Estamos presenciando un punto de inflexión en el conocimiento de los procesos que rigen en la genética, lo que nos está obligando a replantear gran parte de lo que hasta ahora habíamos dado como establecido. El concepto que teníamos de la vida, está variando. Durante medio siglo se había llegado a consolidar un dogma que dominaba la vida molecular: la molécula de DNA guardaba la información necesaria para el programa de la vida. Para utilizar la información debía traspasarla a una molécula intermediaria que llevara el mensaje (RNA mensajero), al lugar que finalmente debía concretarse en una secuencia de aminoácidos, constituyendo una proteína. Esta era en definitiva la encargada de implementar las instrucciones que guardaba el DNA (Función del DNA y síntesis proteica). Ahora nos damos cuenta que sólo habíamos llegado a conocer una mitad de la historia.

En ese entonces el concepto era muy esquemático y llegó a constituirse en un sencillo credo: "un gene, terminaba en una proteína". Luego se estableció que las proteínas no sólo eran las ejecutoras del programa, jugando un rol estructural y enzimático, sino que además podían regular la expresión y actividad de los genes.

Todos estos conceptos derivaban de estudios realizados en bacterias, especialmente la "Escherichia coli" y otras células procarióticas (células aisladas que carecían de núcleo). Al extrapolarlos a células más complejas que funcionaban agrupadas para formar organismos animales o vegetales, se cometió un error. A diferencia de las bacterias, cada una de estas células complejas poseían una complicada estructura interna, con organelos y un núcleo central (células eucarióticas), donde estaba contenido el DNA, que agrupado con algunas proteínas, constituía la cromatina.

Del análisis del DNA de las bacterias, se pudo concluir que la larga hebra de DNA, estaba constituida por la secuencia de unidades, que se llamaban “genes”, los que a su vez codificaban proteínas. Los genes estaban separados entre sí, por pequeñas secuencias individualizadoras (fig. 1). El error conceptual estuvo en creer que igual composición del DNA también existía en el núcleo de las células procarióticas. Jaques Monod, investigador pionero de la biología, llegó a afirmar que "lo que era verdadero para la E. Coli, era también verdadero para el elefante".

En parte, Monod tenía razón. Si bien es cierto que se llegó a demostrar que el código genético que usaba la molécula de DNA, era común para todas las especies vivas de la Tierra, sin embargo no era cierto que el sistema funcionara igual en todas las especies. Los hechos descubiertos con posterioridad, fueron marcando diferencias con lo afirmado por Monod. Si bien en esencia su afirmación era verdadera, no explicaba enteramente el complejo funcionamiento de los organismos pluricelulares. Es cierto que en los eucariotes las proteínas tienen un rol regulatorio en la expresión de los genes, pero ahora hemos comenzado a entender que a ello se agregan otros mecanismos regulatorios, aun más importantes, que han comenzado a descubrirse recién en los últimos años y que por su importancia, podemos decir que constituyen la otra mitad de la genética que recién comenzamos a conocer. En ellos, actúa directamente el RNA, tanto sobre el DNA, como también sobre las proteínas, en una complejidad que no existe en el mundo unicelular.


Algo más que genes

Un descubrimiento del año 1977 presagió que había algo raro en el núcleo de las células procarióticas, que las diferenciaba de las bacterias que carecían de él. Es cierto que los genes estaban igualmente presentes en el DNA y codificaban proteínas, sin embargo entre estos había grandes secuencias de DNA que aparentemente no desempañaban ninguna función, tanto que estas secuencias llegaron a denominarse despectivamente, "DNA basura" (Consideraciones después del genoma). Lo que llamaba la atención, era que este DNA basura constituía el 95% del DNA total, de modo que aproximadamente, sólo el 5% del DNA estaba formando genes que codificaban proteínas.

