Genética y ADN. La lucha por explicarlos en un solo post … y no morir en el intento.

Los 23 pares de cromosomas del núcleo de nuestras células

Tu cuerpo, como el del resto de seres vivientes, está formado por tejidos. El bloque básico o unidad mínima que constituye esos tejidos es la célula. Esas células poseen un núcleo. Dentro de ese núcleo se alojan unas estructuras a las que se denomina cromosomas y son éstos los que cargan con toda tu información genética.

Cada una de tus células posee un set completo de cromosomas. Ese set consiste en 46 cromosomas apareados. En cada núcleo de tus células hay un "ballroom" donde 23 versiones de tu papá y tu mamá bailan el tango de tu individualidad. 46 bailarines, distintos unos de otros, unos más grandes que otros, todos con forma de X, con una excepción si eres hombre: en la pareja 23 uno de ellos es como una Y.  En cada una de esas parejas, un bailarín viene de tu mamá y el otro de tu papá. Con su danza producen aminoácidos, y estos a su vez proteínas en una secuencia muy particular para ti y que determina mucho sobre ti, desde tu color de ojos hasta tu propensión a la diabetes.

Tu cuerpo crece y/o se renueva porque sus células se reproducen. En un proceso llamado mitosis una célula se reproduce haciendo una copia de sí misma, y ese “copy and paste” incluye por supuesto a los cromosomas. Eres la misma persona en cada parte de ti (vaya frase).

Pero también tus células son material básico para que te reproduzcas como entidad biológica. En tus gónadas algunas células se dividen, utilizando ya no el proceso de mitosis sino otro conocido como meiosis, a través del cual se obtiene un tipo especial de ellas con sólo la mitad de los cromosomas. Se interrumpe el baile, se separa cada una de las 23 parejas y se les manda a bailar “La Macarena” (quiero decir un baile individual) en salones separados. Esas células se llaman gametos y pasan a constituir cada óvulo y cada espermatozoide. Pero además de eso, sucede durante la meiosis algo interesante: antes que las parejas se separen, cada bailarín intercambia partes de su cuerpo con su pareja. Así los gametos que producirán a tus hijos, llevan a tu papá y tu mamá bien barajados como naipes. Si tus dos progenitores se mezclan en tus gametos, imagínate cómo se remezclan tus 4 abuelos, tus 8 bisabuelos, tus 16 tatarabuelos, etc, etc. Y como cada meiosis es un proceso aleatorio, ninguno de tus óvulos (que produces 1 al mes) o de tus espermatozoides (12,000,000,000 al mes), es igual a otro.  Cada uno de ellos (óvulo o esperma) contiene 23 cromosomas, o 23 bailarines en busca de pareja. Todos los cromosomas se barajean en la meiosis, salvo uno: el cromosoma “Y”, que en realidad se copia idénticamente de padre a hijo varón.

Cuando un afortunadísimo espermatozoide (que ya lleva escrito si dará origen a varón o hembra) logra tener entrada exclusiva a un óvulo, entonces sus 23 cromosomas se combinan con los 23 de éste para formar de nuevo parejas e iniciar el tango de una nueva vida. Un nuevo ser que será muy parecido a sus padres pero que también será único y distinto a cualquier otro ser en el universo.

Pero ¿qué son en realidad estos cromosomas? ¿de qué están hechos?

Cada cromosoma está compuesto principalmente por una larguísima molécula en forma de doble hélice. Esa molécula es más bien como una escalera que se retuerce sobre sí misma. Es la famosa molécula de ADN o Acido Desoxirribonucleico que tanto ha penetrado nuestra cultura popular. Cada peldaño de esa escalera está formado por la unión de dos subestructuras conocidas como nucleótidos. Hay sólo cuatro tipos de nucleótidos: Adenina, Guanina, Timina y Citosina, pero para facilitarse más la vida se les denomina sólo por sus iniciales A, G, T y C. Cada tramo de la escalera se compone de la combinación de dos de esas moléculas: A va siempre con T y G con C.

De modo que la molécula de ADN contiene nuestro código genético expresado como una combinación de cuatro letras, así: …AAAGCTCGGCTCGTTGACACCGTAATGGGTTCGATGCATCAGTCGAC…

El caso se comienza a complicar cuando consideramos la longitud total del código. Los 46 cromosomas contienen cerca de 3,300,000,000 peldaños o letras (bases) en secuencia. A ese total de información codificada se le denomina genoma. Si quieres escribir el genoma humano en libros impresos, ahí tienes letras suficientes para llenar 1,500 volúmenes de 1,000 páginas cada uno. Pero te cabe también en un DVD de datos.

Existe ADN también en una estructura fuera del núcleo, conocida como mitocondria, que complementa el genoma y que se copia intacto de madre a hijo. Es decir, tienes en tu mitocondria el mismo código de tu mamá, tu abuela, tu bisabuela, tatarabuela, etc., independientemente de si eres hombre o mujer (todos tenemos mitocondrias).

