Otro impulso al conocimiento de nuestro genoma y a sus aplicaciones.

Por Nicolás Jouve, Catedrático Emérito de Genética y Presidente de CíViCa. Miembro del Comité de Bioética de España. Publicado en Actuall el 10 de abril de 2022 (imagen de portada: Detalle de una secuencia de ADN. El Proyecto Genoma Humano se concluyó en 2003, de forma que se conocen casi todos los genes del ser humano / Miki Yoshihito. CC BY).

Seguramente el descubrimiento científico más importante del siglo XX fue el conocimiento de la estructura del ADN, la llamada “molécula de la vida” por ser portadora de la información genética, es decir, la sustancia de los genes, lo que se publicó en abril de 1953. Se trata de una molécula universal, común a todos los seres vivos, responsable de las características, semejanzas y diferencias de los millones de especies que existen y han existido sobre el planeta desde el origen de la vida hace más de 3.500 millones de años. El ADN está compuesto por dos filamentos que giran uno alrededor del otro, a modo de una escalera de caracol, que están compuestos por la sucesión de unas unidades denominadas bases nucleotídicas (A, T, C y G) que se proyectan desde cada filamento al interior, que se emparejan y forman los peldaños de la escalera (A-T, T-A, G-C y C-G).

Los genes son tramos de cientos o miles de estas parejas de bases. Se trata de una asombrosa estructura que permite explicar cómo se almacena, se transmite, se expresa y cambia la información de la que dependen los seres vivos en sus características biológicas y, por tanto, la biodiversidad, la evolución y la herencia.

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La siguiente sorpresa que se llegó a conocer, una década después del conocimiento de la estructura del ADN, fue que todos los seres vivos, desde las pequeñas bacterias a los grandes mamíferos, las plantas, los hongos, los protistas, etc. compartimos el mismo código genético. El lenguaje de los genes también es universal. Es decir, la traducción de las secuencias de bases nucleotídicas del genoma en la secuencia de las proteínas se rigen por el mismo sistema de codificación en todos los organismos.

De este modo se consolidaba la idea del origen monofilético de la vida. Al igual que la materia que conformó el universo partió del big–bang hace unos 10.400 millones de años, la vida, tal como la conocemos en nuestro planeta, partió de un sencillo microorganismo, el cenancestro, que hace unos 3.600 millones de años, ya tendría un aparato genético y un sistema de codificación capaz de desplegar el enorme abanico de formas de vida que, con muchas extinciones pero conservando el mismo tipo de aparato genético, ha llegado hasta nuestros días.

En los años setenta y ochenta se asentó la tecnología necesaria para conocer más sobre cómo son y cómo se expresan los genes. Se aprendió a aislarlos y se desarrollaron las técnicas que permiten leer su mensaje y surgieron las técnicas de “secuenciación”. Se trata de unas técnicas que permiten leer el ADN, es decir, desvelar la sucesión de las bases nucleotídicas de los genes y demás componentes del ADN. Esto abría las puertas al conocimiento de la información genética completa de los seres vivos, el “genoma”, que por su universalidad estructural y funcional permitiría incluso el conocimiento de la distancia evolutiva entre diferentes especies. De este modo se abrió paso la era de la “genómica”. Es decir, la oportunidad de leer el “libro de instrucciones” oculto en el ADN de los seres vivos.

En los años ochenta se planteó por parte de la comunidad científica la necesidad de llevar a cabo el Proyecto Genoma Humano, que nació en los Estados Unidos, bajo la batuta de un Consorcio Público Internacional liderado por el médico y genetista americano Francis Collins. Tras publicar la publicación en febrero de 2001 de un primer borrador, el proyecto se dio por terminado con la una publicación histórica, en Nature, al coincidir con el 50 aniversario de la publicación en la misma revista de la estructura del ADN.

Desde entonces, aprovechando la tecnología desarrollada se han ido conociendo los genomas de cientos o miles de especies de todas las ramas del gran árbol de la vida. El Proyecto Genoma Humano ha sido el banco de pruebas del que se han beneficiado los biólogos que desean conocer más y mejor la información genética de sus especies favoritas.

