EL MAPA DE LA VIDA, DESCIFRADO
Animales, plantas y bacterias
Los secretos moleculares de la naturaleza brindan una fuente inagotable de conocimientos científicos y recursos útiles
PERE PUIGDOMÉNECH
Según la teoría del gen egoísta, los organismos vivos no son otra cosa que vehículos para que el ADN que contienen pueda replicarse, expansionarse y ejercer su dominio sobre los genes competidores. No debemos extrañarnos, por tanto, que cuando se trata de genomas no nos andemos por las ramas y el que realmente nos interese sea el genoma humano. Aunque si queremos una explicación más inmediata podríamos resumir diciendo que se trata de conjuntar dos preceptos famosos, el más clásico de conócete a ti mismo y el más práctico de enriqueceos. El estudio del genoma humano nos proporciona lo mejor de estos dos mundos.
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| Cabeza normal de mosca del vinagre y (debajo.) cabeza con antenas y palpos convertidos en patas por manipulación genética (R. Turner / Flybase). |
Pero en la superficie de la Tierra calculamos que hay entre 20 y 30 millones de especies vivas con genomas que encierran una historia y una riqueza genética irrepetibles. El genoma humano es el primero de la fila en nuestra visión antropocéntrico-comercial, pero a él le siguen otras especies que nos interesan por distintas razones. En primer lugar, hay no más allá de un centenar de especies que son las fuentes de nuestra alimentación. Son sobre todo animales y plantas que devoramos vivos o muertos, pero también hongos, bacterias y levaduras que muchas veces nos ayudan a digerir adecuadamente los alimentos. Son buenos ejemplos de ello el arroz, el cerdo o la levadura cervecera.
CONOCIMIENTO.- En segundo lugar, hay algunos centenares de virus, bacterias y hongos que son patógenos nuestros. Buenos ejemplos de ellos son los que producen la tuberculosis o la malaria. En tercer lugar, hay especies que ni comemos ni nos comen, pero son sistemas modelo que nos ayudan a ir a fondo en nuestro conocimiento de los genes y su funcionamiento. Los mejores ejemplos son justamente los primeros genomas completados, como el nematodo Caenorhabditis elegans, la mosca Drosophila melanogaster, la planta Arabidopsis thaliana o, en otro orden de cosas, el genoma del ratón.
De hecho, y por razones obvias, los primeros genomas que han sido completados han sido los que tienen un menor tamaño. El primero entre los genomas complejos fue el de la levadura, en 1997, para seguir el del nematodo, en 1999, y, ya en este año, el de la Drosophila. El genoma de la planta Arabidopsis thaliana se espera completo también dentro de pocas semanas. Para compararnos siempre con nosotros, el genoma humano es 20 veces mayor que estos genomas modelo, pero no debemos pensar que esto sea motivo de ningún privilegio especial, ya que el maíz tiene un genoma de longitud muy parecida al humano, el de la cebolla es tres veces mayor, y hay plantas con genomas 50 veces mayores al humano.
Por una parte nos interesan los genomas de patógenos. Las especies que nos producen enfermedades importantes las combatimos con antibióticos, es decir, con sustancias que interfieren en el funcionamiento de alguna función esencial del patógeno, pero que no afectan a nuestra especie. Tenemos antibióticos que funcionan muy bien contra bacterias u hongos y los empleamos con éxito, pero para algunas infecciones importantes no tenemos buenos antibióticos.
El genoma de un patógeno nos permite deducir la estructura de cualquiera de las proteínas que posee. Si se trata de una proteína importante cuyo funcionamiento es esencial para esta especie, podemos utilizar este conocimiento para tratar de diseñar una sustancia química que interfiera con ella. Esto es un antibiótico. Hay bacterias, como la famosa Escherichia coli, que son también modelos de estudio de los genes y la comparación entre genomas de bacterias está siendo de gran interés.
