miércoles, 1 de octubre de 2014

PREGUNTA 20: ¿QUIÉN DESCUBRIÓ EL ADN?


Como pasa en la mayoría de los grandes logros sucedidos en el campo de la genética, el descubrimiento del ADN no se debe a una única persona, sino a muchas y en distintos momentos. Y esto es así porque el grado de aproximación a la cuestión ha sido –y es– cada vez mayor. Así, por ejemplo, en el siglo XIX sólo se podía observar el ADN de manera macroscópica mientras que a mediados del siglo XX el uso de la cristalografía permitió dilucidar la estructura de la molécula.

Por eso tenemos que hacer un repaso cronológico de la mano de varios de estos científicos para entender cómo se produjo el descubrimiento del ADN.

Para empezar, fue Friedrich Miescher, en1869, el primero en conseguir aislar la materia contenida en el interior del núcleo celular a partir de pus encontrada en vendas quirúrgicas. Por entonces este material carecía de nombre y, dado su origen, el médico suizo decidió llamarle nucleína. Unos años después, en 1889, un discípulo de Miescher llamado Richard Altmann consiguió eliminar las proteínas de la nucleína obteniendo una sustancia de carácter ácido a la que llamó ácido nucleico.

Más tarde, ya en el siglo XX –más concretamente en el año 1914–, Robert Feulgen desarrolló un método que le permitió teñir el ADN y darse cuenta de que estaba presente en todas las células que trató. En esa misma década –en 1919– el bioquímico Phoebus Levene fue el descubridor de la estructura primaria del ADN. Es decir, éste fue el encargado de ver que la molécula estaba formada por la unión de varias subunidades compuestas siempre por una base nitrogenada (adenina, guanina, timina y citosina), un azúcar y un grupo fosfato.

En 1946 un bioquímico checo llamado Chargaff estableció el que es hoy en día conocido como Principio de complementariedad de las bases que consistía es establecer una igualdad entre el número de bases de adenina y timina, por un lado, y de citosina y guanina, por otro. Este descubrimiento fue fundamental a la hora de establecer, pocos años después, la estructura tridimensional de la molécula de ADN.

Pero, sin duda, si hay un periodo de gloria para el despegue del ADN como molécula fundamental en la célula, ése es el sucedido entre los años 1944 y 1953. En primer lugar, los científicos Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty determinaron que el ADN era la molécula a la que habían llamado “factor transformante”, encargada de transferir unas características determinadas de una cepa bacteriana a otra. Después fueron Alfred Hershey y Martha Chase, en 1952, quienes terminaron por demostrar, gracias a un famoso experimento llevado a cabo con un fago, que en el ADN se hallaba la base molecular de la herencia. Tradicionalmente, se considera este momento como el del nacimiento de la genética molecular. Por último, en 1953, experimentos de Rosalind Franklin, Maurice Wilkins, James Watson y Francis Crick permitieron establecer el modelo de doble hélice para explicar la estructura tridimensional de la molécula de ADN.

martes, 30 de septiembre de 2014

PREGUNTA 19: ¿QUÉ ES LA SECUENCIACIÓN DE ADN?


Llamamos secuenciación de ADN al conjunto de técnicas y metodologías que nos permiten determinar la estructura primaria de este material genético. Es decir, que nos permiten conocer el orden en el que los distintos nucleótidos (adenina, timina, citosina y guanina) se disponen en un fragmento de ADN.

Los primeros métodos de secuenciación de ADN fueron desarrollados en los años 70 del siglo XX por los científicos Allan Maxam y Walter Gilbert, y consistían, básicamente, en la modificación química del ADN y una posterior rotura para liberar pequeños fragmentos que eran separados electroforéticamente (aprovechando la diferente movilidad de fragmentos de distinta masa al atravesar un campo eléctrico a través de una matriz porosa) en un gel.

Pero muy poco después, Frederick Sanger (único científico que ha obtenido en dos ocasiones el Premio Nobel en Química) desarrolló un método de secuenciación de ADN mucho más sencillo, rápido, eficiente, escalable y reproducible que el método químico de Maxam y Gilbert, conocido como método de terminación de cadena. En éste se lleva a cabo una pcr (reacción en cadena de la polimerasa) en la que se utilizan ddNTPs (didesoxinucleótidos trifosfato), que van a actuar como terminadores de la reacción. Estos ddNTPs se encuentran en el medio de reacción en una proporción determinada con respecto a los dNTPs, que son los monómeros que al unirse dan lugar a una cadena de ADN. La única diferencia entre un ddNTP y un dNTP es la ausencia en el primero de un grupo químico llamado hidroxilo y que es fundamental en la polimerización del ADN. Y es tan importante este grupo que si la enzima encargada de llevar a cabo la síntesis del ADN se encuentra con un ddNTP en lugar de con un dNTP va a dejar de “trabajar” y la cadena se va a quedar sin concluir.

