Emmanuel Dias Neto
Quizás el estudio de la biología sea tan antiguo como el surgimiento de las estructuras cerebrales que permitieron el establecimiento del lenguaje y el desarrollo del pensamiento consciente. Ese proceso de elaboración hizo que la humanidad se ocupase hace miles de años de la comprensión de sus orígenes y también con los procesos relacionados con la vida, las enfermedades y la muerte. En los últimos 50 años ha sido posible observar descubrimientos fantásticos en diversas áreas del conocimiento. En la biología vimos un salto gigantesco, que culminó con el secuenciamiento completo del genoma humano, alcanzado recientemente. La habilidad para acumular una vasta cantidad de información genética nos permitió conocer la base estructural de diversos genomas, desde los de las bacterias más primitivas (llamadas arqueobacterias) hasta el del hombre, pasando por los hongos, los parásitos, los gusanos, las plantas y modelos como la mosca de las frutas y el ratón común.
Este conocimiento acumulado permite reconstruir la relación evolutiva de una buena parte de los seres vivos, recontando la historia de la vida en nuestro planeta. La capacidad de leer genomas alteró de manera fundamental el estudio de la biología, de la medicina y de diversos campos asociados, influyendo sobre un diverso grupo de industrias, entra las que se incluyen la química fina, la farmacología, la agroindustria y otras. La gran cantidad de información producida representa una rica fuente de información, que debe ser cuidadosamente estudiada, de manera tal de permitir un avance más provechoso de nuestro conocimiento.
El mayor impacto de estos hallazgos aún está por llegar, y con seguridad llegará cuando hayamos logrado efectivamente descifrar, comprender y asociar las informaciones contenidas en nuestro genoma.Pero para eso, antes que nada, debemos tener consciencia de que el conocimiento de la secuencia completa de un genoma, pese a que es una pieza importante, está lejos de permitir por sí solo el armado del intrincado rompecabezas de nuestra complejidad. Para entender qué es lo que nos permite tener esa maravillosa complejidad -nuestro enorme repertorio comportamental, la habilidad de tener acciones conscientes, nuestra capacidad creativa, musical y científica, la capacidad de aprender y nuestra memoria, entre otras cosas- no podremos contar únicamente con nuestra carga genética de 3.200 millones de nucleótidos, y un número de genes no muy superior al de una mosca.
Debemos tener consciencia de que el dominio de un genoma significa que tenemos un mapa. En el caso del genoma humano, se trata de un mapa complejo, aunque no totalmente conocido, que auxiliará sobremanera en la búsqueda de los orígenes de las enfermedades, con base en las variaciones genéticas, la diversidad, la complejidad y el comportamiento de las proteínas en el interior de las células. Estudios en neuropsiquiatríamuestran que, en gemelos monocigóticos separados en el nacimiento y creados en ambientes distintos, la concordancia respecto al desarrollo de enfermedades neuropsiquiátricas es de alrededor del 50%.
Esto demuestra que en ciertas circunstancias existe un equilibrio entre la importancia de los genes y el ambiente en la determinación de determinadas condiciones. Si por un lado la genética tiene un gran peso en el desarrollo de enfermedades, los factores ambientales a su vez tienen una importancia considerable. La genética no es absoluta. Aún debemos aprender mucho en el estudio de las interacciones del genoma con el ambiente, además de conocer y develar las sutilezas de nuestro genoma.
Ya sabemos mucho, pero es poco
Es curioso observar que, aun tras del entusiasmo generado por la conclusión de los borradores del secuenciamiento del genoma humano, habrá que hacer un inmenso esfuerzo todavía para que podamos conocer el significado de la inmensa mayoría de las secuencias obtenidas. Una de las primeras cuestiones que surgen es: ¿cómo identificar las regiones importantes del genoma? ¿Cómo determinar su función en el organismo? Las regiones del genoma con funciones más obvias son los genes, que están involucrados en la producción de proteínas.
