QUESTION 25: HOW MANY GENES DOES A HUMAN HAVE?

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Until the 1990s, the idea generally accepted by the scientific community was that in the genome of any human could be on the order of 100,000 genes. But as the Human Genome Project was shedding light on our DNA sequence, that number went down. Thus, when in the year 2000 the scientific parents of the Project together with politicians Bill Clinton and Tony Blair presented the first draft of the human genome, the estimate lowered the number of genes to 25,000-30,000. But that draft was only the beginning. Since then we have been working on the huge amount of information obtained and the latest estimates put the number of genes present in each of our nucleated cells in about 20,500.

The next question that should be asked is, are these few or many compared to other living organisms? And the answer can not be any other: they are, exactly, the ones we need. Sometimes - too often - journalists and scientists often play to confront the number of genes, the size of the genome, the number of chromosomes, the similarity between DNA and other characteristics linked to our genetic material with that of some animals for arrive to really absurd situations. And it would be as if knowing that the number of pieces that have a computer we ask ourselves if they are few or many compared to other elements like a motorcycle, a toaster or a mechano. The conclusion we could reach would be as ridiculous as it was meaningless. DNA is the same.

However, in order to satisfy the curiosity of those who may still have it and without the intention of entering into comparisons that we have already said that they can not do, I will show in the following table the number of genes of some species more or less distant from ours.

Species                                                    No. genes
Human being (Homo sapiens)                 20,500
Water flea (Daphnia pulex)                     31,000
Mouse (Mus musculus)                           23,000
Bacteria E. coli                                          4,377
Rice (Oryza sativa)                                  28,000
Yeast (S. cerevisiae)                                  5,800
Fly (Drosophila melanogaster)                17,000
Worm (C. elegans)                                   21,733
Arabidopsis (A. thaliana)                         25,500
Dog (Canis lupus)                                    19,300
Mycoplasma genitalium                               485
EBV virus, which causes mononucleosis      80

QUESTION 12: WHERE IS THE RNA?

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Although to answer the question of where the DNA is, we only have to know if we were talking about a eukaryotic cell (with differentiated nucleus) or a prokaryotic cell (without differentiated nucleus), when the question arises for RNA, the answer is complicated. And this is so because there is no single RNA and because the place where it is synthesized and the place where it performs the function that has to fulfill is not always the same.

But, let's start with the simplest case. In prokaryotes, as we have said, there is no nucleus understood as an independent compartment. Therefore, the genetic material is not enclosed in any isolated structure. In this way there is no other possibility than to find the RNA, regardless of the type in question, in the cytoplasm.

In eukaryotes, the situation is more complex. First, we must bear in mind that the synthesis of RNA, whatever the type, is in the nucleus, but the translation of that sequence into a sequence of proteins occurs in the cytoplasm. In addition, both processes (transcription and translation) take place both the maturation of the RNA and its transport to the exterior of the nucleus. Therefore, if we consider that the rRNA and tRNA perform their function in the synthesis of proteins and this takes place in the cytoplasm, it is immediate to conclude that it will be here where we can find them both. On the other hand, the regulatory RNA or RNAs plays an important role in the maturation of the mRNA, and as this is carried out in the nucleus, it will be where we find it. Finally, the mRNA can be found both inside the nucleus and in the cytoplasm. Finding it to a greater or lesser extent inside or outside the nucleus will depend on the half-life of the synthesized mRNA, and this, ultimately, will depend on the maturation process that the molecule has undergone.

QUESTION 3: WHERE IS THE DNA?

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DNA is found inside cells, but to answer this question more accurately, it will be necessary to first clarify how many types of cells exist. Thus, considering the presence or absence of nucleus, it can be said that there are two large groups of cells. On one side, the eukaryotic cells (from the Greek eu-karyon, with true nucleus) and on the other side, the prokaryotic cells (from the Greek pro-karyon, withe real nucleus). The basic difference between these two types of cells is that the former have a membranous structure called nucleus, while the latter have no nucleus.

To the group of eukaryotic cells belong the animal cells, vegetables, fungi and an extensive group called protista, in which the microalgae, amoebas, molds are, whereas the group of eukaryotic cells belong both archeobacteria and eubacteria.

