El genoma como industria

Claudio Gutiérrez

La construcción de la célula

Podemos considerar a los genes como planos de construcción o –si se prefiere– diminutos complicados algoritmos para producir los materiales de que están hechos los seres vivos. Esos planos se expresan⁽¹⁾ en la forma de cortos mensajes transcritos materialmente a ARN (el ARN mensajero), cuya función es transportar el plano o algoritmo a la "planta industrial" que fabricará de conformidad con esas instrucciones las respectivas proteínas (una por cada mensaje distinto). Estas "fábricas de proteína" reciben el nombre de ribosomas^(a) y están construidas ellas mismas con ladrillos de ARN y algunas proteínas. El ribosoma se pega al mensaje y va avanzando a lo largo suyo, interpretando cada codón como una instrucción para "pescar", en el mar del citosol, alguna de las piezas de los veinte distintos tipos que constituyen las proteínas y que se conocen con el nombre genérico de aminoácidos. La instrucción de acarrear hasta el ribosoma el respectivo aminoácido es ejecutada por otra pequeña máquina hecha de ARN llamado ARN de transferencia. El ribosoma va ensamblando los aminoácidos en el orden en que los presenta el ARN mensajero y, conforme avanza a lo largo del mensaje, codón por codón⁽²⁾, va produciéndose la proteína. La señal de haber concluido el trabajo la da el mensaje mismo, gracias al signo de puntuación con que termina cada gen. Cuando la proteína está concluida, se desprende del ribosoma y se dobla sobre sí misma para tomar la compleja forma tridimensional que fundamenta su poder tanto cuando trabaja como herramienta o cuando actúa como simple ladrillo de construcción. Esta forma le es esencial, pues todas sus acciones dependen de manera crucial de la posición recíproca de partes en el espacio en relación con las otras sustancias con las que tiene que asociarse, transitoria o permanentemente. Como lo describe de manera pintoresca Michel Morange, las formas que adquieren las proteínas, parecen obra de demonios microscópicos que sabemos no existen; "o más exactamente, esos demonios sí existen: llevan por nombre ... cinética y termodinámica químicas". (MORANGE 98)

De un modo general, podemos clasificar las acciones de las proteínas en dos grandes funciones:

• estructural, para integrar membranas y otros micro-órganos de la célula; y
• enzimática, para catalizar⁽³⁾ las reacciones químicas en el funcionamiento del organismo.

Dentro de la función enzimática destaca por su importancia la colaboración que prestan algunas proteínas a la expresión y replicación de los genes. Siendo ellas mismas expresión de genes llamados reguladores, se adosan a secuencias de ADN particulares y ahí influyen en su transcripción.

En general, las enzimas, y por lo tanto las proteínas en cuanto actúen como tales, pueden ser concebidas como las herramientas de que se sirven los seres vivientes para realizar sus procesos.

No todas las proteínas son producidas por un único gen: algunas requieren la participación de varios genes. Tampoco todos los genes dan origen a proteínas: algunos se transcriben en ARN que se pone directamente a trabajar en funciones especiales, como ser parte de un ribosoma, servir de agente transferente de aminoácidos durante la creación de una proteína, o alguna otra función necesaria en el citosol. Y lo que es todavía más interesante, no todas las reacciones son catalizadas por proteínas: algunas lo son por ARN, lo que hace pensar que de la trinidad creadora ADN-ARN-proteínas la "segunda persona" (el ARN) fue la única que existió en el comienzo. La propiedad del ARN de actuar como catalizador de reacciones lo hace candidato ideal para ser reconocido como sustancia originadora de los procesos de replicación que identificamos con la vida. Aunque su función principal consiste hoy en servir de nexo entre el ADN y las proteínas, en el lejano ayer habría sido el originador de ambas sustancias. Los investigadores postulan que en el comienzo, hará unos cuatro mil millones de años, muy poco después del nacimiento mismo del planeta, habría existido un mundo de ARN^(b), en el que los primeros seres vivos habrían existido como simples cadenas de ARN, y se habrían replicado sin necesidad de ADN o de proteínas, por medio de reacciones químicas autocatalizadas. Pero el ARN es una sustancia inestable que se descompone al cabo de unas horas. Superando esa limitación, una cadena de ARN habría inventado, por el método de ensayo y error característico de la naturaleza, una versión de sí misma mucho más fuerte, el ADN, como sistema de conservar el acervo hereditario de manera estable y segura. Pronto después debió inventarse el ribosoma, máquina hecha de ARN, que comenzaría a producir proteínas, las cuales resultarían materiales extraordinariamente útiles para construir estructuras coadyuvantes a la vida así como herramientas especializadas para mejorar sus procesos. Al principio sus aplicaciones serían muy simples, como dotar de un envase al ARN que contribuye a la reproducción de ciertos virus, o acelerar una que otra reacción química. Pero progresivamente las proteínas se integrarían en procesos y estructuras cada vez más complicadas y útiles, convirtiéndose en la carne, sangre y energía de todo fenotipo. El mundo de los seres vivientes que conocemos hoy habríase inaugurado.

