Escribir el código de la vida

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¡Buenas tardes, habitantes de este Universo Paralelo! Desde el descubrimiento del ADN y su estructura en cada célula de los organismos vivos a comienzos de la década del 50, la biología ha experimentado un desarrollo explosivo.

• Hoy podemos leer y manipular el código genético de una manera que hace solo algunas décadas parecía imposible y, con esto, además, combatir muchas enfermedades.

El número de hoy está dedicado a esta ciencia. Para contarnos un poco qué es el código genético, invitamos al Dr. Gonzalo Munita, médico que se desempeñó por dos décadas como docente e investigador de Medicina Experimental en la Escuela de Medicina de la U. de Chile.

• Luego, la doctora en Ciencias Biológicas Natalia Mackenzie nos compartirá las últimas revoluciones en este campo. Se trata del CRISPR/Cas9. Una herramienta que permite a los científicos editar el código genético.

El cuestionario lo contesta la doctora en Ciencias Naturales Cristina Dorador, profesora asociada de la Universidad de Antofagasta, investigadora titular del CeBiB e investigadora asociada de CATA. La Dra. Dorador es además una reconocida escritora científica. Su última obra, Amor microbiano (Planeta 2024), ha recibido grandes elogios.

• La imagen de esta semana es una fotografía de dos larvas transparentes de pez cebra. El magíster en Ciencias Biológicas David Arancibia Altamirano nos cuenta de su atractivo e importancia en las ciencias biológicas.

• Luego, en dos Breves Paralelas, el antropólogo social Francisco Crespo nos habla de haplotipos.

• Finalmente, nuestra periodista Francisca Munita nos recomienda una entretenida serie de ciencia ficción en donde la genética es protagonista.

Ojalá disfruten de esta edición. Y, por favor, ayúdennos con la difusión de la ciencia en los medios, compartiendo este Universo Paralelo. Y si les llegó de alguien, ¡inscríbanse ya!

ADN: EL LENGUAJE DE LA VIDA

Por Dr. Gonzalo Munita

Médico

Con frecuencia, el ser humano se ha inspirado en los diseños de la naturaleza para desarrollar sus propios inventos, como las alas de los aviones, cámaras fotográficas, membranas de micrófonos, entre otros. Sin embargo, algunos de estos son coincidencias y no copias de modelos naturales, como, por ejemplo, el sorprendente paralelo entre el ADN y el lenguaje humano. El primero codifica un ser vivo completo. El segundo, lo hace con ideas, sentimientos y emociones.

Refiriéndonos al lenguaje, podemos preguntarnos: ¿cómo es posible que, usando esa sola herramienta, seamos capaces de transmitir desde ideas básicas, como la de tener hambre, hasta desarrollos intelectuales complejísimos, como la teoría de la relatividad?

• El lenguaje es curioso; funciona a través de códigos simples (letras), que son tan solo 27 en el castellano. Con ellas se crean palabras y luego ideas en una sucesión creciente de complejidad. Pero ¿cómo logramos tanto con tan poco? 

El truco está en su secuencialidad. Por ejemplo, terco, corte, troce, recto y cetro tienen las mismas letras, pero al estar dispuestas en diferentes órdenes, tienen significados totalmente diversos. Y para que exista una idea, usamos una sucesión de palabras que también pueden darnos significados diferentes, según su orden.

• Es así como, con este número tan acotado de códigos, somos capaces de armar desde la canción Arroz con leche hasta las aventuras y desventuras de El Quijote. El lenguaje es, prácticamente, inagotable en su capacidad expresiva.

Por su parte, el ADN también es un código que determina el orden en que irán unas “letras” bioquímicas, llamadas aminoácidos, para constituir “palabras”, llamadas proteínas. Así como las letras de nuestro idioma son solo 27, los aminoácidos son apenas 20.

• Las proteínas, cuyo nombre proviene del dios marino Proteo, característico por adquirir variadas formas, son la base de la vida. Pueden formar estructuras rígidas, como la matriz ósea o el colágeno de la piel; o móviles, como los músculos.

Pueden ser mensajeros de acciones como algunas hormonas; protectores de invasiones microbianas, como los anticuerpos y, lo más notable, herramientas bioquímicas denominadas enzimas para fabricar otras moléculas no proteicas, como las membranas celulares, algunas hormonas como las sexuales, estructuras minerales como los huesos, etc.

• El ADN, además de emplear su propio código para indicar el orden en que irán los aminoácidos al sintetizar una determinada proteína, funciona como lo hace una imprenta que reproduce un texto escrito: fabrica una y otra vez la proteína, con la secuencia específica que tiene codificada para ella.