Well, in eukaryotic cells the DNA is inside of its nucleus whereas in the prokaryotic cells the DNA is dispersed by the inner región, the cytoplasm. Importantly, considering a eukaryotic organism such as a human, absolutely all somatic cells in his body have the same genetic information -not the germ cells, ova and sperm, which present only half of it-. That is, the DNA that we can find in a somatic cell of a person's eyelid is the same as the one that this same individual will have in a cell of his liver.

A separate mention requires viruses. These are not considered living organisms since they are not capable of performing a number of basic functions by themselves, but they have genetic material that can be in the form of DNA or RNA. In this case, the DNA is located inside a protein structure called capsid.

PREGUNTA 25: ¿CUÁNTO ADN TENEMOS?

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Para responder a la pregunta vamos a tener en cuenta y dar por supuestas ciertas consideraciones.

La primera de ellas es que, como el ADN está compuesto por 4 nucleótidos (adenina, timina, citosina y guanina) y cada nucleótido tiene un peso sensiblemente distinto, vamos a considerar que cada uno estuviera representado de la misma forma en el genoma y, por lo tanto, consideraremos para cada nucleótido el peso medio de los cuatro. En un laboratorio resulta muy complicado medir las moléculas o los átomos de manera individual, así que lo que se hace es medir un número grande y conocido de éstas que se denomina mol y que corresponde a 6,02 x 10²³ moléculas o átomos. En el caso del ADN, se sabe que el peso medio de 1 mol de nucleótidos es de 330 gramos, lo que quiere decir que cada nucleótido pesa del orden de 5,48 x 10^-22 gramos.

Otras cosas que no hay que perder de vista son: el ADN se constituye como una doble cadena por lo que cada unidad estructura de ADN, estrictamente hablando no es una base sino un par de bases; nuestro genoma está constituido, aproximadamente por unos 3200 millones de pares de bases; y nuestro genoma es diploide, o sea que tiene dos series de cromosoma. Considerando todo lo anterior, cada célula somática de un humano tendría unos 7 x 10^-12 gramos.

Por último, hay que tener en cuenta que a día de hoy resulta casi imposible saber el número de células que tiene un humano adulto. Por ello, en los últimos años se han abierto varias líneas de investigación para establecer un número definitivo y si bien estos estudios aún no han arrojado un valor que podamos considerar absolutamente fiable, sí que parece cierto que éste número ronda los 50 billones (5 x 10¹³).

Así pues, teniendo en cuenta las aproximaciones anteriores, podemos decir que el ADN del genoma nuclear de cada humano adulto tiene un peso en torno a los 350 g. Y hacemos la aclaración de “genoma nuclear” porque en este cálculo no hemos considerado ni el ADN contenido en las mitocondrias ni el ADN de todas las bacterias presentes en nuestro organismo.

PREGUNTA 24: ¿QUÉ ES LA PCR?

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PCR son las siglas en inglés de Reacción en Cadena de la Polimerasa (Polymerase Chain Reaction), y es una técnica de biología molecular utilizada para multiplicar un fragmento concreto de ADN, de manera que a partir de una única copia de material genético se pueden obtener múltiples fragmentos idénticos a la molécula de partida. La PCR fue desarrollada en los años 80 del Siglo XX por el científico estadounidense Kary Mulllis (lo que le valió el Premio Nobel de Química en 1993) y se ha convertido, sin duda, en uno de los avances científicos más importantes en la historia de la biología molecular.

Para entender cómo funciona una PCR –insisto, Reacción en Cadena de la Polimerasa–, lo primero que tenemos que preguntarnos es qué es la polimerasa. Pues bien, la polimerasa es una enzima –una proteína– que todos y cada uno de nosotros tiene. En realidad, cualquier organismo vivo cuenta con ella porque es la enzima que se encarga, de manera natural, de generar los ácidos nucleicos (el ADN, la ADN-polimerasa, mediante una reacción conocida como replicación; y el ARN, la ARN-polimerasa, mediante una reacción denominada transcripción).

Es decir, lo que se hizo cuando se comenzó a desarrollar la PCR fue purificar polimerasas y llevarlas al laboratorio para que, en un tubo de ensayo –y en presencia de los reactivos necesarios– fuera capaz de realizar “su trabajo” según las necesidades del científico en cuestión. En realidad no es tan sencillo por cómo se desarrolla una reacción de PCR, pero, básicamente, esa es la idea.