Centrales de energía celular

Debemos consignar aquí, para tener un cuadro suficientemente completo de las funciones industriales del genoma, que no todos los genes se encuentran en los cromosomas nucleares. Además de en los cromosomas que alberga el núcleo de la célula, existe ADN en cuerpos auxiliares, entre ellos los llamados mitocondrias^(c), localizados en el citosol. Estas mitocondrias son pequeñísimos generadores que producen la energía que necesita la célula para funcionar. Se considera que las mitocondrias se derivan de una bacteria muy antigua que infectó organismos unicelulares antecesores de los animales, plantas y hongos. Estas bacterias invasoras traían consigo mecanismos para producir energía por medio de la oxidación de carbohidratos que deja residuos de dióxido de carbono y agua. Algunas de las células invadidas fallaron en digerir a estos invasores, venturosamente para ellas, que comenzaron a multiplicarse mejor que sus congéneres menos afortunadas, y con ello multiplicaron también sus recién adquiridas centrales de energía. Tenemos aquí un caso de "contrato feudal" a nivel celular: la célula anfitriona ofrece protección a la invasora (el citosol, protegido por una membrana) mientras que la huésped trabaja para su "señor", al igual que los campesinos amparados por un castillo medieval europeo. Tal "contrato" fue en parte responsable del explosivo desarrollo evolutivo de esos tres reinos⁽⁴⁾. El ADN de las mitocondrias, por existir fuera del núcleo, se transmite sexualmente en el anfitrión únicamente por línea materna, por mediación del citosol del óvulo. Pero como unidades autónomas que fueran y que continúan siéndolo para este efecto, cada una de las mitocondrias realiza también su propia reproducción independiente, replicándose periódicamente dentro de su ambiente protegido. Cuando su anfitrión a su vez se divide, al estrangularse la célula madre para formar dos células hijas, la respectiva población de mitocondrias se reparte equitativamente, quedando aporcionada en el citosol de las dos nuevas células del anfitrión.

Podemos resumir el aspecto "industrial" del genoma, diciendo que sus tres personajes (ADN, ARN y proteínas) son todos importantes y actúan en estrecha colaboración. El ADN produce el ARN y éste construye las proteínas. Pero es importante notar que esta obra no se limita, ni mucho menos, al momento de la generación de cada nuevo ser. En cambio, estos procesos genéticos interactivos duran en cada célula todo lo que dura su vida. En efecto, la transcripción de los genes en ARN y por ende en proteínas (en otras palabras, su expresión) no ocurre solamente en el momento de la aparición de un nuevo ser vivo. Debe ocurrir en todo momento en que la realización de un proceso requiera la participación de una nueva proteína, puesto que la única manera de crearla es mediante la expresión del respectivo gen. Así, la expresión de los genes constituye un fenómeno permanente durante toda la vida de la célula.

Vida e industria

Antes de abandonar el tema de los aspectos industriales del genoma quisiera contribuir a despejar una concepción errónea sobre las cosas biológicas. A algunas personas he oído decir que el hombre es más sabio que la naturaleza porque inventó la rueda y con ello, a la larga, dio origen a la Revolución Industrial. Aparte de que la industria misma fue ya inventada por la naturaleza, como acabamos de explicar, es claro que la rueda fue también inventada por ella, no una sino muchas veces. Uno de los ejemplos es el cromosoma circular de las bacterias; otros ejemplos están constituidos por los flagelos de ciertas bacterias que giran aceleradamente sobre su propio eje, produciendo un impulso semejante al de las hélices de los barcos o de los antiguos aviones. Pero el caso más espectacular –a mi juicio– de uso industrial de la rueda se da en relación con el fago lambda, un virus cuya replicación ocurre con la técnica del llamado círculo rodante. Aquí, el cromosoma circular que contiene el ADN del fago gira sobre sí mismo^(d) a la manera de las antiguas rotativas de los periódicos dando origen a una línea de producción en masa de copias de sí mismo, probablemente mucho más eficiente que las de las mejores fábricas construidas por los hombres.