A vueltas con la
Genética. Entrega nº 1
Por Federico Bello
Landrove
El mundo de la Genética está en constante
evolución. Esta serie de ensayos pretende ser una aproximación a algunos de los
avances y descubrimientos científicos más recientes en la materia. Al propio
tiempo, puede suponer una actualización del trabajo general presentado en este
blog, bajo el título de Lamarck y Darwin se unen: Revisión general de la doctrina en materia de
aleatoriedad de las mutaciones.
1. Un nuevo paradigma de la Evolución[1]
Uno de los axiomas
esenciales del paradigma darwinista (y neodarwinista) de la Evolución es el de
que esta avanza gracias a la fijación y generalización de mutaciones
favorables, que permiten a quienes las poseen mejores tasas de supervivencia y
reproducción. Durante muchos años, se han ido acumulando datos en contra de
esta aseveración, no en términos cualitativos (es decir, porque fuera
radicalmente falsa), sino cuantitativos (existencia de otras vías de adaptación
ambiental y, por ende, de progreso evolucionista).
Entre las principales objeciones al paradigma tradicional, se señalan las
siguientes: 1ª. La marcha relativamente rápida y constante de la Evolución, muy
superior a la que podría inferirse del escasísimo número de mutaciones
favorables y de las dificultades de fijación de las mismas. 2ª. Su difícil
compatibilidad con la deriva génica, que se produce en todas las poblaciones y
especies cuyo número de individuos no sea extraordinariamente elevado. 3ª. La
imposibilidad práctica de que, por el mero juego de mutaciones favorables,
puedan producirse los grandes cambios genómicos (tasas de mutación; tamaño del
genoma -duplicaciones, etc.-; estructura cromosómica). De hecho, hace ya
bastantes años, Motoo Kimura[2]
aseveraba que no más de un cinco por ciento del genoma puede haber evolucionado
por purificación selectiva de mutaciones favorables. Y, lo que es tanto o más
importante, los grandes cambios morfológicos o de bauplan habrían sido imposibles -en sí mismos y/o en su explosiva rapidez-, de tener una exclusiva
dependencia de las mutaciones positivas.
Siendo así, ¿de
dónde extrae la Evolución la variación genética para progresar con la eficacia
y velocidad con que lo hace? No puede ser de otro mecanismo génico que de las
mutaciones neutrales, cuyo gran número, conservación y recuperación del estado
de letargo están suficientemente
comprobados. Este tipo de Evolución parece más lamarckiano que darwinista, por
cuanto potencia la variación fenotípica y es compatible con la deriva genética
de las poblaciones no muy elevadas. Y, por supuesto, está plenamente de acuerdo
con lo comprobado científicamente: existe un mantenimiento o no purificación,
no solo de las mutaciones positivas, sino también de las neutras; en suma, de
todo lo que no es deletéreo.
La filosofía
genética que podemos deducir es ciertamente muy ilustrativa. De una parte,
aplaca el orgullo científico que subyace en cualquier tesis demasiado drástica
sobre asegurar lo que es bueno, indiferente o malo en términos ambientales. De
otra, permite la conservación y fijación de numerosos fenotipos (variabilidad
genética) que, aunque no sean directamente positivos, tampoco son obviamente
perjudiciales. En suma, la Naturaleza sigue siendo práctica (obstaculiza la
supervivencia de los inadaptados), pero no es dictatorial ni cruel: junto a la
supervivencia de los más aptos, admite sin objeción la de los que no estén
inadaptados.
Cuando ya estábamos acostumbrados a basar la Epigenética en marcas en el ADN y en las histonas, se
descubre que más de un centenar de tipos de ellas, existentes en el ARN, pueden
tener una finalidad parecida. Desde 2009 se vienen estudiando estas marcas
reversibles del ARN, las proteínas que las eliminan, su forma y ubicación (la
más frecuente es la metilación de la adenina), así como constatando el papel
que juegan en la regulación de los genes y, por ende, en la síntesis de
proteínas. Los primeros mapas del epitranscriptoma sugieren no menos de siete
mil genes afectados y doce mil lugares metilados. Más sorprendente, la
distribución de las marcas epigenéticas del ARN no es aleatoria, sino que
implica su intervención en diversas funciones, tales como el splicing (corte y empalme), que permite
fabricar diversas proteínas a partir de la acción de un único gen; la
traducción y estabilidad del ARN; la diferenciación celular; la sincronización
de la actividad celular, o la coordinación entre los grupos de genes (al modo
que también lo hacen los microARN).