Y decimos que no es tan sencillo porque para que la polimerasa pueda “pegarse” al ADN y multiplicarlo, previamente éste tiene que ser desnaturalizado. Es decir, para facilitar el acceso de la enzima a la estructura primaria del ADN, antes tenemos que separar las dos hebras de las que está formado, y esto lo conseguimos sometiendo a la muestra a una temperatura de entre 94 y 96 ºC. A esta temperatura, cualquier enzima humana dejaría de tener actividad, por lo que se hizo imprescindible buscar una polimerasa en organismos que fueran capaces de sobrevivir a esas condiciones. Así, se buscó en manantiales calientes y géiseres hasta encontrar que una bacteria denominada Thermus aquaticus se había adaptado con ese fin, y fue de esa bacteria de donde se extrajo la polimerasa que posteriormente se usó para llevar a cabo las reacciones de PCR.

Como curiosidad, cabe decir que películas como Parque Jurásico o series como CSI tienen su razón de ser gracias a la PCR. Si no fuera por esta técnica, ni los dinosaurios hubieran podido volver a la tierra gracias al ADN “secuestrado” en la trompa de un mosquito fosilizado en ámbar, ni los científicos forenses de Las Vegas podrían dar con los asesinos y psicópatas en cada episodio.

PREGUNTA 23: ¿PARA QUÉ SIRVE EL ADN?

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Las funciones biológicas del ADN se pueden sintetizar en tres: autoduplicación y transferencia a células nuevas; almacenamiento de genes; y la especificación de proteínas. Veamos un poco más en detalle en qué consisten cada una de estas funciones.

La autoduplicación del ADN se lleva a cabo mediante un proceso conocido como replicación. En éste, las dos cadenas de ADN se separan para servir de molde en la síntesis de dos nuevas cadenas que va a ser complementaria a las originales. El trabajo de duplicación es llevado a cabo por una enzima llamada ADN polimerasa, y el resultado final van a ser dos moléculas de ADN, exactamente iguales a la primera, que contendrán, cada una, una cadena original y otra nueva. Por este motivo, se dice que la replicación es un proceso semiconservativo. En los organismos eucariotas, dentro del ciclo celular existe una fase conocida como interfase que es en la que se da la duplicación del ADN. A continuación, gracias a otro proceso, denominado Mitosis, el material genético será separado y distribuido en las dos células hijas.

La segunda de las funciones, como hemos dicho, es la de almacenar genes. Éstos son la base de la herencia, es decir, son los responsables de hacer que las características de una célula o de un organismo se mantengan en su descendencia. Por eso es fundamental que esta información sea guardada de manera segura y precisa, y para que esto sea así, el ADN se dispone en cromosomas, que están altamente compactados y en ellos los genes se encuentran organizados y seguros de cualquier tipo de daño tanto físico como químico.  

La última de las funciones del ADN es la de servir como libro de instrucciones para dar lugar a las proteínas. Esto se lleva a cabo mediante la ejecución sucesiva de dos procesos conocidos como transcripción y traducción. Mediante el primero de ellos, el ADN genera un ARN llamado “mensajero” (mRNA) y mediante el segundo se generan las proteínas gracias a las reglas contenidas en el código genético, que permite establecer una relación única entre un triplete de mRNA y un aminoácido.

PREGUNTA 22: ¿QUÉ SON LAS PRUEBAS DE ADN?

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Normalmente, al hablar de pruebas de ADN la mayoría de la gente hace referencia a los test de paternidad. Y éstos se basan en el hecho de que la totalidad de nuestro ADN nuclear procede, al cincuenta por cierto, de nuestro padre y de nuestra madre (a través de sus óvulos y espermatozoides, respectivamente).

Estas pruebas vienen realizándose en su formato actual (con variaciones en el análisis matemático, pero igual en el fundamento genético) desde la década de los noventa del siglo XX. Anteriormente a esta fecha lo que se hacía era estudiar el grupo sanguíneo de los padre y del hijo, y compararlos. El inconveniente de este método era que la posibilidad de que aparecieran falsos positivos era altísima. Así que sólo era válido para resultados negativos.

