BIOLOGIA
MOLECULAR Y MEDICINA
BIOLOGIA MOLECULAR Y
MEDICINA A FINES DEL SIGLO XX
ALBERTO R. KORNBLIHTT
Laboratorio de
Fisiología y Biología Molecular, Departamento de Ciencias
Biológicas, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad
de Buenos Aires
Key words: molecular biology, medicine, transgenic mice,
knock out mice, clonation
Resumen
Este
trabajo revisa conceptos básicos de la biología molecular moderna
con la premisa de que su influencia en la medicina de nuestros días
es tan grande que ya no puede ser un saber limitado a unos pocos
expertos. Se analiza la estructura y organización de los genes
humanos, su naturaleza partida en exones e intrones y el flujo de
información genética desde el DNA a la proteína. Se describe el
papel del control de la transcripción en la regulación de la
expresión genética y la diferenciación celular, presentando
ejemplos de experimentos que definen la importancia de los genes
«maestros». Se describen los conceptos básicos de la ingeniería
genética, la generación de animales transgénicos y knock out y
las aplicaciones de la biología molecular al diagnóstico médico y
a la determinación de identidad y lazos biológicos. Finalmente se
discuten las posibilidades de la terapia génica y las realidades y
fantasías de eventuales transgénesis o clonado por transplante
nuclear en humanos.
Abstract
Molecular
biology and medicine at the end of the XXth century. This paper
reviews basic concepts of modern molecular biology with the premise
that its influence in today’s medicine is so important that its
knowledge cannot remain limited to a few experts. I first analyze
the overall structure and organization of human genes, their split
nature and the flow of genetic information from DNA to protein. The
role of transcriptional control in the regulation of gene expression
and cell differentiation is described by introducing experimental
examples that define the importance of «master» genes. Basic
concepts of genetic engineering, the generation of transgenic and
knock out animals and the uses of molecular biology in clinical
diagnosis, paternity tests and forensic medicine are presented.
Finally, I discuss the possibilities of gene therapy and the
fantasies and realities of transgenesis and cloning by nuclear
transplant in humans.
Dirección postal: Dr. Alberto R. Kornblihtt, Departamento
de Ciencias Biológicas, Ciudad Universitaria, Pabellón II, 1428
Buenos Aires, Argentina
Fax: (54-11) 4576-3321 E-mail: ark@bg.fcen.uba.ar
El propósito de este trabajo es revisar conceptos fundamentales
de la biología molecular moderna con la premisa de que su
influencia en la medicina de nuestros días es tan grande que ya no
puede ser un saber limitado a unos pocos expertos. La descripción
de los avances, posibilidades presentes y futuras de la biología
molecular no estará exenta de una visión personal sobre algunos
aspectos éticos o sociales. Quizás valga la pena advertir al
lector que el autor de este trabajo no es médico y que investiga en
aspectos básicos de la biología molecular. Esta es una disciplina
científica consolidada que intenta comprender los íntimos
mecanismos del flujo de información genética, tanto en contextos
fisiológicos como patológicos. Por lo tanto, nuestra primera
afirmación será que la biología molecular no puede ser reducida a
un simple manual de técnicas sofisticadas utilizables para resolver
diversos problemas: hacer uso de dichas técnicas no es sinónimo de
hacer biología molecular, en tanto no se busque descifrar nuevos
mecanismos del funcionamiento de las células.
En el principio, los genes
Si bien la biología molecular nació y creció saluda-blemente
procariótica, es decir, estudiando bacterias, en las dos últimas
décadas ha sido posible sumergirse de lleno en el mundo molecular
eucariótico, en particular de las células animales y entre ellas
las humanas. Ya conocemos la secuencia completa del genoma de un
animal, el gusano nematodo Caenorhabditis elegans y en pocos años
conoceremos la secuencia completa del genoma humano. Todo el DNA de
este último está formado por genes y secuencias intergénicas.
Estas últimas representan la mayor parte del genoma, mientras que
los genes son sólo un 10% del mismo. Se estima que el genoma humano
tiene unos 80.000 genes. Los mismos codifican para distintos tipos
de RNAs. Sólo los RNAs mensajeros (mRNAs) codifican a su vez para
proteínas. Los RNAs ribosomales, de transferencia, nucleares
pequeños, 7S y las ribozimas son productos de sus respectivos genes
y, sin embargo, nunca son traducidos por los ribosomas a proteínas,
sino que cumplen funciones específicas en la célula directamente
como moléculas de RNA. Los genes no se encuentran yuxtapuestos a lo
largo de los cromosomas, sino más bien esparcidos y separados a
grandes distancias por secuencias de DNA intergénicas. No existen
hitos químicos o físicos que marquen el comienzo o el final de un
gen. Tanto las regiones intergénicas como los genes son
químicamente lo mismo: DNA. La diferencia entre lo que es gen y lo
que no es gen radica en la información genética, y ésta está
determinada por la secuencia u ordenamiento de las bases en el DNA.
Es decir, una dada secuencia indicará que, allí donde ella esté y
no en otra parte, comienza un gen.
