Epigenética, mucho más que genes

30 de enero de 2014

Genes, genética, genómica, genoma humano… el listado de términos con la raíz gen- no ha dejado de aumentar durante los últimos años, y algunos de ellos incluso se han hecho muy populares. El lector ingenuo pensará que tras tantos años de ciencia biológica poco quedará por descubrir en el campo de la genética. Me bastará escribir la palabra epigenética para echar por tierra esta impresión, y por supuesto, necesitaré unas cuantas palabras más para justificar esta nueva adición al gendiccionario. Vamos allá.

Antes de que salga nadie con el chiste de la genética de Epi, lo lanzo yo. No, la cosa no va de esto. Me temo que nunca sabremos a qué se debía ese amor patológico por los patitos de goma.

Antes de que salga nadie con el chiste de la genética de Epi, lo lanzo yo. No, la cosa no va de esto. Me temo que nunca sabremos a qué se debía ese amor patológico por los patitos de goma.

Nada de lo que un organismo es o pueda llegar a ser, puede conseguirse sin seguir a rajatabla unas instrucciones precisas y concretas, guardadas en la información genética en forma de moléculas conocidas como ácido desoxirribonucleico, ADN para los amigos. Esta noción, pese a ser moderna en términos históricos, siempre ha estado latente en muchísimas cuestiones biológicas que se abordaban sin saber con certeza cuál era la pieza que faltaba para entenderlas: la teoría de la selección natural presentada por Darwin y Wallace a mediados del siglo XIX era consistente con la realidad de la naturaleza estudiada en la época, y con el hecho sobradamente demostrado de que los descendientes de los organismos se parecen a sus engendradores. Pero ninguno de ellos se acercó siquiera a hipotetizar acerca de lo que hoy llamamos genes. Para cuando Watson, Crick y Franklin describieron la estructura tridimensional de la doble hélice del ADN aproximadamente unos cien años después, ya se conocía la noción de “genes” y la forma en que se transmitían y ejercían su función primordial (servir de base para la construcción de las proteínas), pero quedaban muchas incógnitas que precisamente gracias a este modelo estructural fueron parcialmente despejadas.

Desde aquel momento hasta hace unos pocos años, los genes se han ido convirtiendo en un concepto biológico de gran popularidad, adquiriendo por el camino una serie de responsabilidades que nunca les correspondieron. Igual que pasó con el concepto de la evolución y la selección natural, que en “las manos equivocadas” pretendieron ofrecer la clave para justificar todo tipo de injusticias y atrocidades, la genética se convirtió en el cajón desastre donde todos los problemas y a la vez las soluciones de nuestras vicisitudes como especie se acumulaban. La premisa más extendida, y no carente de base, es que los genes son responsables de que seamos como somos. Punto. Hay que apechugar con esto. Esta historia del llamado determinismo genético es ya bastante conocida, y se resume en un debate acerca del papel que ejercen los genes y el ambiente que nos rodea sobre la modulación de nuestra forma de ser y de desarrollarnos. Según quién haga los cálculos, se podría encontrar desde un reparto de responsabilidades del 50% hasta determinismos absolutos, que obviamente no reflejan en nada la realidad. Porque al final, para la mayoría de cuestiones biológicas, la ciencia nos ha venido ofreciendo explicaciones que se ajustan a distintos tonos de gris, más que blancos o negros absolutos. Lo curioso de todo esto es que aunque este debate parecía un poco pasado de moda, recientes descubrimientos lo han sacado a relucir de nuevo, ofreciendo un nuevo abanico de tonalidades grises. Pero antes de hablar de la última moda en conceptos genéticos, demos unos pasos atrás.

La línea del tiempo de los hitos en la ciencia de los genes (http://www.cienciasmc.es/web/u6/contenido1.3.1_u6.html)

