De genomas y genes (II): construyendo seres vivos

Una vez repasados los conceptos de genes, genomas y códigos genéticos, estamos en disposición de profundizar un poco. Porque si por algo se caracteriza la naturaleza amigos, es por llegar a niveles de complejidad asombrosos partiendo siempre de esquemas sencillísimos.

Efectivamente, una vez entendido el problema gracias a la simplificación (recordad, el "manual de instrucciones" y todo eso), debemos confesar que hay muchos más detalles que complican el asunto. Aunque la base sigue siendo simple (secuencias que codifican otras secuencias, todas basadas en repeticiones de elementos mínimos), el genoma es algo mucho más complejo que una serie de "páginas" seguidas; la forma en que el ADN se organiza va más allá de una secuencia lineal de nucleótidos (recordad, las "letras": A, G, C y T): existen deformaciones de la molécula que impiden o facilitan su lectura (el ADN superenrrollado, y no es porque sea un tío chachi); tramos enteros de ADN que no codifican ninguna proteína (el ¿mal llamado? ADN basura; tema muy debatido en la actualidad y del que todavía se desconoce mucho); otros tramos donde se deben unir factores determinados para regular la expresión de los genes (amplificadores, operones)... es decir, que no todos los tramos de secuencia constituyen  estrictamente una instrucción para construir proteínas; muchos se encuentran simplemente a la espera de que se unan o no determinadas proteínas, "enchufando" o "desenchufando" los genes a los que preceden: así se controla que a pesar de tener el mismo contenido genético, las células de un mismo organismo tengan aspecto y funcionalidad radicalmente distinto. Y esta afirmación merece un parrafito aparte.

 Todas las células representadas en este dibujo poseen exactamente la misma información genética 
(siendo puntillosos, las células reproductivas o gametos poseen exactamente la mitad; pero de eso hablaremos otro día).

Una célula para cada día de la semana

Dada la gran cantidad de tareas que deben desempeñarse para que un organismo funcione como es debido (generación de energía, renovación de estructuras, reproducción, eliminación de residuos...), las clases de células presentes en los organismos pluricelulares es tan variada como los órganos y sistemas que los forman. Pensad en un espermatozoide (un tema que siempre gusta): es una única célula, dotada de flagelo (la "colita"), con una bioquímica encaminada casi exclusivamente a generar la energía que mueva dicho flagelo, siendo el resto un núcleo rodeado por poquísimo citoplasma. Comparadlo con una neurona, con su estructura estrellada, llena de ramificaciones recubiertas de mielina; pensad también en una célula epitelial, donde un extremo es radicalmente distinto del otro; o en un eritrocito, que ha perdido casi todas sus características celulares para convertirse en un saquito lleno de hemoglobina. ¿Cómo se consigue semejante diversidad, partiendo de la misma información? Ahí radica la complejidad de la regulación génica: los genes son los mismos, la potencialidad para expresar el mismo número de proteínas existe en todas ellas, pero según el entorno y el origen de cada tipo celular, se activará un programa génico concreto que realizará modificaciones en el ADN de manera que se activen sólo algunos genes, y no otros. Sólo algunas páginas del manual son utilizadas en determinados momentos y tiempos concretos. El estudio de estas instrucciones particulares para cada tipo celular está abordado por las disciplinas de la biología del desarrollo y de la diferenciación celular, y tocan temas tan interesantes (a veces muy mediáticos) como las células madre (o células tronco, un término aunque de resonancia mesetaria es más correcta) o el cáncer. Efectivamente: la conclusión es que lo que hace a las células diferentes es qué proteínas se "fabrican" a partir de una misma información genética. Es lo que se llama el patrón de expresión.

 

Comparación entre una neurona y un espermatozoide
(la una sacada de aquí y el otro sacado de aquí).

