El código de la vida

El libro de la vida se ha escrito a través de un código encriptado y para poder descifrarlo es imprescindible entender las interacciones con el ambiente intra y extracelular.

No hay un individuo idéntico a otro; cada organismo posee rasgos característicos de comportamiento y forma que los distinguen y los hacen únicos e irrepetibles. ¿En qué radican estos cambios?

Charles Darwin (1809-1882) propuso como materia prima de la evolución biológica las variaciones heredables en interacción con las condiciones orgánicas e inorgánicas de vida de cada organismo. El sustrato material de la variación biológica heredable se fue definiendo con las posteriores interpretaciones, con los avances en la genética y en la biología molecular y, finalmente, con la síntesis teórica —que se hizo durante la década de los años treinta del siglo pasado, conocida como Síntesis moderna de la evolución–; la variación heredable se explicó como formas abstractas, llamadas alelos, que expresan formas alternativas de un gen, en donde el conjunto de genes forma cromosomas y el conjunto de estos últimos constituye la información genética de una especie.

Al establecerse la base material de la variación biológica heredable en los genes, los estudios se centraron en los procesos que se podían determinar a partir de estas unidades, restringiendo la heredabilidad de los rasgos adaptativos a variación genética. Este genocentrismo en las investigaciones fue relegando la función que tiene el ambiente en los procesos evolutivos histórico-ecológicos, por considerar que no existe suficiente evidencia de los mecanismos que están en la base de la receptividad ambiental y que, en todo caso, no tienen sustrato material en las células, que les permitan transmitirse de una generación a otra.

Ilustración: David e Izak Peón

El libro de la vida

Los estudios de cristalografía de Rosalind Franklin (1920-1958) permitieron a James Watson y a Francis Crick explicar, en 1953, la estructura tridimensional de la molécula del ácido desoxirribonucleico, mejor conocido como ADN. Los investigadores utilizaron la conocida “Fotografía 51” que obtuvo Raymond George Gosling –estudiante de doctorado de Franklin– a partir de la molécula cristalizada de ADN expuesta a rayos X, una imagen que revelaba el patrón de difracción que formaban los átomos al desviar los rayos. Esta imagen y la síntesis de años de investigaciones en el tema de otros grupos de estudio permitieron a los investigadores deducir que la molécula de la vida se componía de una doble hélice en la que se ensamblan cuatro diferentes nucleótidos en pares complementarios: adeninas (A) con timinas (T) y guaninas (G) con citosina (C). Con estas conclusiones se evidenciaron las características codificantes del material genético, de lo que se deduce que “la vida procede de la vida”, como había argumentado Darwin en 1859. La vida estaba escrita en código, entenderlo permitiría comprender la naturaleza de la vida —o por lo menos eso se creía—.

En 1990 se emprendió el Proyecto Genoma Humano, partiendo del dogma central de la biología molecular que decía que la base material de la variación biológica heredable eran los genes que se encontraban enrollados en largas hebras que formaban el ADN; es decir, que los genes eran los portadores de información codificada que era descifrada por las células a través de la síntesis de proteínas. La idea general era que un gen corresponde a la secuencia de ADN que codifica una proteína que cumple una función concreta. Se pensaba que, si hay alrededor de 90 000 proteínas codificantes, el número de genes debía ser aún mayor. Las expectativas de los científicos eran enormes. Se esperaba un recuento de más de 150 000 genes. Los primeros borradores del proyecto, que se publicaron a principios del siglo pasado, abrieron una caja de pandora que sorprendió a la comunidad científica: la cifra de genes que codificaban para una proteína era de alrededor de 35 000, muy lejos de lo que se estimaba; el resto parecía no tener ninguna función relevante, y se le denominó como “ADN basura”. Los estudios han ido revelando que esa cifra es aún más pequeña, de alrededor de 25 000 genes.

El Proyecto Genoma Humano generó más preguntas que respuestas sobre la vida y la evolución. El libro de la vida estaba encriptado y seguía sin poder ser leído. Se conocieron las notas, pero no se entendía cómo se escribía una pieza de música, ni cómo y ni de cuántas formas diferentes se podía interpretar.

Entonces, si sólo el 2 % de nuestros genes es “útil”, y entre un chimpancé y un humano la diferencia genética es pequeñísima, menor al 2 %: ¿qué nos hace seres humanos?