La línea del tiempo de los hitos en la ciencia de los genes|Fuente

Muchos lectores recordarán el bombo con el que se anunció la secuenciación completa del genoma humano, sólo hace unos once años (es curioso apreciar cómo los hitos que estamos mencionando en este artículo cada vez están más cercanos en el tiempo). Podríamos decir que esto significó, sencillamente, que se había completado la lectura del manual de instrucciones que contiene una célula humana típica. Ni más, ni menos… que tampoco es moco de pavo. A partir de ahí, quedaba una titánica tarea. Teníamos un montón de páginas y páginas con instrucciones, pero podríamos decir que nos faltaban los números de página, los encabezados, los títulos que delimitaban cada capítulo. Algunos capítulos estaban completos, pero había huecos entre estos y los inmediatamente adyacentes. Y por si esto fuera poco, muchos de los capítulos completados de este manual de instrucciones nos llevaban a un callejón sin salida, pues no sabíamos para qué narices servía la pieza que podríamos montar siguiendo dichas instrucciones. En los años que han pasado desde que se completó la lectura, hemos ido refinando toda esta información y completando las piezas que faltan, pero queda mucho trabajo por hacer. A estas alturas el lector ya habrá imaginado que los capítulos de este manual de instrucciones son los genes, y que cada uno de ellos da lugar a una pieza distinta, que es una proteína. Las células utilizan todas las proteínas que construyen para transformarse a sí mismas, y al organismo que las contiene. Esa es la relación entre “los genes” y el “cómo somos”.

Para enmarañar aún más el asunto, resulta que no basta con saber cuántos capítulos hay, dónde empieza y termina cada uno, ni qué pieza explican; también hay que tener en cuenta que hay algunos interludios, párrafos enteros que no sirven para construir nuevas piezas, sino para explicar mejor cómo entender otros capítulos. Y llegamos aquí a un punto crucial, porque hay un detalle que no hemos comentado todavía. Resulta que este manual de instrucciones está ordenado en unos pocos volúmenes, moléculas de ADN gigantescas que contienen una parte de ese manual. Pero cada volumen está escrito todo seguido, en papel continuo. No hay índice de capítulos o marcadores de páginas. Y cada uno tiene un tamaño tan gigantesco que necesita estar plegado y comprimido. Una célula no necesita todas las piezas a la vez, sino que precisa construir una serie concreta de ellas en cada determinado momento; para ello tiene que desplegar el capítulo correcto, rápida y certeramente.

Para poner en orden semejante embrollo, el manual se organiza en montoncitos de papel enrollados sobre un soporte físico gracias al cual pueden empaquetarse a su vez varios montoncitos más; así, las instrucciones para construir piezas que jamás se van a necesitar en determinado tipo de célula pueden quedarse guardaditas sin molestar a nadie. Traduciendo esta historia a términos biológicos, el ADN es una molécula gigantesca que se repliega sobre sí misma, como una madeja de hilo, pero de forma ordenada. Para ello se enrolla cual yo-yo sobre un núcleo de proteínas llamadas histonas, las cuales a su vez pueden agruparse entre ellas. El ADN abrazado a las histonas no puede “leerse”, pero puede soltarse y desplegarse de nuevo si se necesita. ¿Cómo se consigue esto? Mediante la modificación química reversible de las histonas, que se lleva a cabo por otras proteínas. Este proceso forma parte de lo que hemos venido a explicar, como veréis a continuación.

Así se organizan los genes a lo largo del ADN: todos seguiditos y plegados para no ocupar tanto espacio. También habría valido como analogía un rollo de papel higiénico, pero no quedaba tan elegante.

Así se organizan los genes a lo largo del ADN: todos seguiditos y plegados para no ocupar tanto espacio. También habría valido como analogía un rollo de papel higiénico, pero no quedaba tan elegante.

Según lo que hemos contado, parece que las células están condicionadas por sus manuales de instrucciones de manera irrevocable: todo lo que allí está escrito, es lo que va a tener la célula para vivir su vida. De hecho, si alguna instrucción se lleva a cabo de manera errónea o se construyen piezas incorrectas en determinada célula, hablamos de mutaciones y enfermedad; sólo en algunos casos el cambio por error en alguna palabra del manual puede llegar a permitirse o incluso a perpetuarse, siendo este uno de los motores de la evolución.

Ahora sabemos que en realidad hay otra posibilidad: la forma en que algunos capítulos están censurados o permanentemente abiertos puede cambiar. Y este cambio puede quedar grabado y mantenerse con el empaquetamiento y la posterior mudanza de copias del manual cuando una célula se divide, perpetuándose para las subsiguientes generaciones de células descendientes. Hablamos de regular la función de los genes sin alterar las instrucciones básicas. Es un proceso que otorga plasticidad y capacidad de modulación extra a todo el proceso de construcción de seres vivos, un proceso que puede transmitirse a la descendencia. Es, por tanto, una regulación por encima de la información genética, y de ahí su nombre: epigenética.