No obstante, esas regiones se restringen a alrededor de un 3% de nuestro genoma. El número de genes vaticinado en los tan mentados trabajos que describieron el genoma humano se ubicó, según las estimaciones más bajas, en alrededor de 30 mil -aunque algunos estudios sugieren que habría hasta 120 mil genes. Aun con ese pequeño número, tan solo para la mitad de ellos encontramos algún tipo de dominio que permita vaticinar alguna actividad fisiológica.Mientras se cree que las estimaciones referentes al número de genes crecerán, con el desarrollo de mejores programas computacionales de predicción génica y con la acumulación de más datos experimentales, está muy claro que el número de genes es apenas uno de los mecanismos que crean la diversidad bioquímica necesaria para elaborar las proteínas.
En nuestro genoma, los genes están formados por bloques de información intercambiables, llamados exones, que están separados por bloques sin información proteica, conocidos como intrones. Los exones pueden recombinarse, tal como se combinan las sílabas para formar una palabra, para componer diferentes mensajes. De esta manera, la secuencia de un único gen puede empezar y terminar en regiones diferentes, y su porción interna puede armarse alternando diferentes bloques, generando proteínas con características funcionales distintas.
Estas combinaciones (conocidas comosplicing alternativo) representan un eficiente mecanismo de generación de diversidad, sin la necesidad de mantener un inmenso número de diferentes genes funcionales. Más allá de los eventos desplicing alternativo, diversos mecanismos, conocidos como epigenéticos, tales como metilación del ADN o modificación de histonas, pueden modular la expresión de un gen. Estos eventos de regulación epigenética regulan la actividad de los genes, silenciándola o remodelando la estructura de los cromosomas, exponiendo o escondiendo determinados genes, de acuerdo con la necesidad de su expresión. De esta manera, es disparado un complejo sistema de regulación intracelular, que conecta o desconecta genes en determinados tejidos o en fases específicas del desarrollo.
¿ADN basura?
Los genes se distribuyen de manera desigual en nuestro cromosomas. Datos de secuenciamiento muestran que algunos cromosomas, como el 17, el 19 y el 22 son ricos en genes, cuando se los compara con los cromosomas 4, 8, 13, 18 y el cromosoma Y. El empaquetamiento del material genético en el núcleo de nuestras células es un proceso complejo, pues el ADN de una única célula humana tiene alrededor de 2 metros de longitud. Hace algunos años se descubrió que el distribución de los cromosomas en el interior de las células, en el proceso de empaquetamiento, sumamente organizada. En la periferia del núcleo celular se ubican los cromosomas con menor densidad génica, mientras que los cromosomas más ricos se sitúan en la porción más interna del núcleo.
Se demostró que dicha distribución cromosomal es regulada desde hace al menos 30 millones de años, pues se conserva en los primates. Esta conservación sugiere un papel funcional importante. Algunos investigadores sugieren que los cromosomas que poseen más genes se encuentran en la porción más central de los núcleos, y los demás a su alrededor, protegiéndolos contra agentes mutagénicos externos. Asimismo, diversos trabajos demuestran que se produce un frecuente movimiento de cromosomas en los núcleos celulares. Este baile de cromosomas muestra que la estructura del ADN y su empaquetamiento en el interior de las células no es precisamente rígido. Los cromosomas parecen moverse, permitiendo el intercambio mutuo de material genético y la exposición de genes que deben ser activados en determinadas circunstancias. El estudio de la distribución cromosomal ha sido incluso sugerida como un posible criterio de diagnóstico para el cáncer. Si apenas un 3% del genoma codifica proteínas, ¿el restode nuestro ADN sería un resquicio evolutivo, que sirve solamente para protección?
Una de las maneras de analizar nuestro genoma es comparándolo con el de otros organismos. Es la llamada genómica comparativa. Estos estudios parten de la premisa de que un bloque de ADN conservado durante millones de años debe tener alguna función importante, que podría verse comprometida si la secuencia fuese muy alterada. Es la llamada conservación fisiológica. Estudios de genómica comparativa demostraron que aproximadamente el 95% de nuestro genoma es muy parecido (posee de hecho alrededor de un 99% de identidad) al de un chimpancé.
