Por: Dr. Iván Duncker
El ácido desoxirribonucleico o ADN está presente en cada una de nuestras células y contiene la información genética que determina nuestro desarrollo y funcionamiento, no solo como especie, sino también como individuos. Una copia de nuestro ADN se encuentra en el núcleo (ADN nuclear) de cada una de nuestras células y contiene una secuencia de 6,469,660,000 bases nitrogenadas (adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T)) que se encuentran organizadas en 23 pares de cromosomas (estructuras que sirven para organizar y compactar el ADN para que quepa en nuestras células). Imagínense, si se extendiera el ADN de una célula humana, tendría una longitud de 2 metros y si se extendiera el de todas nuestras células, podría llevarse hasta el sol y de regreso unas 300 veces. También hay ADN en otro compartimento de nuestras células, llamado mitocondria, pero de ese ADN que nos heredó nuestra madre, a diferencia del ADN nuclear que proviene de ambos padres, hablaremos en otra ocasión.
Gracias al modelo de la doble hélice, propuesto por el estadounidense James Watson y el inglés Francis Crick en 1953 y que les valió recibir el Premio Nobel en Medicina o Fisiología en 1962, junto con otro científico inglés llamado Maurice Wilkins, sabemos que el ADN tiene una estructura helicoidal de doble cadena. Así, cada cadena de ADN está formada por una secuencia de bases nitrogenadas que se unen entre sí mediante un grupo fosfato y un carbohidrato (desoxirribosa). Por otra parte, dos cadenas de ADN se unen entre sí, mediante enlaces de hidrógeno que se forman entre sus bases nitrogenadas, formando los “peldaños” de la escalera.
Ahora bien, una cadena de ADN es copia “complementaria” de la otra; una A en una cadena siempre estará unida a una T en la otra y una G a una C. Es algo así como tocar nuestra imagen en el espejo. Esta complementariedad entre A-T y G-C, es lo que más contribuye a formar la estructura helicoidal, pero también hace posible que una cadena sirva de templado para sintetizar su cadena complementaria. Esto es muy útil para cuando una cadena de ADN sufre un daño, ya que hay una maquinaria en nuestras células que repara al ADN y lo hace leyendo la información complementaria que se encuentra en la otra cadena (ej. si se pierde una base T en una cadena, la maquinaria va a leer una A en su cadena complementaria y así sabrá que tiene que poner de nuevo una T). Así, una cadena de ADN sirve de “disco de respaldo” para la otra, lo cual ha sido evolutivamente muy ventajoso, ya que permite proteger nuestra información genética, reduciendo de forma muy importante las probabilidades de morir a causa de daños en nuestro ADN o de heredarlos a nuestros hijos.
La estructura de doble cadena también permite que nuestras células puedan dividirse, renovarse y perpetuar el mismo ADN a sus células hijas. Al dividirse una célula “madre” en dos células “hijas” por un proceso llamado mitosis, la célula madre primero duplica su ADN, para ello las cadenas de su ADN se separan y cada cadena “original” sirve de templado para sintetizar su “nueva” cadena complementaria, logrando con ello sintetizar dos moléculas de ADN de doble cadena, una para cada célula hija.
¿Qué nos hace genéticamente diferentes de otras personas? Aunque el 99.9% de la secuencia de nuestro ADN es la misma que cualquier otro ser humano, es el ínfimo porcentaje restante el que nos hace genéticamente distintos a cualquier otro individuo, determinando en gran medida nuestra estructura física y mental. Claro, una parte importante de quien somos también depende de nuestras decisiones y de nuestro medio ambiente, incluyendo la dieta o el contexto sociocultural en el que nos desarrollamos. Así que el ADN no lo determina todo.
Me gusta pensar que las secuencias de millones de bases A, T, G y C son un “libro de la vida”, que contiene la información que la define y hace posible, pero, así como un libro en el librero no sirve de mucho, a menos que alguien lo lea y lo entienda, es importante que para que el ADN sea útil, su información sea decodificada. Por eso, el ADN tiene que ser leído por maquinarias especializadas en nuestras células para que la información se traduzca y permita sintetizar otro tipo de moléculas biológicamente activas, llamadas proteínas. Para ello, la información del ADN necesita ser codificada en otra molécula muy similar, llamada ácido ribonucleico o ARN. Sólo ciertos segmentos del ADN, a los cuales llamamos genes, son codificados en forma de ARN. El número de genes en el ser humano todavía está sujeto a debate, pero se estima que hay entre 19,000-22,000 genes.
