El alfabeto de los genes

• El alfabeto de los genes
  • Letras genéticas
  • El idioma de las proteínas
  • Las recetas de la célula
  • La biblioteca de la célula
• La Biotecnología es como el Internet
  • La analogia del hotel
  • Intercambio de información

La transmisión de información genética de los padres a los hijos, es decir, el fenomeno de la herencia esta estrechamente vinculada a los ácidos nucleicos. De esos acidos depende la continuidad de la vida, porque constituyen el enlace esencial entre generaciones. El ADN (Acido Desoxi ribo Nucleico) contiene información almacenada en una larga cadena, cuya secuencia determina la naturaleza del organismo así sea una ameba, un tomate o una vaca. Una particularidad muy especial de la molécula de ADN es su forma de doble hélice y su universalidad. No importa cuán diferentes sean dos especies: el ADN que contengan tendrá la misma estructura y naturaleza química.

Curiosamente, el ADN esta compuesto de tan solo cuatro letras. Es decir, el lenguaje del ADN tiene un alfabeto muy chiquito. Si nos queremos aprender el abecedario de los genes, entonces basta con recordar la A, la T, la G y la C. Si deseamos ser unos expertos, entonces tenemos que memorizar sus denominaciones químicas: Adenina, Timidina, Guanidina y Citosina. Esas letras básicas se combinan para formar palabras y verbos que son necesarias para construir las frases de los genes. A esas palabras se les llaman triplets porque siempre vienen en grupos de tres. En nuestro idioma español que contiene palabras con diferente numero de letras, es necesario tener espacios entre las palabras para distinguirlas. En cambio, las frases de los genes no requieren de espacios dado a que todas las palabras génicas son siempre de tres letras. Lo único que se necesita es saber donde comienzan y donde acaban las frases. Eso es fácil, ya que el ADN siempre empieza sus frases con el triplet ATG. Para terminar las frases, se usan tres diferentes signos de puntuación que son TGA, TAA o TAG. Es decir, la frase mas corta que pueden decir los genes consiste en ATG TGA, ya que la frase termino al siguiente triplet de que empezó. Generalmente, las frases son mucho mas largas, a veces abarcando cientos o miles de palabras. Por ejemplo, la secuencia del gen de la hormona concentradora de melanina es:

atggcaaagatgaatctctcttcctatatattaatactaactttttctttgttttctcaaggtattttactttcagcatccaagtccataagaaattta
gatgatgacatggtatttaatacattcaggttggggaaaggctttcagaaggaagacactgcagaaaaatcagttattgctccttccctggaacaatat
aaaaatgatgagagcagtttcatgaacgaagaggaaaataaagtttcaaagaacacaggctccaaacataatttcttaaatcatggtctgccactcaat
ctggctataaaaggatatcaagcactaaaaggatctgtagatttcccagctgagaatggagttcagaatactgaatcaacacaagaaaagagagaaatt
ggggatgaagaaaactcagctaaatttcctataggaaggagagattttgacatgctcagatgtatgctcggaagagtctaccgaccctgttggcaagtc
tga

Dado a que el ADN tiene solo cuatro letras y las palabras de los genes siempre usan grupos de tres, podemos decir que el diccionario de los genes solo contiene 64 palabras diferentes incluyendo los signos de puntuación. El diccionario del ADN empieza con AAA, hasta llegar al CCC, GGG y terminar con TTT. Es un idioma muy sencillo, pero a la vez tan maravilloso como la vida misma.

Aparte del lenguaje del ADN, también existe el idioma de las proteínas. Las proteínas son un poco más sofisticadas, ya que su abecedario consiste de veinte letras. Si quisiésemos ser biólogos moleculares nos tendríamos que aprender sus denominaciones químicas, pero para que complicarnos la vida con esos detalles. Para mostrar solo un breve ejemplo, las instrucciones de la hormona concentradora de melanina se traduciría al idioma de las proteínas así:

MAKMNLSSYILILTFSLFSQGILLSASKSIRNLDDDMVFNTFRLGKGFQKEDTAEKSVIAPSLEQYKNDESSFMNEEE
NKVSKNTGSKHNFLNHGLPLNLAIKGYQALKGSVDFPAENGVQNTESTQEKREIGDEENSAKFPIGRRDFDMLRCMLG
RVYRPCWQV.