No obstante, nuestro tiempo de divergencia (el período de tiempo desde que nos separamos de un ancestro común) con los chimpancés es de apenas 5 millones de años. Quizá ese período no haya sido lo suficientemente largo como para que regiones no funcionales se hubieran diferenciado, y tendríamos una conservación pasiva. Cuando profundizamos las comparaciones e investigamos las semejanzas que poseemos con el genoma del ratón, cuyo último ancestro común con el hombre existió hace 145 millones de años, vemos que una significativa parte de ese ADN basura se conserva todavía.
Si los chimpancés son genéticamente muy cercanos, y no es posible distinguir conservación pasiva de conservación funcional, el ratón es muy lejano, lo que impide detectar cambios en el ADN adquiridos más recientemente. Mientras que la comparación con el genoma de un organismo distante, como el del ratón, brinda un panel importante de regiones genómicas con potencial funcional, la larga divergencia entre ambas especies no permite identificar algunas sutilezas. Las regiones del genoma que se modificaron entre estas especies y nos permitieron evolucionar como primates -y posteriormente comoHomo sapiens – no están en el genoma del ratón y deberían ser halladas de otra manera.
En un artículo publicado en la revista Science al final de febrero (Boffelli et al. , 2003), un grupo de investigadores comparó las regiones no codificadoras del genoma humano con áreas semejantes del genoma de otros primates no humanos. Los científicos encontraron diversas regiones conservadas, aun cuando fueron utilizadas especies de primates tropicales, muy distantes de nuestra especie. Lograron identificar elementos conservados y probar que tienen una actividad funcional: actúan en la regulación de la expresión génica entre las diferentes especies. Para ello se utilizaron diversas especies de primates, incluyendo allí el ADN de varios primates brasileños. Queda clara así la importancia de la biodiversidad para descifrar nuestro genoma.
No obstante, cada genoma posee características únicas, que por sus reflejos funcionales permiten diferenciar las especies. ¿Cómo investigar las regiones funcionales (con actividad fisiológica) únicas del genoma humano? Sabemos que éstas no se restringen a los genes o a las regiones conservadas en otros primates. Son características únicas de nuestra especie. Un trabajo muy interesante en ese sentido fue llevado a cabo por investigadores de una empresa estadounidense, juntamente con un investigador del Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos (Kapranovet al. , 2002).
Valiéndose de la secuencia de los cromosomas 21 y 22 humanos, los científicos diseñaron pequeños fragmentos de ADN artificial, cubriendo toda la secuencia de dichos cromosomas en cortos intervalos de 35 nucleótidos, los bloques constituyentes del ADN. Los millones de fragmentos producidos fueron utilizados para investigar si los linajes celulares humanos estarían produciendo ARN complementario a esos fragmentos. La estrategia comprobó la actividad funcional de nuevas regiones, y permitió efectuar un análisis transcripcional en gran escala de esos dos cromosomas humanos.
Para el asombro de todos, un altísimo porcentaje de estos fragmentos mostró estar asociado a ARNs maduros de los linajes celulares. Los autores demostraron que las regiones activamente transcritas de nuestro genoma son al menos diez veces más extensas de lo que podríamos imaginar. Quizás esas regiones contengan genes muy raros, aún no mostrados por ninguna técnica, o moléculas regulatorias todavía no conocidas, pero de importancia central para el conocimiento de la fisiología de nuestro genoma. De esta manera, si antes imaginábamos que un 3% del genoma contenía genes, este trabajo sugiere que tal vez ese porcentaje sea mucho mayor.
