es que los átomos de la molécula de ADN quedan dañados. Esto puede ocurrir cada 8,4 segundos, esto es, unas 10.000 veces cada día.

Cada célula de nuestro cuerpo (a excepción de los glóbulos rojos) contiene secuencias de ADN compuestas en total por 3.200 millones de letras. En cada célula de nuestro cuerpo pues, tenemos metidos esos 175 volúmenes de la enciclopedia. Por eso también con las técnicas de la ingeniería genética podemos tomar ADN de cualquier célula (salvo de los glóbulos rojos), para modificarlo y convertir por ejemplo una célula de la piel en una célula cardíaca: porque en cada una de nuestras células están las instrucciones completas para construirnos. Una célula de la piel tiene también las instrucciones para construir una célula del corazón o de cualquier otro órgano del cuerpo; sólo hay que recuperar esas instrucciones.

Desenrollado, el ADN de cada célula ocuparía una longitud de unos 2 metros. Todo ese ADN está metido en un núcleo celular que posee un tamaño de unos 6 micrómetros (6 millonésimas partes de un metro). Ese es un nivel de compactación equivalente a introducir unos 40 Km de hilo fino en el volumen de una pelota de tenis. Si ponemos además todo el ADN de todas las células de un cuerpo humano, junto, para formar una única cadena, podríamos llegar y volver hasta Plutón.

Volviendo a nuestra Enciclopedia del Hombre…Un mecanógrafo tendría que teclear 60 palabras por minuto, 8 horas al día durante 50 años para transcribir todo el genoma humano.

Afortunadamente hemos inventado máquinas que lo hacen: el Proyecto Genoma Humano se inició en 1990, tardó 13 años en descifrar estas frases de letras y costó unos 2.700 millones de dólares. En 2004, se podía ya descifrar todo el genoma de una persona en 3 o 4 meses por unos 20 millones. En la actualidad se puede obtener por unos cuantos miles de dólares en aproximadamente una semana.

Con ello estamos ya a las puertas de un nuevo tipo de medicina:  la medicina personalizada. Pasaremos de un planteamiento donde el paciente es poco más que un punto en un océano de estadística, a un esquema personalizado donde leeremos en estos libros a cada paciente y los médicos poseerán un conocimiento exacto de cómo es.

Es inquietante pensar que con sólo entre un 2% y un 4% de diferencia en el genoma, con tan sólo un máximo de 7 libros de diferencia, podemos los humanos ser tan distintos de un chimpancé, con nuestra superior inteligencia, nuestra tecnología, nuestra capacidad de raciocinio y lógica, nuestra ciencia, arte y música  y todo lo demás…En referencia a esto, el científico y comunicador estadounidense Neil deGrasse Tyson, lanzó la siguiente perspectiva que me gustaría trasladaros: Imaginemos una civilización extraterrestre avanzada…que tuviera respecto a nosotros, y a su favor, tan sólo ese 2% a 4% de diferencia…Entonces nosotros podríamos ser para ellos unos simples chimpancés…Toda la inteligencia de nuestro mejor Einstein, Hawking o nuestro mejor Mozart, podría ser para ellos la inteligencia de un bebé de tan sólo dos años de su especie…

Gloria García-Cuadrado
Físico Teórico