El idioma de las proteínas es mas complicado porque además del mayor número de letras, las palabras de las proteínas no tienen siempre la misma longitud. La frases en lenguaje proteínico están organizadas por dominios o regiones, aunque no siempre sepamos donde empiezan o acaban. Eso solo se puede saber si consideramos la estructura tridimensional de esa proteína. Usando esa analogía, podríamos decir que existen muchos millones de palabras en las proteínas, y esa diversidad es precisamente la base de la variabilidad de formas y funciones de los organismos vivos. Pero de todos modos podemos distinguir dos tipos de dominios en las proteínas, como verbos y substantivos en nuestro idioma. Digamos que los dominios en forma de hélice alfa son los sustantivos, mientras que los dominios lámina beta son los verbos. La combinación de dominios alfa y beta forman una estructura tridimensional que es la que le da su función a las proteínas.

El ADN se comunica con las proteínas a través de un intermediario, que se llama mensajero ARN. Digamos que el ARN es como una fotocopia de algunas páginas de la biblioteca genómica. Esa fotocopia contiene las instrucciones de los jefes nucleicos para que los trabajadores ribosómicos lleven a cabo sus oficios al pie de la letra. Pero ¿como se traduce las instrucciones de los genes al lenguaje de las proteinas? Para que todo funcione correctamente, un par de ayudantes le ayudan al escribano proteico a traducir entre los dos idiomas. Para eso estan unas moléculas en forma de trebol se les llama ARN de transferencia. Contienen los triplets del ADN y permiten distinguir entre los diferentes aminoácidos. El escritor oficial es el Ribosoma, mientras que el ARN de transferencia es como el diccionario.

El caso es que los biólogos moleculares han descubierto el significado de esos diccionarios, es decir, han descifrado la forma de traducir el idioma de los genes al lenguaje de las proteínas. A esa correspondencia o traducción de unas palabras con otras se le llama código genético. Uno de los misterios de la evolución es que el lenguaje genético es el mismo para todos los organismos. Decimos que existe un código genético universal. Realmente es sorprendente que exista un idioma bioquímico válido para todos. Al mismo tiempo, esa similitud se puede explicar a través del origen común de la vida. Es decir, la herencia y el código genético universal son los indicios principales de que todos los seres vivos de la tierra están emparentados unos con otros. Hoy en día, la evidencia molecular de la evolución es tan contundente, que seria difícil explicarla si no fuera a partir de un ancestro común.

De una manera simple, podemos decir que los genes son como frases individuales dentro de un texto más extenso. A las frases coherentes de los genes se les llama exones, mientras que a los pedazos de texto sin mucho sentido se le llama intrones. Las exones contienen instrucciones precisas de como hacer ciertos procesos en la célula. Los genes son como recetas de cocina que están escritas en las páginas de los cromosomas para ser traducidas al idioma de las proteínas. Son secciones particulares de la cadena de ADN, que determinan ciertas características de nuestro cuerpo. Por ejemplo, los genes harán que en el individuo se manifiesten los rasgos como "ojos oscuros" o "cabello claro". Precisamente ese tipo de instrucciones contiene la frase génica que mencionamos anteriormente, la de la hormona concentradora de melanina. Es como una receta que dice donde, cuando y cuanta melanina se debe de acumular en un cierto tipo de células, por ejemplo en nuestra piel o cabello.

A la información de los genes se le llama genotipo, mientras que los rasgos que observamos a nivel de proteínas y células se le llama fenotipo. Si decimos que la biología clásica se concentraba en el fenotipo, entonces diríamos que la biología molecular se enfoca mas bien en el genotipo. Hoy en día, la biólogos modernos no se limitan a una de las dos, sino que tratan de entender las interacciones que existen entre los genes, las proteínas y las células. Digamos que lo importante es entender como el genotipo determina el fenotipo, y que papel tiene el ambiente. A esa estrategia holoistica de comprender la totalidad de la célula se le llama biología de sistemas y abarca los estudios genómicos, transcriptómicos, proteómicos y metabolómicos.

La biblioteca de la célula

Los capítulos del texto del ADN están organizados en libros separados, que son los cromosomas. Los cromosomas también se pueden considerar como libros genealógicos, en los que esta escrita la historia de nuestra herencia, ya que son los que transmiten las características de una generación a otra. El texto del ADN es como un libro con las crónicas de la evolución. Por ejemplo, en nuestro libro de ADN podemos leer que tenemos una historia común con los demás mamíferos. En los genes encontraremos los rastros de nuestra herencia con los demás animales como los anfibios y los insectos.