Para lograr la
realización de todas esas funciones, el ARN necesita de tres tipos de proteínas:
las que fijan las marcas epigenéticas, las que las borran y las que las
interpretan, determinando el destino del ARN mensajero (su degradación, el
corte y empalme, o bien su traducción en proteínas).
De una forma u
otra, se va encontrando el epitranscriptoma en muchísimos seres: bacterias,
algas, gusanos, insectos, mamíferos (incluido el hombre). Las marcas en el ARN
parece que son más o menos abundantes, según las etapas del desarrollo del
individuo. Aunque se ha constatado que son muy abundantes en el cromosoma X de
los mamíferos, no se ha demostrado hasta ahora que las marcas del ARN pasen a
la descendencia, a la inversa de lo que sucede -o puede suceder- con las del
ADN.
Seguramente, el
futuro próximo deparará la detección de otros muchos tipos de marcas en el ARN.
De hecho, su estudio actual es incipiente y está lleno de ambigüedades, que
solo podrán superarse con mejores técnicas de microscopía y secuenciación.
También está empezando el análisis de los defectos epitranscriptómicos en ciertas
enfermedades, como el cáncer de pulmón y ciertas formas de leucemia, pero los
especialistas están seguros ya de la relación causa/efecto entre las
deficiencias en el epitranscriptoma y algunas modalidades cancerosas.
Los procariotas (bacterias y arqueas) han ido creando
evolutivamente sistemas de inmunidad frente a virus y plásmidos, congénitos o
adquiridos. El sistema CRISP-Cas (en lo sucesivo, C-C) es el único sistema de
inmunidad adquirida que se conoce, que tenga capacidad adaptativa y sea
transmisible a la descendencia. Se asemeja a una vacunación, pues consiste en registrar o mantener memoria genética
de previas infecciones, para luego reconocer y destruir el material genético de
ulteriores invasores del mismo tipo.
El mecanismo
comienza por la incorporación al ADN del procariota de una secuencia corta y
repetitiva del ADN del invasor. Sigue con la detección de todo atacante que
tenga esa secuencia en su genoma. Termina con la actuación de moléculas de ARN guía, que producen proteínas
endonucleasas, capaces de cortar y degradar la secuencia homóloga en el ADN del
virus, impidiendo así su proliferación.
Se han localizado
hasta ahora cuatro familias de genes productoras de sistemas C-C y hasta 45
familias de proteínas implicadas. En todos los casos, el corte en el ADN es tan
preciso y limpio, que no varía en más de dos a cinco pares de bases.
La inmunidad así
adquirida por la célula procariota pasa a las células hijas y, poco a poco, va
generalizándose en la colonia. No siempre ello es bueno, pues hay virus y,
sobre todo, plásmidos que pueden ejercer una función simbionte sobre la célula
bacteriana. Por eso, algunas especies tienen un mecanismo silenciador del
sistema C-C, lo que no quiere decir que carezcan de él.
La técnica C-C
está teniendo enormes aplicaciones en la ingeniería genética, al permitir el
corte y empalme con extraordinaria facilidad y precisión. También se viene ya
usando en la prevención y tratamiento de numerosas enfermedades, gracias a su
potencia como microbiano selectivo y a su capacidad para modificar la
información genética, controlar la expresión de los genes y visualizar regiones
concretas del genoma.
[1]
Laland K. et al. Does evolutionary theory need a rethink? Nature 514 (2014),
161-164. Guerrero-Bosagna C. Evolution with no reason: A neutral view on
epigenetic changes, genome variability and evolutionary novelty. BioScience XX
(2017), 1-8. Guerrero-Bosagna C. Epigenetics, evolution and the survival of the
non-unfit. Biochemical Society, October 2017, 8-11.
[2]
Kimura, M. Recent development of the neutral theory viewed from the Wrightian
tradition of theoretical population genetics. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88
(1991), 5969-5973. Kimura, M. The neutral theory of molecular evolution: a
review of recent evidence. Jpn. J. Genet. 66 (1991), 367-386.
[3]
Dominissini D. Roadmap to the epitranscriptome. Science, 346 (2014), 1192.
Willyard C. El epitranscriptoma, un nuevo giro de la epigenética. Investigación
y Ciencia (septiembre 2017), 72-77. Esteller M. El epitranscriptoma del cáncer.
Investigación y Ciencia (septiembre 2017), 78-82.
[4]
Mojica F.J.M & Montoliú L. On the origin of CRISP-Cas technology: From
prokaryiotes to mammals. Trends in Microbiology 24 n. 10 (2016), 811-820.
Mojica F.J.M. & Almendros C. El descubrimiento del sistema CRISP-Cas.
Investigación y Ciencia (octubre 2017), 22-28.
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