Posteriormente se pudo comprobar que en la molécula de DNA, entre las secuencias que codificaban trozos de proteínas (genes), se intercalaban largas secuencias de bases del DNA, que no codificaban proteínas y que sólo parecían estorbar. Lo raro era que al traspasarse la información a la molécula intermedia de RNA, unos y otros (codificadores y basura) se transcribían en ella, y sólo con posterioridad se producía un reajuste de esta mezcla, de modo que se separaban los que codificaban de los que no codificaban proteínas. Los primeros se reestructuraban, formando el RNA mensajero (mRNA) definitivo (a estos se les llamó "extrones"), que luego de esta poda, viajaba como una unidad al interior del citoplasma, para codificar allí la proteína correspondiente. En cambio las secuencias que no codificaban proteínas, se separaban, formando los "intrones", los que aparentemente no tenían ningún propósito y se suponía que terminaban disgregándose y reciclándose. Este proceso se llamó "splicing" (separación) (La función del núcleo celular) (fig. 2).

También se pudieron comprobar otras inconsecuencias que no tenían explicación. Cuando fue posible secuenciar el genoma de diferentes especies animales y vegetales, incluyendo al ser humano, se observó que no existía ninguna correlación entre el tamaño del genoma y la complejidad del organismo que debía formar. Así por ejemplo, algunos anfibios tenían cinco veces más DNA en su genoma, que el que tenía los mamíferos. Para mayor asombro, se encontró que la ameba tenía 1000 veces más DNA. Hasta entonces los investigadores habían asumido, que el número de genes que codificaban proteínas deberían estar en relación con la complejidad del organismo. Pero no era así, ya que por ejemplo el gusano de tierra "Caenorhabditis elegans", constituido sólo por 1000 células, tiene 19.000 genes que codifican proteínas, un 50% más que los que tiene un insecto (13.500), que es mucho más complejo. El ser humano tiene alrededor de 25.000 genes, pocos más que los que tiene el gusano de tierra (Cuántos genes hay en el genoma humano).

También se fue poniendo en evidencia que cada organismo complejo, tenía más proteínas que genes, de modo que había que concluir que un mismo gene, tenía a su cargo la codificación de varias proteínas diferentes, tanto en su estructura, como en su función. Es decir, moría el dogma de "un gene para cada proteína".

Si bien es cierto que el número de genes no concuerda con la complejidad del organismo respectivo, sí en cambio concuerda mejor con la cantidad del llamado "DNA basura". A mayor complejidad, parece existir más DNA basura, que no codifica proteínas (fig. 3). Esto tampoco tenía una explicación.

A primera vista resultaba raro que menos del 1.5% del genoma humano codifica proteínas, pero sin embargo la mayor parte de él se transcribe a la molécula intermedia de RNA. ¿Qué sentido tiene que una vez formado el RNA, tenga que someterse a un proceso de poda que lleva a despojarlo de la mayor parte de secuencias ya transcriptas? ¿Qué sentido tiene que después de ser trascrita esta gran cantidad de secuencias, haya que eliminarlas de la molécula de RNA, sólo para que sean degradadas y recicladas?

Todo hace pensar que lo que una vez se llamó "DNA basura", no sea tal, y que por el contrario éste tenga muchas otras funciones que recién comenzamos a vislumbrar. Es así como se ha llegado a pensar que estas secuencias no codificadoras de proteínas, deberían tener importantes funciones en los procesos de regulación del desarrollo y maduración del futuro organismo. En este sentido, hay antecedentes que avalan esta forma de pensar.


Que otras funciones

Para tratar de entender estos contrasentidos, habría que encontrarle alguna función a estos "intrones", los que aparentemente no tienen ninguna. Existen algunas evidencias recientes en estas secuencias no codificadoras, a lo largo de la evolución han ido invadiendo al genoma de los organismos superiores, y tal vez por eso, no se encuentran en el genoma de las bacterias que son más primitivas. En ellas, al no tener núcleo, el RNA se traduce en proteínas tan pronto como es trascrito el DNA. En las células eucarióticas en cambio, la trascripción ocurre en el núcleo y desde allí el RNA mensajero debe migrar al citoplasma para que la información se traduzca en la producción de una proteína. Probablemente esta nueva complejidad es la que ha hecho más receptivo a que se introduzcan en el genoma, secuencias que no codifican, a los que ahora se ha llamado "intrones", segmentando los genes en distintas porciones.