No toda la molécula de ADN en nuestros cromosomas da cuenta de nuestra información genética. Lo que se encarga de ello son más bien ciertos tramos o secuencias específicas distribuidas aquí y allá por todo el genoma. A esos tramos de secuencia codificada es a lo que se conoce como genes. En todo el genoma cromosómico humano tenemos más de 32 mil genes. Ellos definen nuestro color de piel, nuestra estatura, nuestro carácter y toda otra característica innata.

Resulta curioso que los genes humanos ocupan sólo el 2% del genoma humano. Por ello, al resto de ADN que no codifica genes se le dio en llamar inicialmente “ADN basura” (junk DNA), pues erróneamente se pensó que era ADN sin ninguna función. Ahora se sabe que algunas zonas del ADN no codificante sirven como switches que activan o desactivan uno o más genes específicos o controlan funciones importantes de la molécula de ADN misma.

Para que los procesos reproductivos (mitosis y meiosis) se verifiquen con éxito, es necesario que la molécula de ADN también se reproduzca. Y para eso es muy buena, para hacer copias de sí misma. Con la ayuda de unas enzimas (helicasa y polimerasa), cada peldaño (base) de la escalera se rompe y la molécula de ADN se abre partiéndose en dos, como una cremallera o zipper. Entonces la polimerasa encuentra los respectivos nucleótidos para los peldaños sueltos de cada semiescalera, logrando producir una réplica perfecta.

Todos hemos oído decir que el ADN es como nuestras huellas digitales, es único para cada individuo (salvo en el caso de gemelos homocigóticos), pero vale la pena hacer la aclaración que todos los seres humanos compartimos un 99.5% del genoma, la diferencia entre individuos se encuentra en el 0.5% restante. Para ubicarse mejor es útil saber que compartimos el 98% con el chimpancé (nuestro más cercano pariente no humano) y un 60% con una banana (un pariente un poco más lejano), lo que no debe mover a extrañeza pues el ADN es un denominador común de todos los seres vivientes. Ese 0.5% de más de 3 mil millones de bases nucleótidas que el ADN contiene, es suficiente para diferenciar e identificar a los 7 mil millones de seres humanos (y muchísimo más). De ese modo en los laboratorios forenses es posible determinar si la sangre o tejido encontrados en el sitio de un crimen corresponden a los del acusado.

Una útil aplicación que en medicina preventiva tienen los tests de ADN, es en la determinación de nuestra propensión a desarrollar ciertas enfermedades, puesto que los genes específicos que nos hacen propender a ellas están identificados.

Sabemos también que el ADN es la traza codificada de nuestra ascendencia. A través de un test genealógico de ADN se puede determinar, en caso de duda, la paternidad o parentesco de un individuo sobre otro. O yendo más profundo en nuestra ascendencia, algunas compañías se dedican a -por un poco más de $100- saciar nuestra curiosidad, encontrando qué tanto de origen europeo, africano, asiático o americano tenemos. Te determinan también la ruta geográfica que tus ancestros siguieron por el mundo desde nuestro origen común en Africa, ya sea utilizando tu línea paterna a través del cromosoma Y, o por línea materna a través del ADN mitocondrial. Me imagino que en América Latina es común encontrar cromosoma Y que llegó por barco desde la península ibérica y ADN mitocondrial que llegó a pié desde Asia atravesando el estrecho de Bering, pero estoy solo conjeturando.

Rutas migratorias del cromosoma Y (en azul) y del ADN mitocondrial (en naranja)

Esos estudios genealógicos basados en cromosoma Y y ADN mitocondrial aprovechan un interesante fenómeno: ambos códigos de ADN se transmiten intactos por línea paterna y materna respectivamente, pero de vez en cuando sucede una mutación en una persona, la cual es transmitida a su descendencia. Esto ha creado “marcas” de variación en el cromosoma Y y el ADN mitocondrial que se han rastreado y relacionado con las etnias y regiones geográficas  donde ocurrieron. Nuestra profunda ascendencia es determinada de acuerdo a cuáles de esas marcas poseemos.

Típico perfil de ADN

¿Cómo se realiza este tipo de exámenes de los que he hablado arriba? Pues no necesitan trabajar con todo el genoma, sólo aislar los genes y secuencias que interesan, y reproducirlos con polimerasa y nucleótidos sueltos. En esas secuencias lo que hacen es identificar ciertos “tandems” de letras, como decir “CCAT” y contar las veces que se repite en toda la secuencia aislada. Así obtienen un perfil de ADN que puede ser ya comparado con otros.

Para finalizar quiero llamar la atención sobre un particular: los test de ADN descritos arriba no son lo mismo que el secuenciado del genoma. Aquellos son relativamente sencillos y baratos, en tanto que el Proyecto del Genoma Humano fue un megaesfuerzo que costó 13 años y 300 millones de dólares en completarse, en 2003. Debido a la mejora y abaratamiento de la potencia computacional y otras técnicas, hoy por hoy, secuenciar un genoma humano cuesta unos $10,000 y ese precio sigue cayendo geométricamente (cae a la mitad cada 9 meses).

Pero este tema del genoma humano, como el genoma del chimpancé, el genoma del hombre de Neanderthal y otros, merecen sus propios artículos.