Los cromosomas se parecen a los libros porque también están cubiertos de dos pastas gruesas y resistentes que protegen a las paginas exteriores. A esas cubiertas se les llama telomeros. Tienen la función de proteger al cromosoma para que no pierda sus paginas cada vez que se le copia. Las paginas de un libro están sostenidas por el lomo o empaste, que en el caso de los cromosomas se llama centromero. Cada cromosoma tiene dos telomeros y un solo centromero. El núcleo de cada célula es como una biblioteca que contiene todos los libros que le corresponden a esa especie. El ser humano, por ejemplo, tiene 23 cromosomas diferentes, mientras que el perro tiene 39, la vaca 30, la rana 13 y el maíz 10. Si los cromosomas son libros, entonces diriamos que los genes son como las páginas que contienen instrucciones precisas de como hacer una determidada función. Por ejemplo, la receta de un pastel. La proteina seria entonces el producto final del gen, como el pastel es el resultado de la receta. Usando esta analogía podemos decir que en la biblioteca de las células humanas encontraras las frases y la recetas para hacer un cerebro inteligente, mientras que en la del maíz encontraras las instrucciones para mantenerse verde y hacer fotosíntesis.

En una biblioteca los diferentes libros se distinguen por el título que se les coloca en el lomo. En el nucleo de una célula es igual: los cromosomas se pueden ordenar por las características de su centromero. Es decir, el empaste no solo une a las páginas sino que también ayuda a identificarlas. Para diferenciar los cromosomas en el microscopio, los científicos miden su longitud total, y la posición del centromero con respecto a los telomeros. Cuando el bibliotecario quiere acomodar los libros, los agarra por el lomo. En la celula es igual: Cuando la célula quiere duplicar o reorganizar sus cromosomas, lo que hace es agarrarlos por su centromero para que a cada célula le toque el mismo numero y el ejemplar correcto.
Dado a que la mitad de la información genética la obtenemos de nuestra madre y la otra mitad de nuestro padre, en cada biblioteca celular se pueden encontrar dos ejemplares de cada libro. Es decir, en las células de nuestro cuerpo encontraremos dos veces el numero normal de cromosomas para un total de 46 cromosomas. Digamos que los seres humanos tienen libros de 23 temas diferentes. Los volúmenes de la mama y del papa se dicen que son homólogos porque son del mismo tema. Es decir, contienen instrucciones similares, pero en versiones diferentes. Por ejemplo, en el cromosoma culinario donde se encuentran las recetas de los postres, en el libro de la mama encontraremos los ingredientes para un pastel de chocolate, mientras que en el libro del papa sale la receta de un pai de manzana. En algunos casos la célula del hijo puede decidir hacer solo un tipo de pastel, ignorando la otra receta. Cuando una receta predomina sobre la otra, decimos que un gen es dominante y el otro es recesivo. Tal es el caso del carácter de cabello oscuro que es dominante sobre el carácter de cabello claro. Pero también se puede dar la herencia intermediaria, por ejemplo, cuando se combinan las dos recetas para hacer un pastel mixto de chocolate con manzanas. En la terminología genética, a la receta de hacer pastel se le llama gen, mientras que a las diferentes versiones de un mismo gen, ya sea chocolate o manzana, se les llama alelos. Cuando una célula u organismo tiene dos alelos idénticos, decimos que es homocigoto para ese gen, mientras que si tiene dos alelos diferentes, se le llama heterocigoto. Cuando las celulas tienen dos alelos decimos que son diploides. Cuando en promedio tienen cuatro alelos decimos que son tetraploides, mientras que los hexaploides tienen seis copias.

En el articulo anterior, vimos como el ADN es una cadena texto con información genética. Aprendimos esto a traves de la metáfora de los libros célulares. Esta analogía nos puede servir para explicar lo que se trata de lograr con la ingeniería genética. Como ya mencionamos, los núcleos de las células contienen la información que se requiere para realizar todas sus funciones. Digamos que es como una biblioteca con instrucciones y reglamentos. Por ejemplo, la biblioteca de un hotel almacena las instrucciones de como construir el edificio, arreglar los cuartos y acomodar a los huéspedes. Por otra parte, la biblioteca de un restaurante contiene las instrucciones de como organizar la cocina, decorar las mesas y servir unos platillos exquisitos. Generalmente, un hotel solo puede intercambiar libros con las bibliotecas de otros hoteles, mientras que el restaurante solo comparte sus recetas con otros restaurantes. Es decir, no hay intercambio de información. En la naturaleza, esta barrera se debe a la compatibilidad sexual. Primeramente, solo las bibliotecas con libros con temas similares pueden intercambiar información. Por ejemplo, no se puede cambiar un libro de lavanderia por un libro de cocina. Segundo, solo las bibliotecas con el mismo numero de libros pueden participar en el intercambio sexual. Por ejemplo, el humano tiene 23 cromosomas mientras que el chimpance tiene 24 cromosomas, y por eso no somos compatibles con nuestros parientes mas cercanos. Esto significa que aunque dos hoteles tengan libros de temas parecidos, si sus bibliotecas tienen diferente número de volúmenes, entonces el flujo de información estara bloqueado.