Probablemente en estos intrones parásitos se han ido produciendo mutaciones, que sí han sido beneficiosas para el desarrollo del organismo, se han incorporado a él, como ha estado sucediendo en todo el proceso de selección natural. Es muy posible que estas secuencias hayan estado evolucionando independientemente de las secuencias codificadoras (genes). De este modo es posible que la entrada de intrones al genoma de las células eucarióticas haya iniciado un proceso evolutivo, basado en el RNA, más que en proteínas. No serían entonces "moléculas basuras", sino que por el contrario, han ido adquiriendo funciones genéticas, en este caso han sido mediadas por RNA (fig. 4).

Si esta hipótesis es verdad, el significado puede ser profundo. Mediante ellas, los organismos pluricelulares, constituidos por células eucarióticas, habrían sido capaces de desarrollar sistemas operativos genéticos y regulatorias, más sofisticados que los procarióticos. De esta forma las tareas funcionales corresponderían a las proteínas, ya que ellas tienen una mayor complejidad estructural y química. En cambio el RNA estaría más capacitado para transmitir información y también desarrollar actividades regulatorias. Podemos imaginar que pequeños trozos de RNA de una secuencia específica, puedan llegar a estructurar un verdadero código, interactuando con el DNA y con proteínas, contribuyendo a la arquitectura definitiva de los organismos pluricelulares, con todas las diferenciaciones y maduraciones que se van produciendo en función de las diferentes etapas del desarrollo. De hecho, miles de pequeños trozos de RNA, que nunca han informado para proteínas (RNA no codificador), ya han sido identificados, tanto en animales, como en plantas y hongos. Muchos de ellos controlan los tiempos de los procesos que ocurren durante el desarrollo, como mantención de células troncales, proliferación celular u apoptosis (muerte celular programada) entre otros. Seguramente que en el futuro se irán descubriendo muchos otros micros RNAs con múltiples funciones regulatorias específicas (A cincuenta años de la molécula de la vida). Si esto es así, se podrían explicar muchos de los misterios relacionados con la diferenciación celular y el desarrollo y organización del organismo (fig. 5).


Regulación del desarrollo

Toda la complejidad de un embrión humano, parte de un simple óvulo que es fertilizado por un espermio. De allí llega a constituir un organismo completo, que al final de su desarrollo puede llegar a estar formado por una cantidad estimada de 100 trillones de células que, desempeñan distintas posiciones y una multiplicidad de funciones. Se puede afirmar que para lograr una necesaria armonía y diversidad celular, se requiere de dos tipos de especificaciones: una para disponer de los numerosos componentes necesarios, y otra para lograr un sistema de guía y ensamblaje de las partes. Tenemos que aceptar que si bien no conocemos las normas, estas necesariamente deben ya estar codificados en el DNA desde su comienzo.

Las moléculas que constituyen los diferentes organismos, son fundamentalmente semejantes. Es así como alrededor de un 99% de las proteínas humanas tienen sus equivalentes reconocibles en la rata y viceversa. Esta conservación en diferentes especies, es especialmente evidente en aquellas proteínas que están comprometidas en los procesos celulares básicos. Ellas se conservan también a través de toda la evolución de las células eucarióticas. De este modo, las diferencias que se observan en las formas de los diferentes organismos animales, son debidas fundamentalmente a las diferencias de ensamblaje o estructuración arquitectónica de los diversos materiales constitutivos.