Entonces, ¿qué paso para que esto dejara de ser así? ¿Por qué cambió la metodología? ¿Por qué hoy se dice que las pruebas son fiables en un 99,9999 de los casos? Pues lo que sucedió, sencillamente, fue que fueron descubiertas unas regiones del ADN llamadas microsatélites cuyo uso vino a revolucionar los análisis de paternidad. ¿Y qué son los microsatélites? Pues no son otra cosa que repeticiones en tándem de uno o varios nucleótidos (que son las unidades estructurales del ADN) un número de veces determinadas en una región del genoma. ¿Y cuántos tipos de microsatélites exitesn? Pues, básicamente, se diferencian en SSR o STR, según estén contenidos en la secuencia repetida un único nucleótido o varios, respectivamente, siendo los utilizados para realizar los análisis de paternidad los STR.

A efectos prácticos lo que se hace es, en primer lugar, extraer el ADN de una muestra biológica. Ésta puede proceder de cualquier tejido humano (pelo, uña, sangre, etc.) y no lleva más de una hora en cualquier laboratorio. A continuación se procede al análisis propiamente dicho, y mediante éste obtendremos un perfil genético determinado que va a ser único para cada individuo (salvo en el caso de gemelos univitelinos). Por último, un riguroso estudio matemático va a establecer relaciones entre los perfiles de los parentales y del hijo, y nos va a dar un número que representa la probabilidad de que exista un vínculo biológico entre los individuos.

PREGUNTA 21: ¿CÓMO PUEDO EXTRAER MI ADN?

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Existen, básicamente, tres formas de extraer el ADN: mediante kits comerciales; mediante metodologías clásica de laboratorio, a través de un protocolo en el que eres tú quien prepara las disoluciones; y a nivel casero, aprovechando algunos productos que todos tenemos a mano.

El uso de los kits comerciales permite extraer ADN de un gran número de muestras de manera sencilla, rápida, reproducible y relativamente barata. Distintas casas comerciales ofrecen kits para 50 muestras, como mínimo, a un precio que rondan los 5 € por muestra.

Los protocolos de laboratorio y las experiencias caseras son aún más baratas, pero todo el proceso es más engorroso y tedioso. Además, la calidad obtenida de ADN con los protocolos caseros no es tan buena como en los otros ya que junto a éste se arrastran otros productos no deseados debido a la pobre purificación.

En cualquier caso, los pasos a seguir son siempre los mismos –independientemente del método elegido–. En primer lugar hay que romper las paredes celulares ya que es dentro de la célula –en el núcleo– donde se encuentra el ADN. En el protocolo casero esto lo conseguimos añadiendo al tejido elegido un poco de detergente –lavavajillas, por ejemplo– y un poco de sal. En los protocolos de laboratorio y al usar kits comerciales, simplemente tendremos que añadir una disolución de concentración y pH determinado. A continuación tendremos que separar el ADN de todos los restos celulares que no nos interesan. Esto lo haremos pasando toda la mezcla por un colador, en el protocolo casero o mediante el uso de una centrífuga, en el laboratorio. El paso siguiente consiste en hacer precipitar al ADN utilizando etanol para poder lavarlo después. Y por último resuspenderemos el ácido nucleico en una solución determinada que, en el método casero, puede ser agua.

PREGUNTA 20: ¿QUIÉN DESCUBRIÓ EL ADN?

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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.

PREGUNTA 19: ¿QUÉ ES LA SECUENCIACIÓN DE ADN?

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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.

PREGUNTA 18: ¿QUÉ ES LA CLONACIÓN?

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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.

PREGUNTA 17: ¿QUÉ ES LA TERAPIA GÉNICA?

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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.

PREGUNTA 16: ¿QUÉ ES EL ADN BASURA?

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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.

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

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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.

PREGUNTA 14: ¿QUÉ ES EL CÓDIGO GENÉTICO?

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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.

PREGUNTA 13: ¿TIENEN ADN LOS VIRUS?

(Podrás encontrar respuesta a ésta y otras preguntas en mi canal de youtube Un paseo con Darwin)

Sí y No serían respuestas igualmente válidas. Por lo tanto, surge la pregunta: ¿qué tienen de especial los virus? En Biología, un virus (del latin virus, veneno o toxina) se definió en el siglo XIX como el agente responsable de algunas enfermedades infecciosas para las que no se habían encontrado otros causantes como bacterias, hongos o protozoos. Sin embargo, el descubrimiento del primer virus -TMV, virus del mosaico del tabaco- no se consiguió hasta iniciado el siglo XX debido al pequeño tamaño de estos organismos. Desde entonces se han descrito 5.000 virus distintos, aunque se prevé que el número sea mucho mayor.