Esto demuestra que por mucho que tengamos "leído" todo un genoma, el conocer cómo se organizan sus elementos hasta constituir un ser vivo es una ardua tarea. Finalmente, el "manual" de formación de ser vivo que es el genoma sólo incluye en sí mismo una enumeración de las partes que lo forman. Viene al pelo la expresión de que un ser vivo es "algo más que la suma de sus partes". Si os dais cuenta, las aplicaciones derivadas del aprendizaje del código genético junto con el desarrollo de técnicas que permiten "leer" los genomas rápida y eficientemente son brutales: igual que los investigadores de los que hablábamos el otro día fueron capaces de comprobar qué hace diferente, a nivel genético, a una célula cancerosa de una normal, podemos aplicar el mismo conocimiento a temas tan diversos como analizar las relaciones evolutivas entre especies, calcular el riesgo de padecer enfermedades en neonatos, o incluso modificar organismos completos. Digamos que disponemos de ténica suficiente como para "leer" los manuales de instrucciones, y jugar a modificar las páginas que sirven para fabricar piezas de las que conocemos su función, o los fallos que se producen cuando simplemente estas piezas están alteradas. Cuanto más aprendemos acerca de cómo interaccionan entre ellas dichas piezas (gritad conmigo: ¡las proteínas!), y de cómo la aparición secuencial de unas condicionan y afectan a otras, más cerca estamos de entender porqué se producen determinados fallos que dan lugar a las enfermedades. El primer paso para poder curarlas, nada más y nada menos.

Una reflexión final

Y para terminar, os pediría de nuevo un ejercicio de abstracción ante la complejidad que puedan entrañar la regulación génica, los matices de la diferenciación celular y el fino control del programa genético que debe producirse para, partiendo de una única célula, llegar a formar un ser humano; pensad que al conocer los mecanismos subyacentes, lo que resalta es que existe un patrón de constituyentes básicos que permiten entender todos los demás niveles: el mismo ADN, proteínas de la misma naturaleza, elementos capaces de combinarse de casi infinitas formas. Pensad en cómo pequeños cambios pueden dar lugar a grandes diferencias, cómo una célula que deja de expresar (o por el contrario, empieza a expresar) determinado conjunto de genes puede adquirir tantas funciones distintas; cómo esas diferencias celulares pueden dar lugar a distintos tejidos. Añadid ahora unos cuantos millones de años de "prueba y error" a base de fornicación desmedida (perdonad la basteza, pero precisamente la reproducción sexual ha acelerado la variabilidad genética muy rápida y eficientemente; ya hablaremos otro día de eso), y voilá, ya tenéis unas estructuras bien complejas que parten de unos componentes básicos uniformes y tremendamente versátiles.

Puede parecer sorprendente que todos los organismos guarden en su interior unas instrucciones tan parecidas, tan básicas, pese a lo terriblemente diferentes que parecen; pero si meditáis un momento,  el que la base sea la misma es bastante lógico: si se ha podido evolucionar de formas tan diversas y eficientes es porque un modelo único de codificación de la información resultó lo bastante adecuado como para perpetuarse. Como ese modelo permitía una variabilidad y un mantenimiento de los cambios favorables, se ha seguido extendiendo y por eso todos los orgnaismos que perviven hasta hoy son tan parecidos en su base. Los más avispados se habrán dado cuenta de que, efectivamente, estamos hablando de la evolución (oh vaya, qué raro, qué sorprendente) y sus mecanismos (mutación, adaptación, selección natural). La homogeneidad de los mecanismos moleculares es una prueba irrefutable del origen común de todas las formas de vida sobre nuestro planeta, le pese a quien le pese. Y la plasticidad de dichos mecanismos es lo que ha facilitado la diversificación en función de unas necesidades creadas por el entorno físico en el que los organismos se desarrollan, así como de los vecinos con los que se tienen que pelear por las habichuelas. No es un concepto intuitivamente fácil, pero si consiguiéramos que nuestro cerebro se acostumbrase a pensar en escala geológica (es decir, conseguir asumir lo que millones y millones de años pueden conseguir), pues no es tan chocante hacerse al menos una idea de por dónde pueden haber ido los tiros.

Ahora entenderéis mejor aún el gran mérito de nuestro querido amigo Darwin al desarrollar toda una teoría de diversificación de los organismos, guiada por la necesidad de adaptación al medio, asumiendo un origen común y una transmisión de las diferencias a la descendencia, sin tener ni pajolera idea de lo que era un gen, un genoma, ni por supuesto un código genético. Lo que hubiera dado de sí el colega si en la Inglaterra victoriana hubiesen tenido acceso a la blogocosa y la wikipedia...