La ingeniería genética pretende traspasar las barreras sexuales, de forma que se facilite la transferencia de información. Por ejemplo, compartir libros entre las bibliotecas de todos los países. Si antes no era posible introducir un libro de cocina a la biblioteca de un hotel, ahora si es posible fotocopiar algunas paginas con recetas culinarias y agregárselas a otro libro. Con la biologia molecular se pueden combinar las capacidades de un organismo, con las propiedades de otro y las ventajas de otro mas.

Con la tecnología moderna se puede construir un hotel con sus facilidades usuales, pero que además de tener cuartos de huespedes, incluya un restaurante gourmet que ofrezca no solo todos los platillos Mexicanos sino también las mas exquisitas especialidades de la cocina Francesa. Antes, solo podía haber restaurantes Franceses o hoteles Mexicanos. Ahora, la biología molecular hace todo eso de forma mucho mas flexible. Por ejemplo, que los huéspedes puedan disfrutar de su desayuno sin tener que salir de su habitación. A muchas personas les parece demasiado capricho o lujo, y es por eso que no lo consideran necesario.

Podemos decir entonces que la ingeniería genética es solo una forma de facilitar el intercambio de genes entre las células. A través de novedosos métodos, la biotecnología permite la transferencia de ADN entre los genomas de especies diferentes. Si usamos nuestra analogía diríamos que se esta facilitando el intercambio de frases entre distintos libros y diferentes bibliotecas en remotas partes del mundo. En realidad es solo una transferencia de información. Si lo vemos de esta forma, podemos decir entonces que la biotecnología es parecida al internet.
Considerando las consecuencias de su futura aplicación, la ingeniería genética se puede comparar con la ingeniería de las telecomunicaciones. Así como el internet es una red para la transferencia mas fácil de datos, la ingeniería genética también permite un flujo mas dinámico y flexible de los genes. Si las computadoras intercambian información en forma de bits de uno o cero, el ADN también transfiere información digital con su código de cuatro letras. El intercambio de datos genéticos entre especies es como el internet donde las personas de todo el mundo tienen la posibilidad de acceder a las fuentes de información sin restricciones de tiempo, lugar, idioma o país. La ingeniería genética permite la transferencia de genes entre células, sin importar si son especies u organismos diferentes. Es como el copy-paste de las computadoras. Se copian las mejores partes, se recombinan de una nueva forma, y así se genera algo que reúne les ventajas de unos genes con los beneficios de otras células.

Algunas personas piensan que el internet es mas democrático, ya que comunica a las personas sin discriminarlas por su origen. Sin embargo, también hay gente que esta en contra del internet. Quisieran eliminar la red, ya que dicen que esta acabando con nuestra identidad tradicional. Algunos dicen que el internet es muy peligroso, y que esta reduciendo nuestra cultura. Otros opinan que el internet ha incrementado nuestra diversidad cultural. Permite el desarrollo de una creatividad que va mas allá de los libros de papel. Además de texto, el internet ofrece la posibilidad de combinar sonidos, colores, imágenes animadas e interactivas. Algunos piensan que el internet esta restringiendo algunas formas tradicionales de expresión cultural. Pero otros dicen que la realidad es otra. Por ejemplo, en algunos países se venden mas libros por internet que en las librerías. La música también ha experimentado un gran auge gracias a la red. Los mas vanguardistas dicen que los que están en contra, es porque no quieren cambiar. Algunos prefieren hacer las cosas a la antiguita. Usando esta comparación, podemos decir que los que están en contra del internet usan un argumento muy similar a los que están en contra de la ingeniería genética: opinan que el libre flujo de información no es bueno y por eso quieren restringirlo. Piensan que las computadoras afectan la diversidad.
Lo mismo sucede en la biotecnología. Algunas personas dicen que los transgénicos atentan contra la biodiversidad. Que las plantas mejoradas van a acabar con las plantas tradicionales. Dicen que la ingeniería genética es mala y por eso quisieran prohibirla. Sin embargo, los científicos dicen que los hechos demuestran lo contrario. La biotecnología crea nuevas combinaciones de genes, y por eso podemos decir que se incrementa la diversidad. La biotecnología es una forma de creatividad genética que permite generar nuevas variedades de plantas y animales. A pesar de lo que puedan opinar los demás, lo importante es lo que opinas tú. No dejes que los demas decidan por ti. Es mejor estar bien informados para así tomar la decisión que mas nos convenga a todos.