Básicamente, los virus se componen de un material genético (genoma), una cubierta proteica que lo protege y, en algunos casos, una bicapa lipídica exterior. A pesar de esta aparente simplicidad, biológicamente hablando, los virus son organismos singulares que parecen escapar a la "norma". Por un lado, se consideran organismos, pero no vivos, ya que carecen de algunas funciones básicas y sólo pueden multiplicarse dentro de las células del organismo al que infectan, que pueden ser animales, plantas o incluso bacterias. Y, por otro, a diferencia de los organismos vivos, su material genético puede estar compuesto de ADN o ARN, que puede ser monocatenario (formado por una sola cadena) o bicatenario (formado por dos cadenas complementarias). Además en el caso de los virus que contienen ADN, este puede aparecer en forma lineal o circular; mientras que puede ser lineal o segmentado en los virus con ARN.

Durante su ciclo de vida los virus introducen su genoma en la célula infectada. Una vez en el interior, el material genético se replica, se transcribe a ARNm y finalmente se traduce en las proteínas que se emplearán para ensamblar nuevos virus. Será el tipo de material genético (ADN o ARN) que contiene cada virus lo que determine los procesos necesarios para completar ese ciclo. En cualquier caso, serán los ribosomas de la célula huésped los que lleven a cabo la síntesis de las proteínas virales.

PREGUNTA 12: ¿DÓNDE SE ENCUENTRA EL ARN?

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Si bien para responder a la pregunta de dónde se encuentra el ADN sólo había que saber si estábamos hablando de una célula eucariota (con núcleo diferenciado) o una célula procariota (sin núcleo diferenciado), cuando la cuestión se plantea para el ARN, la respuesta se complica. Y esto es así debido a que no existe un único ARN y a que el lugar donde este se sintetiza y el lugar donde lleva a cabo la función que tiene que cumplir no siempre es el mismo.

Pero, comencemos con el caso más sencillo. En procariotas, como hemos dicho, no existe un núcleo entendido como un compartimento independiente. Por lo tanto, el material genético no queda encerrado en ninguna estructura aislada. De esta manera no cabe otra posibilidad que hallar el ARN, independientemente del tipo del que se trate, en el citoplasma.

En eucariotas, la situación es más compleja. En primer lugar, hay que tener en cuenta que la síntesis del ARN, sea del tipo que sea, se da en el núcleo, pero la traducción de esa secuencia en una secuencia de proteínas se da en el citoplasma. Además, entre ambos procesos (transcripción y traducción) tiene lugar tanto la maduración del ARN como su transporte al exterior del núcleo. Por lo tanto, si tenemos en cuenta que el ARNr y el ARNt llevan a cabo su función en la síntesis de las proteínas y esta tiene lugar en el citoplasma, resulta inmediato concluir que será aquí donde podamos encontrarlos a ambos. Por otro lado, el ARN regulador o ARNsn juega un papel importante en la maduración del ARNm, y como esta se lleva a cabo en el núcleo, será aquí donde lo hallemos. Por último, el ARNm podremos encontrarlo tanto en el interior del núcleo como en el citoplasma. Encontrarlo en mayor o menor proporción dentro o fuera del núcleo va a depender de la vida media del ARNm sintetizado, y esto, en última instancia, dependerá del proceso de maduración que la molécula haya sufrido.

PREGUNTA 11: ¿CUÁNTOS TIPOS DE ARN EXISTEN?

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Normalmente, y para simplificar, se dice que existen cuatro tipos de ARN, atendiendo a la función que cada uno de ellos lleva a cabo. Estos son: el ARN mensajero (ARNm), el ARN ribosómico (ARNr), el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN regulador, del que se conocen varios subtipos y que a veces también se ha llamado ARN pequeño nuclear (ARNsn).

Pero antes de profundizar en cada uno de ellos resulta obligatorio hacer una parada en el conocido como Dogma central de la Biología Molecular. Éste fue establecido a finales de los años cincuenta del Siglo XX por Francis Crick (descubridor de la estructura del ADN junto al estadounidense James Watson) y se resume en la frase “un gen, una proteína”. Y es necesario detenernos aquí para ganar conciencia de que el sentido de la existencia tanto del ADN como del ARN es el de dar lugar a las proteínas que en su conjunto van a ser las encargadas, en última instancia, de dar estructura y función a cada una de las partes de todo organismo vivo.