Ciñéndonos a nuestro genoma, los datos relevantes son los siguientes: el total del ADN alcanza 3.175 millones de pares de bases –los escalones de la doble hélice-. Este ADN está repartido en 24 cromosomas diferentes (22 autosómicos más los sexuales X e Y). El total de genes de los que depende la edificación de un ser humano es de unos 21.000. De todo el ADN del genoma, solo se traduce en forma de proteínas un 2% (los exones o parte informativa de los genes), siendo el 98% restante regiones intragénicas no funcionales (intrones), zonas repetidas, restos de genes que ya no funcionan, elementos móviles, u otras intercaladas entre los genes.

Todo este manantial de información ha abierto una serie de actividades y aplicaciones. Entre ellas, el conocimiento de la función de muchos genes y de las consecuencias de sus modificaciones; la conservación de genes en diferentes especies y en el caso humano el desarrollo de nuevas tecnologías de importancia aplicada en Medicina en las vertientes diagnóstica, terapéutica y farmacológica.

A pesar de dar por terminado el Proyecto Genoma Humano quedaron lagunas. Aproximadamente un 8% de nuestro genoma no se pudo secuenciar por tratarse de regiones repetitivas –zonas compuestas por pequeños bloques de ADN que se repiten en tándem-, y zonas de heterocromatina –regiones condensadas- difíciles de abordar. Ahora, el 31 de marzo de 2022, el llamado consorcio Telomere-to-Telomere (T2T), compuesto por investigadores de diversas nacionalidades y múltiples laboratorios de los EE.UU., acaba de publicar la secuencia completa del genoma humano, T2T-CHM13 en la revista Science.

Esto ha sido posible gracias a la utilización de nuevas técnicas de secuenciación que permiten leer tramos más largos del ADN, de modo que el puzle para unir las regiones se facilita al estar compuesto por muchas menos piezas. De este modo se ha logrado cubrir los huecos que habían quedado inexplorados en 2003, en todos los cromosomas, excepto el Y. Además, se corrigen algunos errores y se añade el conocimiento de casi 200 millones de pares de bases nuevas que contienen 1956 predicciones de genes, 99 de los cuales se prevé que codifican proteínas. Se incorpora además el conocimiento de regiones de funciones mecánicas de los cromosomas, como las regiones terminales o telómeros, las llamadas regiones satélites, los centrómeros, y las duplicaciones segmentarias recientes, todo lo que abre nuevas expectativas para estudios funcionales y de variación.

Tras esto se potenciarán aún más las aplicaciones en Medicina. En primer lugar, el “diagnóstico genético”, de importancia en la predicción clínica, en medicina forense y medicina legal, con importantes implicaciones sociales y éticas. También se derivarán aplicaciones de prevención, corrección e incluso edición de genes, con las nuevas tecnologías del CRISPR-Cas9, de los que es de esperar la curación de enfermedades debidas a mutaciones génicas, como las hemofilias, la fibrosis quística, el cáncer de mama de origen monogénico, etc. Lamentablemente, el diagnóstico genético de una previsible enfermedad en las fases embrionaria o fetal facilita a realización de prácticas contrarias a la vida, pero la esperanza de futuro es poder corregir incluso ‘in útero’ muchas de las patologías de las que ahora conocemos su base genética a través del genoma completo.

Al margen de las aplicaciones médicas, están los estudios de comparación de los genomas para desvelar las relaciones evolutivas entre diferentes especies, de enorme interés en Biología. Dado que la evolución consiste en la acumulación de cambios en la información genética a lo largo de las generaciones, es evidente que, a mayor tiempo transcurrido desde la separación de dos especies a partir de un ancestro común, mayores serán las diferencias que por mutación se van acumulando en el ADN que conservan en común desde su separación. De este modo, la “genómica comparada” se ha convertido en un campo de un gran atractivo para los biólogos evolutivos que está arrojando mucha luz sobre nuestra propia evolución, incluidas las relaciones con los desaparecidos neandertales y las especies de homínidos más próximas al Homo sapiens. Pero de esto hablaremos en un próximo artículo.