Así, si partimos de un fragmento de cien nucleótidos y llevamos a cabo una pcr en la que tengamos tanto dNTPs como ddNTPs, lo que vamos a obtener como productos finales serán cien fragmentos que se van a diferenciar entre sí en un solo nucleótido. Tendremos un fragmento de un nucleótido, otro de dos nucleótidos, otro de tres, etc. Adicionalmente, cada uno de estos fragmentos se habrá marcado con una molécula química (fluoróforo) que al ser radiada con la luz de un láser va a emitir un color determinado en función del último nucleótido añadido. Es decir, todos los fragmentos en los que se haya añadido una adenina como terminador de la reacción emitirán fluorescencia a una longitud de onda determinada; todos los que terminen con una timina, lo harán a otra longitud de onda. Y lo mismo con la citosina y la guanina. Por último, todas estas señales lumínicas son captadas por una cámara, de manera que un software es capaz de integrarlas para ofrecernos la secuencia de nucleótidos del ADN de partida.


 

lunes, 10 de marzo de 2014

PREGUNTA 18: ¿QUÉ ES LA CLONACIÓN?


De manera general, decimos que la clonación es la técnica por la que, mediante un proceso de reproducción asexual, generamos células o individuos con idéntica carga génica que otro al que tomamos como modelo.

Cuando se trata de organismos unicelulares, como las bacterias, el proceso es muy sencillo porque se limita a generar copias aprovechando el propio mecanismo de bipartición celular, que es la manera por la que estos microorganismo se reproducen habitualmente. Así, a partir de una célula que podríamos llamar madre, tras la bipartición tendremos dos células hijas con idéntico ADN. Como puede deducirse, al cabo de varios procesos de división lo que tendremos será una colonia celular con un número alto de individuos (bacterias) clones de la célula madre.

Si de lo que hablamos es de organismos pluricelulares, cabría hacer una distinción entre la clonación realizada en organismos vegetales y la llevada a cabo en organismos animales. En el primero de los casos, hay que advertir que la clonación de plantas lleva realizándose durante siglos mediante técnicas como la del injerto o la colocación en capas. Además de éstas, en la actualidad se utilizan otras técnicas de clonación en el laboratorio mediante la manipulación de cultivos celulares conocidas como micropropagación. En ella, los explantes obtenidos de una planta madre se colocan en medios de cultivo adecuados dando lugar a la presencia de una masa celular indiferenciada conocida como callo, que va a dar lugar, variando el balance hormonal del medio, a plantas completas.

Con organismos animales, la clonación es bastante más complicada y podemos decir que existen, básicamente, dos formas de obtener clones. La primera consiste en imitar lo que pasa en el proceso de gestación de gemelos monocigóticos. En este caso lo que se produce es una fecundación única de un óvulo por un espermatozoide, pero que, antes de que continúe con su proceso de maduración el embrión, éste se divide, sin saber muy bien por qué, para dar lugar a dos individuos genéticamente idénticos. Como decimos, este proceso se puede imitar en el laboratorio y separar a las células producidas tras la fecundación cuando cada una de ellas todavía posee la capacidad de producir un organismo completo de manera independiente. Es decir, cuando el embrión se ha dividido sólo dos o tres veces (produciendo cuatro u ocho células, respectivamente). Esta técnica presenta como principal inconveniente que sólo puede ser llevada a cabo en un momento muy concreto del desarrollo embrionario.