Genes y nuevas drogas
Entre la fracción de genes conocidos actualmente, algunas centenas codifican proteínas potencialmente poderosas para el tratamiento de enfermedades. Varias de estas proteínas, así como las drogas basadas en anticuerpos monoclonales, se encuentran en fase final de experimentación, y algunas ya están siendo probadas en seres humanos. Siendo así, se buscan hoy en día mecanismos más eficientes y de menor costo para la producción de medicamentos. Una de las promesas es la manipulación genética de alimentos. Producir un fríjol más nutritivo, maíz con hormona del crecimiento humano o zanahorias con vacunas son algunos de los sueños que rondan las cabezas de los investigadores desde hace años.
Estos sueños están cada vez más cerca, y un paso importante en tal sentido fue anunciado hace ya algún tiempo por una empresa estadounidense, tras asociarse al reputado Instituto Escocés Roslin (el mismo que asombró al mundo con la clonación de la oveja Dolly), para producir en este caso drogas dentro de huevos de gallinas. Al tiempo que animales tales como cabras, vacas,ovejas y conejos son usados para producir medicamentos en su leche, la tecnología de trabajo con aves surge con la promesa de ser más rápida, más barata y prácticamente ilimitada, merced a la capacidad de producción de huevos. El primer producto será un anticuerpo monoclonal para el combate contra el melanoma, uno de los más agresivos y comunes tumores en Brasil. El dominio de esta tecnología, aliado al descubrimiento de la totalidad de los genes humanos y la determinación de su función biológica, permite imaginar un futuro prometedor para esa nueva forma de producción de medicamentos.
Polimorfismos de ADN
Cada uno de los miles de millones de seres humanos que habitan nuestro planeta -a excepción hecha de los gemelos monocigóticos- posee su propio y único genoma. Pese a ser únicos, los genomas de dos seres humanos no emparentados tienen una identidad promedio del 99,9%. Frente a un genoma de cerca de 3.200 millones de bases, la sutil diferencia de un 0,1% representa una colección de algunos millones de nucleótidos, responsables de la nuestra fabulosa diversidad. La mayoría de estas diferencias tiene la forma de sustituciones o polimorfismos de nucleótidos únicos (conocidos en inglés como SNPs, oSingle Nucleotide Polymorphisms ). Los SNPs constituyen un elemento clave para comprender la variabilidad genética humana y su asociación con diversas enfermedades.
Recientemente se registró un aumento explosivo del número de SNPs depositados en bancos de datos públicos. Hace más o menos un año, tan solo el banco dbSNP, vinculado al Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos, tenía cerca de 4 millones de SNPs depositados. Actualmente ese número creció alrededor de un 50%, superando los 6 millones de SNPs. No obstante, tan solo un 0,3% de los polimorfismos ha sido estudiado de manera más profunda, y numerosos polimorfismos aún no han sido descubiertos.
La literatura científica demuestra la preocupación de que habría un número inmenso de polimorfismos aún no revelados, pero de gran relevancia, que no podrían ser encontrados mediante el uso de estrategias computacionales únicamente. Esta preocupación se debe al hecho de que la porción central de los genes estaría poco representada (en los datos de las llamadas ESTs o etiquetas de secuencias expresadas), mientras que los datos del Proyecto Genoma Humano se basan en un número muy limitado de individuos, lo que lleva a una reducción de la población de polimorfismos.
En tal sentido, la iniciativa brasileña de generación de ESTs del tipo ORESTES fue sumamente positiva. En el marco del Human Cancer Genome Project (HCGP, financiado por el Instituto Ludwig de Investigaciones sobre el Cáncer y por la FAPESP), el grupo brasileño produjo 1,2 millones de ESTs derivadas de la porción interna de los genes, uno de los mayores conjuntos de datos mundiales. Al margen de ser derivadas de diversos tipos de tumores humanos, estas muestras son de gran valía, pues derivan de una población con un alto índice de mezcla étnica, lo que contribuye con variaciones difícilmente encontradas en poblaciones más homogéneas. Los datos brasileños serán esenciales para efectuar un análisis abarcativo de polimorfismos clínicamente relevantes, buscando asociaciones entre polimorfismos de ADN y enfermedades, y evaluando los niveles de polimorfismos de nuestro genoma.