En las plantas, las razones para el estudio de sus genomas las encontramos en la necesidad de conocer las bases genéticas de su fisiología y de cómo se forman y se defienden. Pero debemos recordar que las especies que cultivamos tienen poco que ver con las especies que el hombre neolítico comenzó a cosechar hace unos 10.000 años y que la mejora de plantas está en la base de nuestra alimentación. El conocimiento de los genomas nos permitirá actuar sobre ellas de forma más dirigida y no únicamente produciendo plantas transgénicas, sino también utilizando los datos de los proyectos genoma para los programas de mejora tradicional o incluso para diseñar nuevos herbicidas.
Por estas razones se están completando genomas representativos de los dos grandes grupos de plantas con flores, el genoma de la Arabidopsis thaliana y el del arroz. También se ha puesto en marcha el genoma del pino como ejemplo de las coníferas, y ya están en marcha los proyectos de genomas más complejos, como el del maíz o el tomate. En España se ha hablado del genoma del melón, de los cítricos o del olivo.
En animales, los primeros genomas en ser terminados han sido genomas pequeños que fueron escogidos por su interés como modelos biológicos. El C. elegans es un sistema del que se conoce la formación del animal célula a célula y del que se va sabiendo cómo cada uno de los 19.000 genes que contiene afecta el funcionamiento de células o grupos de células determinadas.
Algo parecido puede decirse de la mosca Drosophila, de cuyo genoma ha sorprendido el pequeño número de genes, unos 14.000, menor que el de C. elegans (19.000). Desde el nacimiento de la genética, la mosca es el sistema mejor conocido y permite comprender las bases genéticas del desarrollo animal que, sabemos, tienen unas bases universales. Ya en el estado actual de nuestros conocimientos, sabemos que varios centenares de genes relacionados con patologías importantes en el hombre tienen su análogo en Drosophila.
Otro ejemplo más próximo es el ratón. Es obvio que ciertos experimentos, como la disrupción de genes para producir mutaciones que nos permitan conocer el funcionamiento de genes importantes, no se puede hacer en la especie humana. El ratón es nuestro modelo más próximo.
Pere Puigdoménech es profesor de Investigación del CSIC.
La vida en 350 genes
La comparación de los genomas entre sí, aparte del interés que tiene cada especie por separado, va a ser una fuente de sorpresas. Ya la comparación de genomas bacterianos está sirviendo para comprender los genes que son esenciales, y así se ha podido determinar el número mínimo de genes que necesita un organismo para sobrevivir, que no es más de unos 350.
Se pueden clasificar de forma precisa especies que era difícil comprender, por ejemplo las arqueobacterias, bacterias que viven en ambientes extremos. Se ha visto que éstas contienen genes parecidos a la vez a las bacterias propiamente dichas y a los organismos superiores. Estos organismos, por su capacidad de vivir en ambientes como las altas temperaturas, altas presiones, concentraciones extremas de sales o metales, contienen genes de gran interés.
Cuando vayamos acumulando información sobre genomas, el trabajo informático va a ser complejo y fascinante. El ordenador más potente del mundo ya se ha puesto a trabajar en tratar de deducir la estructura de las proteínas a partir de la información de los proyectos genomas. La red está siendo decisiva para acceder a esta enorme información y a los programas que permiten su análisis.
La comparación de genomas permite deducir los elementos importantes y los accesorios, y nos dará las bases para tratar de entender las diferencias entre especies. No parece dudoso el interés que tenga analizar un día las diferencias que hay, diminutas por lo que parece, entre el genoma del chimpancé y el nuestro.
Finalmente, la información sobre diversos genomas nos permitirá tratar de comprender cómo se fueron modificando los genomas, cómo fueron complicándose. Los datos que tenemos es que los genomas son sistemas muy fluidos en los que los genes están sometidos a la acción de elementos que se mueven en su interior y que los genes se forman por unión de fragmentos diversos que dan lugar a proteínas de funciones nuevas, en una dinámica que nos aparece como esencialmente caótica. Es en esta dinámica en la que se basa la evolución de las especies.