Por ejemplo, la insulina, que realiza funciones hormonales para regular nuestra glucosa, es reproducida incansablemente por una “unidad” de nuestro ADN, que denominamos, para este caso, “gen” de la insulina. Y es así como cada proteína tiene su propio gen, o esa sección específica de esta “gran imprenta” para ser elaborada.

• El ADN es el gran ordenador de nuestra vida. Aunque solo codifica proteínas, estas son las “palabras bioquímicas” que originarán “frases”, llamadas ciclos metabólicos que, a su vez, crearán las “ideas, pensamientos y emociones”, es decir, todas las estructuras y funciones de nuestro organismo.

Podemos decir, entonces, con toda propiedad, que el ADN es el lenguaje de la vida.

LAS BACTERIAS QUE INSPIRARON UNA REVOLUCIÓN MÉDICA

Por Natalia Mackenzie

Biotecnóloga; doctora en Ciencias Biológicas

Al igual que los seres humanos, las bacterias también se ven amenazadas por infecciones virales. A diferencia de las personas, que contamos con un sistema inmune de alta precisión, las bacterias han desarrollado sistemas menos complejos, pero igualmente sorprendentes para enfrentarse a estos invasores.

Cuando una bacteria es infectada por un virus, corta el ADN ajeno en fragmentos, almacenando un pedazo de este en su propia secuencia genética. Así, cuando el mismo virus vuelve a atacar, la bacteria lo reconoce gracias a esta “memoria genética” y activa un sistema molecular que lo destruye.

• Este mecanismo se conoce como “Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas Regularmente Interespaciadas” o CRISPR, por sus siglas en inglés.

Las científicas Emmanuelle Charpentier y Jennifer Doudna se basaron en este sistema CRISPR para diseñar una herramienta de edición genética, denominada CRISPR/Cas9, que actúa como una especie de tijera molecular capaz de cortar secuencias genéticas. Al igual que con el ADN de un virus invasor, esta herramienta puede integrar, eliminar o modificar información genética específica en diversos tipos de células.

• Esto ha permitido, entre otras cosas, curar enfermedades causadas por un solo gen defectuoso, que es reemplazado por uno sano, como en el caso de la distrofia muscular y la fibrosis quística. Este trabajo les otorgó a las científicas el Premio Nobel de Química en 2020.

En una publicación reciente, Verónica E. Farag y otros autores resumen cómo este mecanismo molecular CRISPR está revolucionando la medicina regenerativa, que se encarga de reparar y reemplazar tejidos dañados o restaurar funciones perdidas debido a la vejez o la enfermedad.

En este campo de la medicina se utilizan principalmente células madre, que tienen la capacidad de autorrenovarse y diferenciarse en los diversos tipos celulares necesarios para reemplazar los tejidos dañados.

• Sin embargo, las limitaciones en la disponibilidad de embriones humanos y los problemas éticos relacionados han llevado a los científicos a buscar alternativas para la creación de este tipo de células.

Además, aunque las terapias tradicionales han sido efectivas, estas a menudo generan efectos secundarios no deseados y no permiten atacar la enfermedad o la lesión de manera precisa.

Gracias a la tecnología CRISPR, es posible integrar o eliminar información genética que modela el comportamiento de las células madre, las cuales luego pueden ser utilizadas para reemplazar las células enfermas o dañadas.

• Por ejemplo, en enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer, la esclerosis lateral amiotrófica, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington, se pierden y degeneran neuronas. En lesiones óseas y musculares, se pierden células específicas que tienen poca o ninguna capacidad regenerativa, las cuales pueden ser reemplazadas por células madre que han sido transformadas en células sanas de ese tipo específico gracias a CRISPR.

Además, actualmente se están llevando a cabo diversos ensayos clínicos que utilizan este sistema para tratar anemias y diversas formas de cáncer, incluidos linfomas, leucemias y tumores sólidos.

• Así, por más pequeñas y dañinas que puedan ser algunas bacterias para los seres humanos, también son una fuente de inspiración molecular que sigue cambiando la medicina tal como la conocemos.

EL CUESTIONARIO: CRISTINA DORADOR

Cada semana hacemos las mismas cuatro preguntas a una persona dedicada a la ciencia. En esta edición entrevistamos a la doctora en Ciencias Naturales con mención en Microbiología, Cristina Dorador, profesora asociada de la Universidad de Antofagasta, investigadora titular del CeBiB e investigadora asociada de CATA.

-¿Qué te motivó a dedicarte a la ciencia?

-Siempre me interesó conocer más. Desde pequeña he sido muy inquieta; me gustaba mucho leer y tratar de entender el mundo. También me he dedicado a la música, tocando contrabajo.