Esos polimorfismos serían la clave de la predisposición o la protección contra el desarrollo de numerosas enfermedades, al margen de estar directamente asociados a la manera en que diferentes personas responden a las drogas. Ya sabemos, por ejemplo, que la diferencia de una única base en la secuencia del gen APOE genera una mayor susceptibilidad para el desarrollo del mal de Alzheimer y ciertas enfermedades cardiovasculares.
El conocimiento del efecto de esas alteraciones en nuestra respuesta a las drogas abre un gran espacio para la farmacogenética. Sabemos que el costo para el desarrollo de una nueva droga es del orden de los 600 millones de dólares. En algunos casos, drogas sumamente eficaces para la inmensa mayoría de la población deben ser retiradas del mercado, pues provocan efectos graves en algunas personas. Estos estudios sobre los polimorfismos alteram la evolución de la medicina.
En las terapias medicamentosas podemos imaginar el fin del abordaje de ensayo y error. En el área clínica, podemos imaginar que la prevención será privilegiada con relación al tratamiento, lo que podría reducir el costo del tratamiento de las enfermedades. Para ello, la interacción entre la investigación científica y la iniciativa privada es fundamental, lo que permitirá la traducción e incorporación de los hallazgos científicos en el día a día de la gente común. Pese a que el genoma nos augura todavía una serie de descubrimientos por delante, el camino recorrido por la investigación científica da lugar a una serie de posibilidades prácticas actuales, listas para su puesta en funcionamiento en la rutina de nuestra sociedad.
Los estudios de los polimorfismos también nos han permitido calcular la diversidad de ADN existente entre individuos de las diferentes etnias humanas. Al comparar el ADN de dos individuos de una misma etnia, vemos que el número de diferencias encontradas es tan frecuente como el de las diferencias observadas entre individuos de etnias diferentes. De este modo, la ciencia ha demostrado que el concepto de raza, visto a partir de las diferencias de ADN, no tiene el menor sentido.
Diversidad y individualidad son características fundamentales en cada ser humano. Los datos del genoma humano permiten que esas características sean visualizadas de manera muy clara, y nos muestran que, por más que seamos seres únicos en el Universo, tenemos mucho en común con el resto de la humanidad. Nuestro genoma puede ser visto como un patrimonio de nuestra especie. Haciendo caso omiso a una postura antropocéntrica, el ADN muestra que todas las formas de vida conocidas son codificadas por la misma materia prima básica: los nucleótidos, que forman los genomas. Esto nos permite tener una visión conceptual de que el evento del surgimiento de la vida en el planeta debe haber sido único.
La visión filosófica e incluso la visión poética nos indican que somos todos miembros de una gran familia, integrada por las más diversas formas de vida del planeta. Todos tuvimos un ancestro común, y eso nos debe hacer reflexionar sobre nuestra postura frente a aspectos tales como la contaminación, la degradación del ambiente y la preservación de la vida en el planeta.
El futuro
Pese a que siempre podemos ser sorprendidos en nuestras previsiones, el estadio actual de las investigaciones nos permite vislumbrar cómo será el escenario en un lapso de 15 o 20 años. Entre diversas posibilidades, unas pocas cosas parecen seguras:
. Tendremos una lista abarcadora de productos génicos humanos, que nos suministrarán un enorme potencial de drogas de reposición (de manera similar a la insulina o la hormona de crecimiento recombinante, ambas actualmente disponibles), con un dramático efecto preventivo y curativo en diversas enfermedades.
. La ficha médica contendrá en breve unalista con el status de diversos polimorfismos vinculados a la farmacogenética, como así también sobre la propensión al desarrollo de una serie de enfermedades.
. La obtención de la secuencia genómica completa de un individuo será posible en pocos años, y debemos preparados para lidiar con el mantenimiento de esa confidencialidad de manera responsable.
. La terapia génica se convertirá en una realidad en casos de enfermedades ocasionadas por alteraciones en un solo gen. Los genes defectuosos podrán reemplazarse por versiones funcionales.