Cada gen contiene la información para sintetizar una o varias proteínas específicas y para que ello suceda, la mayor parte de las moléculas de ARN son decodificadas por otra maquinaria especializada que traduce la información y sintetiza proteínas a partir de ella. A su vez, las proteínas sintetizan otros dos grupos de macromoléculas biológicas, llamados carbohidratos y lípidos; como piezas de lego, proteínas, lípidos y carbohidratos, forman cada una de nuestras células y con el ADN sirviendo de manual de instrucciones.
Las tecnologías que se han ido desarrollando a lo largo de un poco más de 100 años para entender qué es el ADN y cómo funciona, nos han permitido conocer la composición y estructura de nuestro material genético, de leerlo cada vez más rápido y con mayor precisión, entendiendo cómo se traduce y cómo se regula su expresión, tanto en condiciones de salud como de enfermedad. Entre los últimos logros en tecnología de ADN, hay una llamada CRISPR-Cas9. CRISPR-Cas9 fue desarrollada a partir de mecanismos que existen en las bacterias para defenderse de los virus, pero que fueron modificados para poder editar con mucha precisión el ADN de cualquier organismo, cambiando la secuencia de las bases nitrogenadas en ambas cadenas (evitando una posible reparación). Esto tiene como resultado que la información codificada en el ADN cambie y con eso la historia que cuenta, es decir, los genes editados pueden producir proteínas con funciones modificadas y con ello cambiar la forma en que un organismo funciona.
La edición genética puede realizarse antes o después de nacer, corrigiendo enfermedades causadas por alteraciones en las bases (mutaciones) del ADN, como sucede en las enfermedades congénitas o el cáncer, pero también aplicándola para hacer “mejoras” que permitan, por ejemplo, desarrollar nuevas capacidades en el individuo “editado” (ej. resistencia a infecciones). El inmenso poder de la edición genética ha abierto un intenso debate ético para definir la forma ética y responsable de utilizar esta tecnología para el bien de la humanidad. En los próximos meses, las compañías Editas Medicine y Allergan, estarán reclutando a los primeros pacientes en el mundo a quienes se les administrará CRISPR/Cas9. El objetivo es restaurar la visión a quienes sufren de ceguera hereditaria, causada por mutaciones en el gen CEP290; para editar este gen y corregirlo, se inyectará detrás de sus retinas un CRISPR/Cas9, especialmente diseñado para ello.
¿Pero cómo llegamos a saber y hacer tanto con el ADN? Fue fundamental que Watson y Crick concibieran el modelo estructural de la doble hélice, ya que este primer paso permitió desarrollar la tecnología para leerlo, entenderlo y editarlo. Para ello, se apoyaron en gran medida en los resultados experimentales de otros investigadores; una aportación fundamental fue la de Rosalind Franklin, una joven científica inglesa. Mediante una técnica llamada difracción de rayos X, Rosalind fue la primera en obtener la “fotografía 51” del ADN que permitió establecer una primera aproximación, pero crucial, para que Watson y Crick dilucidaran la estructura helicoidal del ADN.
La historia de Rosalind no sólo es interesante por su contribución para entender la estructura del ADN, sino también por ser una mujer científica en una época cuando la universidad y los laboratorios estaban dominados por los hombres y se segregaba a las mujeres de la ciencia. A pesar de que Rosalind pudo realizar sus estudios universitarios, gracias a su carácter y al apoyo de su familia, no pudo escapar completamente a la discriminación de género y es parte de la historia que les contaré en la siguiente publicación de Detrás de la Ciencia. Platicaremos sobre la contribución de Rosalind para dilucidar estructuras de carbón, del ADN y de los virus, pero sobre todo de su fotografía 51 que hizo posible el modelo de la doble hélice, así como del premio Nobel en Medicina o Fisiología que injustamente no la incluyó y que fue entregado a tres científicos hombres.