Una serie de proteínas marcan las páginas de los volúmenes del libro, etiquetando con pegatinas que impiden o facilitan la lectura de determinados capítulos. Aquí entran en juego las proteínas modificadoras de histonas, que con su trabajo cierran o abren capítulos; pero también hay otras proteínas que modifican las características químicas de algunas palabras escritas en el ADN; ojo, no cambian su significado, no producen mutaciones. Podría decirse que hacen un pequeño tachoncito que impide su lectura, pero que otra proteína equipada con un borrador puede deshacer para que de nuevo esa palabra esté activa. Estos procesos son muy dinámicos y están muy regulados, y aquí viene lo impactante, están muy influenciados por el ambiente en que se mueve la célula. Se ha descubierto que las experiencias que sufre un individuo pueden desencadenar modificaciones en el patrón de marcas epigenéticas sobre su genoma, las cuales a veces se transmiten a su descendencia. En muchas especies cambios en el entorno, como la cantidad de luz recibida o la temperatura a la que se exponen los embriones en desarrollo, afectan drásticamente a la expresión de sus genes. Lamentablemente, recientes estudios también parecen sugerir que una dieta rica en grasas o abusar de sustancias como el tabaco puede tener consecuencias que van más lejos aún de lo que pensábamos.

EmpaquetamientoAdn

En estas dos imágenes se explica gráficamente cómo la molécula de ADN se empaqueta alrededor de las histonas, formando la cromatina (arriba), y además cómo las modificaciones en las histonas (acetilaciones, metilaciones y fosforilaciones) o en el propio ADN (metilaciones) facilitan o impiden la transcripción de los genes: es decir, su lectura y posterior conversión a proteínas (http://cnx.org/content/m26565/latest/)

En estas dos imágenes se explica gráficamente cómo la molécula de ADN se empaqueta alrededor de las histonas, formando la cromatina (arriba), y además cómo las modificaciones en las histonas (acetilaciones, metilaciones y fosforilaciones) o en el propio ADN (metilaciones) facilitan o impiden la transcripción de los genes: es decir, su lectura y posterior conversión a proteínas | Fuente

 

Hoy en día, la epigenómica despunta como un nuevo tipo de lectura que refina la que ya sabíamos realizar. No sólo interesa la secuencia de ADN, eso ya lo tenemos muy visto; ahora queremos saber distinguir todas esas etiquetas, tachones y pegatinas que determinan el momento y el lugar en el que cada instrucción se lleva a cabo. Porque una colocación distinta de las etiquetas puede suponer un ligero cambio en la modulación génica, produciendo adaptación o respuesta a determinado estímulo, pero una incorrecto etiquetaje puede tener consecuencias fatales, y además por si esto fuera poco, esas consecuencias quedarán grabadas para la descendencia de esa célula. La lectura a nivel epigenético de las instrucciones contenidas en una célula tumoral demuestra que el patrón de marcas difiere enormemente del de una célula sana del mismo organismo, mostrando claramente la importancia de conseguir entender y corregir dichos patrones de cara a luchar contra las enfermedades.

La epigenética supone una capa más de complejidad para entender qué está pasando dentro de nuestras células, pero por otro lado, nos hace más fácil comprender, o al menos abarcar, la ingente variabilidad, la sobrecogedora capacidad de respuesta, la versatilidad de los sistemas biológicos. Como sucedió con la estructura de la doble hélice o las primeras secuenciaciones de genes, esta nueva capa de información encaja como un guante en lo que ya sabemos. Es muy frecuente escuchar que todo esto “pone del revés” nuestro conocimiento previo, o “hace tambalearse” los cimientos de lo que ya sabemos. En realidad esto es una exageración; en ciencia pocas veces se le da la vuelta a nada (se dice que algunos científicos dan la vuelta  a las tortillas en el aire, pero no existen datos experimentales que respalden esta hipótesis). Más bien se añaden piezas, se colocan mejor otras que encajaban de manera un poco burda, o incluso, se abren nuevos huecos. La regulación epigenética puede llegar a explicar algunos procesos complejos para los que la evolución molecular o los mecanismos de regulación génica y expresión de proteínas parecían quedarse cortos.