Los genes que codifican proteínas, regulan la formación de los componentes básicos del organismo, ¿pero dónde está la información del ensamblaje de éstos?. Por lo general los biólogos han asumido que las instrucciones del ensamblaje de los organismos complejos, residen en diversos factores regulatorios existentes dentro de la célula. Es decir, en la permutación de proteínas regulatorias, que interactúan continuamente entre sí, además de micro RNAs (Pequeñas moléculas de RNA son capaces de anular genes). Las posibilidades de esta complejidad pueden ser asombrosas y para considerarlas necesitamos de un proceso previo de modificación de nuestros conceptos clásicos de la programación genómica rígida. Esto significa que debemos aceptar que la gran proporción del genoma de los organismos complejos, no es "DNA basura", sino que corresponde a trozos de RNA, que hemos llamado "intrones", que son los que llevan la compleja información necesaria para la "maduración" y "estructuración" de las partes de los diferentes organismos. Mientras los diferentes organismos van adquiriendo más complejidad a lo largo de la evolución, más información debe irse desarrollando en la regulación de la maduración y estructuración arquitectónica. Ello explicaría el aparente contra sentido del incremento del DNA no codificador de proteínas, en función de la complejidad del organismo (fig. 5). Mientras más complejo, mayor regulación se requiere, tanto para la maduración como para la estructuración.

Ahora nos sorprende que el genoma de los vertebrados contenga miles de secuencias no codificadoras que han persistido virtualmente inalteradas por millones de años. Estas secuencias se han conservado mucho mejor que las que codifican proteínas, lo que a primera vista parecería inesperado. Los mecanismos que han permitido la mantención, son desconocidos, pero su constancia nos demuestra que son esenciales para nuestra biología. De este modo, más que mirar al genoma humano y de otros organismos complejos, como una pequeña proporción de secuencias codificadoras de proteínas, ubicadas en un mar de secuencias inútiles, debemos mirarlo como islas de secuencias codificadoras de proteínas, sumergidas en un mar de información reguladora.


En el genoma hay más que intrones y extrones

Lo que hasta ahora se ha juzgado como DNA basura, no sólo está constituido por los intrones. A parte de ello, ya se sabe que aproximadamente un 40% del genoma está constituido por "transposones" (elementos genéticos que migran a lo largo del genoma) y secuencias repetitivas. Como los intrones, ellas habían sido consideradas como parásitos moleculares, que a lo largo de la historia evolutiva han ido colonizando el genoma. Al comienzo, al igual que los emigrantes, no han sido bien recibidos, pero una vez establecidos han sido aceptados y sus descendientes llegan a constituir partes útiles de la sociedad.

Existen evidencias que en los organismos superiores, los transposones contribuyen con la evolución y construcción geonómica, y muy probablemente jueguen un rol importante en lo que se ha llamado "herencia epigenética", que está más allá de las leyes convencionales de la genética, fijando tendencias que bien pueden no ser transmisibles de una generación a otra (Mas allá del código genético, el código de las histonas).

En resumen, lo que se estigmatizó como "DNA basura", fue producto de nuestra ignorancia y nuestra natural resistencia a la innovación y al cambio. Hemos aprendido que el genoma no era tan simple como pensábamos. Ahora debemos prepararnos para comenzar a descubrir la parte más importante de la genética, especialmente aquella de los animales superiores en que la complejidad estructural exige un complejo sistema de control, tanto para el proceso de diferenciación, como para la estructuración de los diferentes componentes. En el futuro ello irá teniendo una importancia gravitante, que se proyectará tanto en la farmacología, como en el diagnóstico y tratamiento de diferentes enfermedades.


Para saber más

1.- John 5. Mattick: "The Hidden Genetic Program of Complex Organism". Scientific American, Octubre 2004, pág. 31.

2.- Philip Cohen: Master and Commander. NET Scientist, Noviembre 27, 2004, pág.37.

3.- Wayt Gibbs: The Unseen Genoma: Gems among the Junk. Scientific American, Noviembre 2003, pág. 26.