La segunda de las formas de clonación de organismos animales, y la utilizada de manera general en investigación, es la técnica conocida como clonación por transferencia nuclear. En este caso lo que se hace es extraer el núcleo de una célula adulta somática e introducirlo en un óvulo al que previamente se le ha desprovisto de núcleo. No hay que olvidar que las células animales –al igual que las vegetales– son células eucariotas; es decir, que poseen un núcleo diferenciado en cuyo interior se encuentra su ADN. Así, al transferir el núcleo de la célula adulta al ovulo enucleado (sin núcleo), a efectos prácticos, lo que estaremos haciendo será “crear” un embrión en el que todo el material genético ha sido aportado por una única célula. Por último, este embrión será colocado en el útero del animal que actuará como madre, dando lugar al desarrollo de un periodo de gestación con características idénticas a si ese embrión hubiera sido el resultado de la unión de un óvulo y un espermatozoide. El resultado será el nacimiento de un animal con idéntico ADN al del animal de cuya célula se tomó el núcleo para que fuera transferido al óvulo sin núcleo. Esto es lo que se hizo por primera vez en 1997 para obtener a la oveja Dolly y que después se ha reproducido con verdadero éxito con otros animales como perros, caballos, monos e incluso toros de lidia.

jueves, 23 de mayo de 2013

PREGUNTA 17: ¿QUÉ ES LA TERAPIA GÉNICA?

Se llama terapia génica al conjunto de técnicas conducentes a dar un tratamiento médico a una alteración genética causante de una patología, bien sea mediante la introducción de un fragmento de ADN o mediante el silenciamiento –o inhibición de la expresión– de un gen.


Dicho así podría parecer sencillo, pero nada más lejos de la realidad. Uno de los primeros problemas con los que se topa de frente la terapia génica es el conocido como barrera Weismann. Según este principio, el flujo de información genética se produce desde los genes –desde las células de la línea germinal– a las células somáticas, y no al revés. Es decir, para modificar todo el ADN de un individuo necesitaríamos hacerlo a través de la línea germinal –algo que hoy por hoy es imposible por cuestiones técnicas, éticas y legales– o actuar sobre los varios billones de células de un ser humano.

El siguiente problema –y no menor– con el que nos encontramos es el vehículo que utilizamos para introducir el ADN en las células del organismo. En la mayoría de los casos se utilizan virus que han sido modificados para dejar de ser patógenos, aunque cada vez más se están utilizando vectores no víricos como ADN desnudo o lipoconstrucciones génicas. En cualquier caso, las dificultades encontradas una vez elegido el vector son múltiples. Algunas de éstas son: esquivar la acción del sistema inmune, localizar el lugar exacto a insertar el ADN, salvar la acción tumoral que puede darse tras la transfección o la baja estabilidad en el tiempo de las construcciones.

A pesar de lo anterior, la terapia génica ya es usada para el tratamiento de un gran número de enfermedades monogénicas –las causadas por alteraciones en un único gen– como las talasemias, la ADA (deficiencia en adenosíndesaminasa), que da lugar a los niños burbujas, o el síndrome de Lesch-Nyhan, que ocasiona retraso mental severo. También en el cáncer, que tiene una componente multigénica, la terapia génica se está usando como tratamiento.

Ya hay quien llama a este tipo de terapias “la medicina del futuro” y aunque no es fácil mirar más allá del presente por el riesgo de confundir ciencia con ciencia-ficción, esta afirmación es posible que se acerque a la realidad mucho más de lo que podemos imaginar.

lunes, 6 de mayo de 2013

PREGUNTA 16: ¿QUÉ ES EL ADN BASURA?


En entradas anteriores hemos explicado cómo el Dogma central de la Biología Molecular –establecido a finales de los años cincuenta del Siglo XX por Francis Crick– proponía la relación directa entre un gen y una proteína. De igual modo, en otra entrada distinta expusimos que el número de genes contenidos en los más de 3.000 millones de pares de bases de ADN que tiene el genoma humano era de unos 20.000-22.000. Pero esto no quiere decir que todo ese ADN esté “ocupado” por los genes. Es decir, no todo el ADN presente en una célula es ADN cuya última función sea la de producir una proteína.

En Biología Molecular, al referirnos al ADN que da lugar a una proteína hablamos de ADN codificante y éste, en el caso del ser humano, sólo representa entre el 1,5 y el 2 % del ADN total presente en nuestras células. Cuando se descubrió este hecho, cuando se vio que la práctica totalidad del ADN no daba lugar a proteínas, se pensó que era un ADN inútil, que no servía para nada. Se propuso entonces que ese ADN podía ser los restos de todo un proceso evolutivo cuyo resultado final es la especie humana tal y como la conocemos hoy en día. Por ese motivo, a ese ADN se le llamó ADN basura.