Después del colegio ingresé a estudiar Licenciatura en Ciencias con mención en Biología, lo cual me permitió conocer otras áreas. En segundo año de la carrera comencé a trabajar en el laboratorio de la profesora Irma Vila, donde pude entender sobre limnología y ambientes acuáticos continentales, y estudié sobre peces y microalgas.

Paralelamente, me interesó la microbiología trabajando con técnicas de biología molecular. Decidí seguir adelante con mi doctorado, especializándome en microbiología de salares.

-¿Cuál es la obra científica que más influyó en tu actividad?

-Hay un trabajo fundamental sobre salares que se realizó a fines de los 90, donde tres científicos recorrieron más de 60 salares en Chile. Este compendio da cuenta de su complejidad química y ha sido la base para estudiarlos y generar nuevas preguntas. El trabajo de la profesora Irma Vila también ha sido clave, ya que fue pionera en estudiar humedales altoandinos.

-¿Cuál es el problema científico más importante por resolver?

-Desde la microbiología hay muchas preguntas sin responder aún. El conocimiento que se está generando en ambientes extremos está siendo guía para la búsqueda de biomarcadores en otros planetas o exoplanetas.

Si se encuentran señales de vida en el universo, lo más probable es que sea vida microbiana y la única comparación que tenemos son los ambientes extremos que hay en la Tierra.

-¿Cuál es la pregunta que te desvela como científica y cómo la enfrentas?

-Me preocupan muchas cosas. En particular, falta comprender el efecto de la pérdida de ecosistemas únicos y biodiversidad asociado a la crisis climática y acción humana. Los salares son ecosistemas muy frágiles que están en riesgo. La biodiversidad microbiana es alta y única, ya que está adaptada a condiciones límites para la vida.

Me desvela pensar en si alcanzaremos a proteger los salares y toda su biodiversidad. Decidí, hace muchos años, dedicarme a generar la mejor evidencia científica para mostrar su importancia, pero a pesar de que existe conocimiento científico, no es suficiente para su protección.

LA IMAGEN DE LA SEMANA

Créditos de la imagen: María Jesús Vásquez

Por David Arancibia Altamirano

Magister en Ciencias Biológicas

PECES TRANSPARENTES, VENTANAS AL GENOMA

Desde cálidos ríos del Asia, el pez cebra (Danio rerio) llegó a laboratorios de todo el mundo como un modelo por excelencia en genética y biología del desarrollo, permitiéndonos apreciar la belleza genética y celular tras la construcción de un embrión.

La palabra clave que nos convocará será “transparencia”, en múltiples aristas.

• Pese al característico patrón adulto de bandas azules, esta especie cuenta con huevos, embriones y larvas transparentes, adquiriendo luego pigmentación en ojos y piel. Nótese en la fotografía dos larvas de tres días postfecundación casi cristalinas y solo visibles por pigmentos específicos, cuya producción podemos inhibir, a fin de prolongar dicha transparencia. Tal propiedad es una oportunidad para la microscopía, permitiendo registrar el nacimiento y reorganización de células y tejidos en tiempo real, ¡detectando incluso moléculas individuales!

• Similarmente, el genoma del pez cebra es un libro abierto a la comunidad científica. El contar con la secuencia de sus genes, la transparencia del huevo y su accesibilidad a la manipulación genética permitió generar una colección de mutantes y transgénicos que ayudan a interrogar y entender la función de los genes.
• En la fotografía observamos una larva normal (arriba) y una mutante (abajo), la cual carece de ojos y constituye un modelo para estudiar los genes que controlan la formación de este (sorpresa… ¡muchos de esos genes resultaron ser los mismos que regulan la formación del ojo en el embrión humano!)

• Finalmente, la investigación embriológica, genética y biomédica en el pez cebra depende de la transparencia en la información. El genoma se encuentra disponible en bases de datos públicas, así como una gran diversidad de herramientas genéticas y líneas transgénicas que se publican y comparten globalmente bajo estrictos protocolos de bioseguridad. Así la colaboración transparente fue y será fundacional para una investigación abierta y fructífera.

BREVES PARALELAS

– ¿Qué son los haplogrupos? Cuando pensamos en nuestra ascendencia, pensamos en nuestro árbol familiar: ¿de dónde vienen nuestros padres?, ¿de dónde vienen los padres de nuestros padres?, ¿quizás los padres, de los padres de nuestros padres?, y determinamos nuestra herencia basándonos en aspectos como el color del cabello, los ojos o la forma de la nariz.

• Sin embargo, con el descubrimiento y posterior mapeo de nuestro código genético hemos podido notar que, como especie, los humanos tenemos una variación genética entre individuos que no supera el 0.1%, esto es, 1 par de bases cada 1.000 aproximadamente. De estas diferencias, además, no todas corresponden a genes que se expresan en la apariencia física.