Los secretos del sistema genético

El Proyecto Genoma Humano dejó claro que los genes son sólo una parte de la película del genoma. Entender qué esconde el llamado “ADN basura” ha sido un reto que ha marcado las investigaciones de las dos últimas décadas en diferentes áreas de estudio.

En 2003 nació ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements), un proyecto del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano de Estados Unidos, en donde se ha tejido una amplia red que conecta investigadores e instituciones de todo el mundo, con el objetivo de descifrar qué esconde el resto del genoma humano. Las primeras conclusiones revelaron que, como era de esperarse, ese otro 98 % del genoma no es basura, pues contiene elementos funcionales fundamentales para descifrar el código genético, entre ellos el sistema regulador o epigenético. Esta nueva perspectiva está permitiendo entender procesos fisiológicos y patológicos —como algunos tipos de cáncer—.

El otro genoma

Desde antes del apogeo de la genómica —y de que el gran proyecto para conocer los secretos que guardaba el ADN de la especie humana pusiera en evidencia que el lenguaje de la vida estaba lleno de señales químicas que interpretan el código de diferentes maneras— Conrad Hal Waddington (1905-1975) advirtió que no todo estaba en los genes. En 1942, Waddinton explicó que entre el genotipo y el fenotipo —es decir, entre lo que está escrito en los genes y lo que se expresa— se encuentra todo un complejo sistema de procesos de desarrollo que regulan la expresión de los genes.

La epigenética se ha encargado de estudiar este misterioso sistema: tiene como objetivo comprender los mecanismos de regulación y cambio de la expresión genética que no implican modificaciones en la secuencia de ADN, sino en su organización estructural. Ese otro sistema no genético de patrones, marcas y huellas epigenéticas constituye la otra parte del genoma, epigenoma, que determina la estructura y función genética, o sea, interpreta el código y forma melodías.

Eva Jablonka y Marion Lamb consideran que la epigenética es una dimensión de la herencia que permite explicar holísticamente la naturaleza dinámica de los sistemas biológicos, estudiando las relaciones del genoma y el entorno, así como las propiedades que éstas generan, entre ellas la variación epigenética.

No todo está en los genes

La comprensión material de la variación biológica se ha ido complejizando enormemente. En la última década, se ha profundizando en el entendimiento de este misterioso y complejo sistema encargado de cifrar el código genético. Se ha observado que, además de que guían los procesos de diferenciación celular, desarrollo embrionario y la determinación de los rasgos de un individuo, regulan si un gen se expresa, se apaga o se silencia; también conecta, bajo señales químicas, las condiciones de vida de los sistemas vivos. Cada vez hay más evidencias de diversas marcas epigenéticas asociadas a patologías y se están indagando las vías de herencia no genéticas transgeneracional y su papel histórico en la evolución.

La continuidad, como la evolución, es multidimensional. La base material de la evolución ya no sólo está constituida por variaciones genéticas o cambios en la secuencia de ADN. Las variaciones epigenéticas o diferencias fenotípicas de estructura y función entre células –que no se deben a la existencia de variación genética, que a menudo son causadas por condiciones ambientales que surgen en el proceso de desarrollo y de herencia, y que dan lugar a los distintos tejidos y órganos de un mismo organismo multicelular– se están volviendo fundamentales para explicar y entender la vida y su evolución, y son un reto para la medicina moderna.

Como lo señalan las referencias de la biología evolutiva actual, los aspectos epigenéticos conforman un sistema de señales bioquímicas y ecológicas que juegan un papel fundamental en la evolución biológica, aunque contravenga las reglas de la herencia genética clásica.

No todo está en los genes, ni todo está en el ambiente, los sistemas vivos somos un complejo de señales fisicoquímicas, que van de lo molecular a lo macro. Todos estamos relacionados —y sí, todos nuestros actos repercuten, como el aleteo de la mariposa.

Martha Susana Esparza Soria
Doctora en historia de la ciencia por la UNAM.

Enard W, et al.  (2002) “Intra- and interspecific variation in primate gene expression patterns”. Science. Apr 12;296(5566):340-3. doi: 10.1126/science.1068996. PMID: 11951044.

Gerstein, M. B., et al (2007) “What is a gene, post-ENCODE? History and updated definition”. Genome research, 17(6), 669-681.

Jablonka, E. y Marion J. Lamb. (1995) Epigenetic Inheritance and Evolution: The Lamarckian Dimension.

Waddington CH (2012 [1942]) “The epigenotype”. International Journal of Epidemiology, 41:10-13. doi: 10.1093/ije/dyr184