Pasado el tiempo se empezó a sospechar que el calificativo puesto a ese material genético era del todo erróneo. Algunas evidencias hacían pensar que al menos parte del mal-llamado ADN basura podía tener alguna función relacionada con el control de la expresión de ciertos genes, la reparación del ADN o el marcaje de sitios concretos en el genoma. Pero fue, definitivamente el proyecto ENCODE (Enciclopedia de los Elementos del ADN), cuya publicación vio la luz en el verano de 2.012, el encargado de poner en valor al denostado ADN no codificante. Así, una de las conclusiones arrojadas por el proyecto fue la de comparar al ADN basura con un gigantesco panel de control con millones de interruptores que encendía y apagaban genes. Ahora sabemos que cuándo y dónde se produce la expresión de una proteína son cuestiones que no quedan resueltas por la secuencia de ADN en la que se encuentra codificada dicha proteína –el gen–, sino que viene determinado por ADN codificante que antes creíamos sin valor alguno.

viernes, 22 de junio de 2012

PREGUNTA 15: ¿QUÉ SON LOS GENES DOMINANTES? ¿Y LOS GENES RECESIVOS?


Para responder de la manera más sencilla posible a la pregunta, vamos a centrarnos en especies diploides, es decir, especies que tienen un número doble de cromosomas. Y decimos esto porque existen otras especies (la mayoría de los grandes vegetales, por ejemplo) en las que para cada cromosoma se pueden encontrar más de dos copias de cada uno de ellos dando lugar a un fenómeno conocido como poliploidía.


Por otro lado, tenemos que considerar que cada gen, dentro de un cromosoma, va a ocupar siempre un lugar físico determinado al que llamaremos locus. Por lo tanto, para un organismo diploide, en un locus dado van a existir dos copias de cada gen. Esas dos copias pueden ser iguales o pueden ser distintas. En el primer caso decimos que el gen se encuentra en homocigosis mientras que en el segundo decimos que está en heterocigosis. Si tenemos en cuenta que cada gen va a otorgar al conjunto del organismo una cualidad determinada (un fenotipo), parece evidente que cuando el gen se encuentra en homocigosis esta cualidad (por ejemplo, el color de los guisantes en el famoso experimento de Méndel) va a aparecer de manera inequívoca. ¿Pero qué pasará cuando cada una de las copias de un gen, aportadas por el padre y la madre, contenga información distinta? Pues en ese caso sólo podrá manifestarse el fenotipo marcado por uno de los genes. Así, al gen que sea capaz de imponer su fenotipo al otro lo llamamos dominante, mientras que el gen cuyo fenotipo queda silenciado lo llamamos recesivo.

jueves, 21 de junio de 2012

PREGUNTA 14: ¿QUÉ ES EL CÓDIGO GENÉTICO?


Más fácil que responder a qué es el código genético sería explicar qué NO es. Y decimos esto porque a menudo, en los medios de comunicación generalistas o no especializados se suele confundir el genoma, el ADN o el genotipo con el código genético. En muchas ocasiones, ante la noticia de la secuenciación del ADN completo de un organismo, el periodista de turno nos regala afirmaciones del tipo “se ha obtenido el código genético de tal especie” o “secuenciado el código genético de tal otra”. Pero eso NO es el código genético.


De manera sencilla podríamos decir que el código genético es el conjunto de normas que permite traducir una secuencia de ADN en una secuencia de proteínas. Y la forma en la que ambas secuencias se relacionan es atribuyendo un aminoácido determinado –que es la unidad estructural de las proteínas- a cada combinación de tres nucleótidos.

Ahora, si tenemos en cuenta que existen cuatro nucleótidos distintos (A, C, T y G) y que cada uno de ellos puede encontrarse en cualquier posición del triplete, e incluso en varias posiciones, el número de variables que resulta es de 64 (61, en realidad, ya que tres de ellos dan lugar a señales de parada o stop). Pero el número de aminoácidos presentes en los seres vivos es de 20. ¿Cómo ha conseguido la biología ligar ambos factores? Esto se ha logrado dando lugar a un código genético que es degenerado. Es decir, existe la posibilidad de que dos tripletes distintos den lugar a un aminoácido concreto. De hecho, existen hasta tres aminoácidos codificados por seis tripletes distintos mientras que sólo hay dos aminoácidos codificados por un triplete único. Otros aminoácidos son codificados por dos, tres o cuatros tripletes distintos (ningún aminoácido es codificado por cinco tripletes diferentes).

Otras dos características fundamentales del código genético son la universalidad y la especificidad. La primera de estas quiere decir que el código genético es común para todos los organismos conocidos –salvo excepciones puntuales-, mientras que la segunda quiere decir que ningún triplete codifica para más de un aminoácido.