. La comprensión de la base genética de las enfermedades complejas permitirá el diseño de drogas racionales, dirigidas a vías metabólicas de funcionamiento inadecuado, posibilitando eventualmente el modelado de estrategias preventivas.
. El conocimiento de las alteraciones genéticas específicas de ciertos tumores permitirá el diagnóstico precoz de la mayoría de los tumores humanos.
. La industria de la farmacogenómica se establecerá de manera creciente, generando una medicina personalizada en la cual las drogas se elaborarán de acuerdo con las facciones genéticas de los diferentes grupos de individuos.
Se cree que, más o menos en 2010, marcadores genéticos efectivos estarán disponibles, para una gran serie de enfermedades y condiciones humanas. Se estima que el costo para un test diagnóstico, incluyendo una gran lista de marcadores, será de alrededor de 100 dólares. A medida en que los tests que permitan evaluar la predisposición genética a ciertas enfermedades sean factibles, la sociedad enfrentará cuestiones que involucran la disponibilidad de esas informaciones para empleadores o seguros de salud. Las leyes deben proteger a los ciudadanos contra el uso inadecuado de tales informaciones, y debemos cuestionar la validez de uso de dichas informaciones al momento de decidir la contratación de personal.
En los próximos años, el público tendrá muchas más oportunidades de hacer tests genéticos y especular sobre su destino genético. Urge que la legislación siga de cerca los avances científicos, incorporando y usufructuando los descubrimientos, y poniendo límites en las áreas más delicadas. Sin un debate público y controles apropiados, las personas podrían ser objeto de discriminación a causa de sus características genéticas. Es necesario discutir lo que la genética puede o no puede hacer, y qué tipo de sociedad queremos.
La doble hélice, con su hermosura y sencillez, unió de manera definitiva a la bioquímica, la fisiología y la genética. Su estructura suministra una explicación inmediata para los procesos de copia de ADN, y los mecanismos de herencia genética, mutación y diversidad. Sin embargo, la doble hélice no ha aclarado aún los detalles relativos a la interacción entre la genética y el medio ambiente. La individualidad humana revelada por el ADN hace que diversos conceptos deban ser revisados, y que la medicina pase nuevamente a focalizarse en el individuo. Las predicciones poblacionales no tienen el mismo poder predictivo a nivel individual. Luego de haber avanzado tanto en el conocimiento del ?libro de la vida?, quizá éste sea el momento de revaluar nuestras expectativas y el propio concepto de nuestra existencia. Si bien y por una parte tenemos nuestra individualidad genética, también somos todos muy semejantes, y semejantes a las otras formas de vida del planeta.
Termino este texto con una copla de repente que escuché durante un viaje a la ciudad de Recife. La sabiduría popular nos sorprende, y creo que el número de genes propuesto en estos versos se ubica mucho más cerca de la realidad que los 30 mil sugeridos en los trabajos publicados enNature y en Science.
?O mundo se encontra bastanteavançado,
A ciência alcança progresso sem soma,
Na grande pesquisa feita no genoma,
Todo o corpo humano já foi mapeado,
E lá neste mapa já foi tudo contado,
Oitenta mil genes se pode contar,
A ciência faz chover e molhar,
Faz clone de ovelha,
Faz cópia completa,
Mas duvido a ciência fazer um poeta,
Cantando galope na beira do mar…?
Repentista Geraldo Amâncio, Pernambuco, Brasil.
ReferenciasBoffelli, D, McAuliffe, J, Ovcharenko, D, Lewis, KD, Ovcharenko, I, Pachter, L,&Rubin, EM. 2003. Phylogenetic Shadowing of Primate Sequences to Find Functional Regions of the Human Genome. Science 299: 1391-1394.
Kapranov P, Cawley SE, Drenkow J, Bekiranov S, Strausberg RL, Fodor SPA, Gingeras TR. 2002. Large-scale Transcriptional Activity in Chromosomes 21 and 22. Science 296: 916-919.
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