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Ciencia

El silencio de los genes

Una nueva técnica desactiva tramos de ADN y bloquea la producción de una proteína en las abejas, y puede tener aplicaciones más amplias

Con el auxilio de una técnica que día tras día va adquiriendo más credibilidad en el área de biología molecular, llamada de ARN (ácido ribonucleico) de interferencia, o sencillamente RNAi, investigadores de la Universidad de São Paulo de Ribeirão Preto lograron desactivar un gen de abejas obreras adultas de la especie Apis mellifera . Durante 15 días, el gen encargado de la fabricación de vitelogenina -la principal proteína de reproducción de los insectos, con probable influencia sobre el sistema inmunológico -fue silenciado en el 96% de las 300 obreras que recibieron inyecciones de RNAi. Silenciamiento es el término acuñado por los científicos para describir el efecto neutralizador ejercido sobre un gen por el ARNi, una molécula creada en laboratorio que difiere del ARN convencional, debido a que presenta dos cintas de pares de base (unidades químicas) en lugar de una.

Esta cinta extra, presente en la molécula artificial, fue capaz de destruir la receta química que comandaba la producción de la vitelogenina antes de que este comando llegara al ribosoma, la organela celular encargada de sintetizar las proteínas. Sin orden de trabajo, el ribosoma paró de fabricar vitelogenina. Es decir, el gen de esta proteína continuó existiendo y no sufrió ninguna alteración en su secuencia de pares de bases. Tan solo fue desconectado o desactivado, debido a que su mensaje es interceptado y saboteado antes de llegar al destinatario.

“No podemos todavía afirmar con seguridad si el silenciamiento es temporal o definitivo” afirma Zilá Paulino Luz Simões, de la USP de Ribeirão Preto, la principal autora brasileña del trabajo. Este estudio, que contó con la participación de científicos de la Universidad Agrícola de Noruega, salió publicado el 20 de enero en la revista científica electrónica BMC Biotechnology .En otro experimento en marcha aún, el equipo de Zilá logró anular el mismo gen en abejas reinas de Apis mellifera . No obstante, en este caso la eficiencia de la técnica fue menor. Tan solo la mitad de las 40 líderes de la colmena no sintetizó la vitelogenina. “Quizás sea necesario aumentar la cantidad de ARNi que le dimos a las reinas”, explica Zilá. En huevos que darían origen a obreras se inyectó una solución de 1 microlitro (la millonésima parte de un litro) en la cual había 5 microgramos de ARNi.

En las reinas, en las que el gen de la vitelogenina es expresado (accionado) con el doble de intensidad que en las obreras, se suministró el mismo medio líquido, pero con 10 microgramos de ARNi. Para intentar mejorar la eficiencia de la técnica de silenciamiento entre las abejas que comandan la colonia, se inocularán nuevas dosis de ARNi en otras reinas.Pese a que el trabajo con las reinas se encuentra aún en su fase inicial, ya está brindando una noticia más que relevante: se espera que las abejas cuyo gen fue silenciado sean capaces de pasar esa característica a su primera generación de descendientes. Sus hijas tampoco producirían la proteína.

Por lo que todo indica, la orden para no sintetizar la vitelogenina permanece almacenada en la memoria de las células maternas, y posteriormente es transmitida a la prole. La historia de las abejas es impresionante; pero no es la primera vez que un animal exhibe esta capacidad de heredar genes silenciados. Un artículo de investigadores del Cold Spring Harbor Laboratory, Estados Unidos, publicado en febrero en Nature Structural Biology , mostró que ratones con un gen desactivado mediante el uso de la técnica de ARNi pasaron esa modificación genética a sus descendientes, creando aparentemente un linaje estable de animales con esta característica.

El gen de la vitelogenina fue seleccionado como objeto del experimento con ARNi porque las abejas de miel poseen una característica que intrigaba a los investigadores de la USP. Por ser un gen profundamente implicado en el proceso reproductivo de la Apis mellifera , era de esperarse que su expresión fuera exclusiva de las reinas, o por lo menos muchas veces mayor en las abejas líderes de la colmena que en las obreras. Al fin y al cabo, las funciones reproductivas son prácticamente privativas de las reinas, que ponen la mayoría absoluta de los huevos y garantizan así la continuidad de la colonia.

Pero ocurre que tanto en las reinas como en las obreras la expresión del gen es bastante alta, aunque las primeras fabriquen el doble de vitelogenina de lo que fabrican las segundas. “La cantidad de vitelogenina producida por las reinas puede superar el 50% de todas las proteínas sintetizadas por este tipo de abeja”, comenta Zilá. En las obreras, este índice llega a un significativo 30%, un indicio de que dichas abejas subalternas, además de trabajar, también deben participar en la reproducción y otras funciones importantes.