La epigenética puede dar pie, más que muchas disciplinas, a todo tipo de interpretaciones filosóficas y metafísicas sobre la realidad y los seres humanos; interpretaciones, dicho sea de paso, que nada tienen que ver con la ciencia. El mismo día que terminaba este artículo, me encontraba con estos carteles cubriendo unas vallas de mi barrio.

La epigenética puede dar pie, más que muchas disciplinas, a todo tipo de interpretaciones filosóficas y metafísicas sobre la realidad y los seres humanos; interpretaciones, dicho sea de paso, que nada tienen que ver con la ciencia. El mismo día que terminaba este artículo, me encontraba con estos carteles cubriendo unas vallas de mi barrio.

Aún tenemos mucho que leer, muchas páginas que ordenar y muchas etiquetas que despegar. Pero lo que está claro es que nada de esto va a restar importancia a cómo funciona nuestro organismo, a lo que somos y a lo que legamos a nuestra descendencia. Al fin y al cabo, la clave para todo lo que somos sigue estando en nuestros genes, no nos engañemos; pero esto no quita para que podamos decir, con la cabeza bien alta y los genes bien etiquetados, que también somos mucho más que genes.

Carlos Romá-Mateo, más conocido como @DrLitos es investigador postdoctoral en el Instituto de Biomedicina de Valencia perteneciente al CSIC y escribe el blog lúdico-científico ¡Jindretes, sal!

 

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Acerca del Autor

Mezclando la divulgación científica con las redes sociales e intentando vivir de esto.

Comentarios

  1. Dani dijo: 30 de enero de 2014

    Fantástico ejercicio de divulgación de primera. Muchas gracias, Carlos. Mi más profunda admiración.

    Salud

  2. Luis dijo: 31 de enero de 2014

    “todo tipo de interpretaciones filosóficas y metafísicas sobre la realidad y los seres humanos; interpretaciones, dicho sea de paso, que nada tienen que ver con la ciencia”

    Eso son hipótesis o hipótesis en construcción. Forman parte del primer peldaño de la ciencia (no son, claro está, conocimiento obtenido con la realización de todo el proceso de método científico), y si alguien no quiere subir todos los peldaños eso ya es otra cosa.

    La charla esa pues sería pa juntar cuatro frikis y hablar del libro “La biología de la creencia”, el cual le invito a leer que seguro que algo bastante le gustará (es de un jubilado doctor en biología celular)

    • Dr. Litos (@DrLitos) dijo: 4 de febrero de 2014

      Bueno, yo más bien me refería que no tiene que ver con la ciencia la mayoría de interpretaciones traídas por los pelos que suelen derivarse de disciplinas como la que trato en el artículo, que nos definen como personas y por tanto tienden a disparar nuestra imaginación. En cualquier caso, gracias por el apunte. Saludos.

  3. Luis dijo: 31 de enero de 2014

    Ah muy buen resumen y muy descriptivo

  4. FerFrias dijo: 31 de enero de 2014

    Una grandísima entrada, Carlos.

  5. Fernando dijo: 31 de enero de 2014

    Cajón de sastre. Tuve que comprobarlo, ya que “cajón desastre” es ciertamente una descripción más explícita; pero el castellano es una lengua de metáforas…

    Me ha gustado mucho el artículo, muy didáctico para no iniciados en la materia como yo. Gracias.

  6. Isidoro Martínez Vélez dijo: 31 de enero de 2014

    Estupendo y comprensible. ¡Enhorabuena!

  7. Melli dijo: 31 de enero de 2014

    Magnifica entrada. Da gusto leer algo de tanta calidad y claridad.

  8. Dr. Litos (@DrLitos) dijo: 4 de febrero de 2014

    Muchas gracias a todos por los comentarios, me alegro de que haya gustado la entrada. Ha sido un auténtico placer colaborar con esta web de divulgación, a la que agradezco una vez más su invitación. Un saludo a todos.

  9. Juan Carlos Páez verá dijo: 25 de enero de 2016

    Deseo conocer más de este tema tan apasionante y nuevo para mi, soy médico y veo una nueva forma de enfocar nuestros esfuerzo para el bien de todos.
    Gracias por toda esta información

  10. cable estructurado dijo: 15 de marzo de 2017

    Estoy sorprendido de encontrar esta web. Quería daros las gracias por redactar esta obra maestra. Sin duda he saboreado cada pedacito de ella. Os te tengo agregados para ver más cosas nuevas de este blog .

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