Partiendo de esta premisa definiremos cada tipo de ARN en función del papel que juega en la síntesis de las proteínas. Así, el ARNm se puede considerar como el intermediario entre el gen y la proteína, y constituye, aproximadamente, el 5% del ARN total presente en una célula. Este tipo de ARN, por tanto, transporta la información contenida en un gen –aunque con ciertas particularidades químicas respecto a la molécula de ADN- que será utilizada para sintetizar una proteína.

El ARNr es el mayoritario (en torno al 75-80% del ARN total) y su función es la de generar el entorno y catalizar la reacción de síntesis de la proteína a partir de la información contenida en el ARNm. Para llevar a cabo esta función, el ARNr tiene que asociarse a una serie de proteínas específicas dando lugar a un complejo llamado ribosoma.

El ARNt está representado con un porcentaje en torno al 15% del ARN total y su función es la de transportar y transferir los aminoácidos, que son las unidades estructurales de las proteínas. Así, al final de cada proceso de transformación de una molécula de ADN en una molécula de ARNm (transcripción) y de traducción de ésta en el ribosoma y en presencia de ARNt, lo que tendremos será una macromolécula (proteína) cuya secuencia de aminoácidos queda determinada por la secuencia nucleotídica de partida.

Por último, el ARN regulador viene determinado por pequeñas moléculas de ARN que juegan un papel muy importante en la regulación de la expresión de genes específicos. Dentro de estos, cabe destacar los ARN de interferencia y los ARN antisentido que pueden activar o, sobre todo, inhibir la etapa de transcripción mediante determinados procesos en el interior del núcleo.

PREGUNTA 10: ¿QUÉ ES EL GENOMA HUMANO?

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Si definimos un genoma de manera ortodoxa, es decir, como la totalidad del ADN que hay presente en cada una de las células que componen un organismo, parece inmediato deducir que el genoma humano lo constituye el ADN completo de la especie animal Homo sapiens. Pero realizar esta sencilla definición podría conducirnos a una idea equivocada en cuanto a la complejidad de nuestro genoma.


Basta recordar la frase que el entonces presidente de los USA, Bill Clinton, pronunció cuando se hubo secuenciado el genoma humano para hacernos una idea de la magnitud de información que podemos llegar a encontrar en el conjunto de nuestro ADN. “Estamos aprendiendo el lenguaje con el que Dios creó la vida”, fue lo que por entonces dijo.

Por otro lado, hablar de “El Genoma Humano” así, de manera absoluta, podría hacernos pensar que sólo existe uno. Es decir, que todos los humanos comparten una única e idéntica copia de su carga genética. Y esto no es así. Es cierto que dos individuos distintos comparten entre sí más del 99,9% de su ADN, pero es que esa diferencia mínima del 0,1% se traduce en la presencia de más de tres millones de nucleótidos distintos que son los que confieren las características individuales a cada persona.

No obstante, a pesar de lo anterior, hay que dejar claro que sí que existe una secuencia consenso común a todos los individuos del género humano que fue la obtenida y publicada tras el éxito del Proyecto Genoma Humano.

PREGUNTA 9: ¿QUÉ ES UN GEN?

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De forma sencilla, podríamos decir que un gen es un fragmento de ADN (también ARN en algunos virus) que almacena información, la transmite a la descendencia y que su producto final (proteína, fundamentalmente, pero también ARN) cumple una función específica. Por todo lo anterior, en muchas ocasiones se resume que el gen es la unidad fundamental de la herencia.

El término gen fue acuñado por el científico danés Wilhelm Ludwig Johannsen a principios del Siglo XX, pero no se consolidaría hasta cuarenta años después, cuando se dota al gen de características moleculares.

El principal destino final de un gen es dar lugar a una proteína, después de haber generado un ARN llamado “mensajero”, en sucesivos procesos de transcripción (síntesis del ARNm) y traducción (síntesis de la proteína), a través de una serie de reglas impuestas por el conocido como código genético. No obstante, algunos genes no son traducidos por lo que no pasan de convertirse en ARN. En estos casos los ARN producidos pueden ser de tipo ribosómico, transferente u otro, con funciones diversas.

Dentro de cada célula –en el núcleo para las células eucariotas y en el citoplasma para las procariotas-, los genes se organizan en cromosomas, y el conjunto de esos cromosomas constituye lo que llamamos genoma.