Contra el Sida y el cáncer
Desde que fue descubierta en 1997, la técnica de utilización del RNA de cinta doble para interferir en el funcionamiento de genes empezó a usarse con diferentes grados de éxito y para distintas finalidades en plantas, animales, hongos e incluso en células humanas. A veces el ARNi no logra silenciar totalmente un gen, pero lleva a una reducción considerable en la producción de la proteína derivada del gen en cuestión. Los más optimistas creen que, cuando sea plenamente controlado -si es que se llega a ello-, el empleo de ARNi puede convertirse en una herramienta terapéutica de gran utilidad, por ser capaz de desactivar genes relacionados con una serie de enfermedades, incluido el cáncer, y dar origen a potentes medicamentos.

En un artículo publicado en la edición de julio pasado de la revista Nature Medicine , el estadounidense Philip Sharp, ganador del Premio Nobel de Medicina en 1993, e investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), demostró que el mecanismo de ARN de interferencia podría usarse para combatir la infección causada por el virus VIH del Sida. Sharp logró silenciar genes del propio VIH -un virus cuya molécula central es el ARN- y de células humanas en medio de cultivo. La revista Science consideró que los estudios con ARNi constituyeron la línea de investigación más importante el año pasado.

El dominio de la etapa de elaboración en laboratorio de una molécula de ácido ribonucleico con cinta doble y capaz de silenciar específicamente un gen -y únicamente éste, sin interferir en los demás componentes del genoma- es posiblemente el factor determinante del éxito o del fracaso del uso de la técnica de ARNi en un organismo. Esto porque es necesario conocer la secuencia completa de pares de bases de cada gen que se pretende desactivar, que codifican su respectiva proteína, y con base en esta información molecular, derivar y construir un ARN de cinta doble muy particular.

Solamente fue posible parar la síntesis de vitelogenina en la abejas luego de que los investigadores de Ribeirão Preto lograron producir con precisión un ARN de cinta doble complementario a la secuencia de poco más de 500 pares de base que compone la parte codificante del gen de esta proteína, por ejemplo. “Cualquier descuido en esta fase hace que la técnica de ARNi no funcione”, dice Zilá.Una vez obtenido el ARN de cinta doble, el paso siguiente consiste en inyectar ese material en el organismo que tiene el gen que debe desactivarse. Hecho esto, esa molécula modificada de ácido ribonucleico es cortada por una enzima llamada Dicer dentro de la célula, en trozos de alrededor de 25 pares de bases.

Estos pequeños tramos de ARN de cinta doble picoteados se unen entonces a un complejo de proteínas, y de manera conjunta atacan al ARN mensajero, cortándolo en retazos o porciones no funcionales. Tal como su nombre lo indica, el ARN mensajero -una molécula convencional de ácido ribonucleico derivada de un gen y con tan solo una cinta de pares de bases- es el cartero que carga la orden química proveniente de su respectivo gen hasta el ribosoma, la organela celular encargada de la producción de proteínas. Así fragmentado, el ARN mensajero no logra llevar adelante la receta suministrada por el gen que lo originó. De esta manera, se interrumpe la producción de la proteína que sería elaborada a partir de aquel gen. En líneas generales, es así como funciona la técnica de ARNi.

Rol revisado
Por otro lado, el aparente éxito del método de silenciamiento de genes -aparente pues nadie sabe todavía a ciencia cierta por cuánto tiempo dura esa desactivación, y tampoco existe una certeza absoluta de que la técnica no provoque efectos colaterales indeseables- acabó elevando el status de la molécula de ácido ribonucleico. El ARN siempre fue visto como una especie de primo pobre del ácido desoxirribonucleico, el popular ADN, portador del código genético y necesario para la producción de todas las proteínas de un organismo.

Se creía que el ARN desempeñaba básicamente el rol de intermediador entre tramos de ADN (los genes) y las proteínas. El ácido ribonucleico era visto como un fiel y pasivo entregador, un leal mensajero de la fórmula dictada por los tramos de ADN al ribosoma. Su papel era, sin lugar a dudas, imprescindible, pero de carácter más burocrático que creativo. De la misma manera en que un traductor no debe apartarse del contenidooriginal de la obra que vuelca a otro idioma, el ARN no debía interferir en el significado del mensaje que le había sido confiado por el ADN. Podía incluso hacer las adaptaciones necesarias para que el ribosoma comprendiese mejor el texto químico dictado por los genes, pero no más que eso. Al agregarle una cinta al ARN convencional, esta noción de que el ácido ribonucleico jamás influía en el mensaje del gen cayó por tierra. No solamente influye, sino que incluso puede llegar destruirlo por completo, tal como lo demuestra la técnica de ARNi.

El Proyecto
Abejas Africanizadas: Análisis Integrado del Proceso de Apis mellifera con Foco sobre determinantes de la Fertilidad de Zánganos, Reinas y Obreras
Modalidad
Proyecto temático
Coordinadora
Zilá Luz Paulino Simões – Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de la USP de Ribeirão Preto
Inversión
R$ 967.157,42

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