• Además, compartimos una porción no menor de nuestro código genético con el resto de los seres vivos.

¿Cómo estudiamos entonces a nuestros ancestros? Se denomina haplotipo a un conjunto de alelos (una cadena genética) que se heredan en conjunto de un solo progenitor: nuestro padre o madre, es decir, no corresponden a la combinación de las ramas de nuestro árbol genealógico, sino que a una línea, ya sea la materna –con el ADN mitocondrial– o la paterna –con el ADN del cromosoma Y–.

• La madre pasa su ADN mitocondrial a su descendencia XX e XY, mientras que el padre pasa su ADN-Y a su descendencia XY exclusivamente.

• Los haplogrupos nos permiten conocer entonces a nuestras “madres y abuelas”, así como a nuestros “padres y abuelos” de cientos de miles de años, con mutaciones específicas y estables a lo largo de grandes períodos migratorios.

• En antropología, los haplogrupos son de vital importancia para comprender los procesos migratorios prehistóricos y la genética de las poblaciones contemporáneas. En la cultura popular, instituciones como 23andMe ofrecen estudios de ancestría basada en este método.

– Haplogrupos y estudio de las enfermedades. ¡Hoy tenemos breves continuadas! Hablamos de los haplogrupos, ¿pero qué otros usos tienen estas simpáticas secuencias de haplotipos? Aparte de generar conversaciones sumamente incómodas en la sobremesa, el estudio de los ancestros genéticos nos ayuda a estudiar distintos aspectos de la expresión de los genes, entre ellos, la de ciertas enfermedades.

• En un estudio publicado hace ya 25 años, se hablaba de la conexión entre el riesgo de padecer Neuropatía Óptica Hereditaria de Leber y ciertos marcadores del haplogrupo mitocondrial J (se ordenan por letras del alfabeto).

• ¡Pero no tengas miedo! Estudios tan recientes como de 2024, que analizan el riesgo de padecer la enfermedad de Parkinson y ciertos haplogrupos mitocrondriales, demostraron que, si bien existe cierta asociación con algunos grupos específicos, las muestras son pequeñas y con un sesgo de casos europeos.

• Estudiar haplogrupos es complejo y requiere muestras de alta calidad a nivel mundial y métodos de secuenciamento más complejos que cadenas de polimerasas (el famoso PCR). ¡Falta mucha ciencia por hacer! Pero los alelos siguen dando de qué hablar.

• Porque la genética es mucho más que solo la ascendencia y descendencia. Se trata de los lugares en que vivimos y cómo se expresan nuestros genes en distintos ambientes.

RECOMENDACIONES: SERIE “THE ONE”, GENÉTICA Y AMOR

Por Francisca Munita

Periodista

Existe un área del conocimiento que históricamente ha suscitado la curiosidad tanto de médicos y científicos como de toda la humanidad: la genética.

Las personas muestran una profunda fascinación sobre sus raíces y ancestros. Sobre su identidad y destino.

• La serie de ciencia ficción británica The One (Netflix 2021) aborda estas inquietudes, pero desde una premisa tan novedosa como intrigante: ¿qué pasaría si nuestros genes determinaran con certeza nuestra pareja ideal?

Basada en la novela de John Marrs, cuenta con ocho capítulos, donde nos muestran un revolucionario sistema de análisis de ADN, desarrollado por una empresa biotecnológica al mando de la ambiciosa Rebecca Webb (Hannah Ware), que promete encontrarnos a nuestra “media naranja” con un 100% de seguridad. Y más aún: con quién estamos genéticamente “predestinados”.

• The One mezcla diversas aristas, que van desde el acelerado avance científico de nuestra era hasta el deseo de encontrar al verdadero amor, pasando por preguntas éticas, como cuál sería el límite de la ciencia y tecnología, y filosóficas, como el libre albedrío y las relaciones humanas. Todo esto, envuelto por un manto permanente de suspenso.

La serie logra despertar en el espectador la interrogante sobre hasta qué punto queremos que la genética guíe nuestras acciones, decisiones y vidas. Ideal para quienes disfrutan de la ciencia ficción con un toque de intriga.

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Y esto es todo en esta edición de Universo Paralelo. Ya sabes, si tienes comentarios, recomendaciones, fotos, temas que aportar, puedes escribirme a universoparalelo@elmostrador.cl. Gracias por ser parte de este Universo Paralelo.

• Mis agradecimientos al equipo editorial que me apoya en este proyecto: Fabiola Arévalo, Francisco Crespo, Francisca Munita, Camilo Sánchez y Sofía Vargas, y a todo el equipo de El Mostrador.