Los genes que codifican para mRNAs y, por ende, para proteínas, son
transcriptos por una de las tres enzimas que fabrican RNA en la
célula eucariota, la RNA polimerasa II. Cada uno de estos genes
(Fig. 1) tiene regiones que estarán representadas en el mensajero
maduro intercaladas por otras cuyas secuencias no estarán presentes
en el mismo. Las primeras regiones se llaman exones, en tanto que
las segundas son los intrones. La RNA polimerasa II fabrica un RNA
precursor, llamado transcripto primario o pre-mRNA, que lleva
información de exones e intrones. Dentro del núcleo y de manera
simultánea y acoplada a la transcripción del gen, el pre-mRNA
sufre tres modificaciones químicas fundamentales. En su extremo
proximal sufre la adición de un nucleótido metilado llamado
«cap». En el extremo opuesto una enzima lo cliva del resto del RNA
transcripto y le agrega una serie de nucleótidos de adenina que
formarán la cola de poliA. Un complejo de ribonucleo-proteico
llamado «spliceosoma», ayudado por proteínas auxiliares
específicas, cataliza la eliminación de los intrones y la unión
de los exones entre sí, en el mismo orden correlativo en que se
encontraban en el gen. Finalmente, el mRNA maduro, con «cap», sin
intrones y con cola de poli-A abandona el núcleo y es traducido por
los ribosomas que fabrican la cadena polipeptídica. Secuencias de
bases específicas indican a la pol II dónde comenzar a
transcribir, así como a las enzimas y factores proteicos encargados
de la adición de «cap», del splicing y del clivaje y
poliadenilación, en qué sitios del pre-mRNA realizar su trabajo.
El conocimiento preciso del papel de estas señales secuenciales es
impor-tantísimo ya que mutaciones que afecten a las mismas pueden
tener consecuencias negativas en la expresión del gen y ser causas
de patologías. Como ejemplo, baste decir que cerca del 20% de las
mutaciones que causan enfermedades hereditarias en el hombre son
alteraciones de las secuencias que controlan el «splicing».
Regulación de la expresión genética
Uno de los problemas centrales de la biología es el de la
diferenciación celular. Dado que todas las células de un organismo
pluricelular tienen el mismo DNA, o sea, la misma información
genética, ¿qué es lo que hace que un hígado sea hígado; un
cerebro, cerebro o un riñón, riñón?
Si bien este problema no ha sido resuelto completamente, se sabe que
es consecuencia de la regulación de la expresión genética, campo
en el que se han realizado avances importantísimos, particularmente
en los últimos 20 años.
No todas las secuencias de DNA contenidas dentro de un núcleo son
informativas; y no todas aquellas que son informativas, los genes,
se expresan (transcriben y traducen) al mismo tiempo y en el mismo
lugar. En una célula de hígado, por ejemplo, sólo se expresa un
subconjunto del conjunto de todos los genes. Dicho subconjunto es
distinto de aquel que se expresa en una neurona. Ambos a su vez son
distintos del subconjunto que se expresa en riñón. Por supuesto,
habrá genes que pertenecen a los tres subconjuntos, como el de la
actina, proteína citoplasmática presente en todas las células
eucariotas. Pero también existen genes cuya expresión está
restringida a un solo tejido, como por ejemplo el de la albúmina en
hígado.
Uno de los puntos claves de la regulación de la expresión de los
genes es el control de la transcripción. Dicho control no sólo se
ocupa de «encender» o «apagar» genes (efecto del todo o nada)
sino también de regular la velocidad de transcripción de los genes
«encendidos». Cada gen se encuentra adosado a una región del DNA,
llamada promotor, a la que se unen la enzima y otras proteínas
encargadas de la transcripción. La región promotora viene
precedida por una región regulatoria, donde se encuentran
secuencias determinadas, llamadas «enhancers», a las cuales se une
un tipo de proteínas denominadas factores de transcripción (Fig.
1).
La interacción física entre cada enhancer y su factor de
transcripción provoca cambios en la velocidad de transcripción, lo
cual redunda en determinar la cantidad fabricada de RNA mensajero y
de la proteína correspondiente. La naturaleza de las interacciones
que se establecen entre DNA y proteínas son débiles, reversibles,
pero altamente específicas. Esto quiere decir que el factor de
transcripción se asocia a la secuencia de bases de su enhancer (no
a otra) y, así como se asocia, también se disocia. Debilidad,
reversibilidad y especificidad de unión son características
primordiales de las interacciones entre moléculas para producir
efectos biológicos. Una complicada red de interacciones entre
macromoléculas, principalmente del tipo DNA-proteína y
proteína-proteína, es la que enciende diferen-cialmente los genes
en los distintos tipos celulares. Algunos factores de transcripción
son el producto de genes «maestros» que controlan la expresión de
un grupo de genes supeditados. Por ejemplo, el gen myoD codifica
para el factor de transcripción MyoD, una proteína nuclear que es
capaz de activar a un conjunto definido de genes que, al expresarse,
hacen que una célula se diferencie a fibra muscular estriada. Otro
gen, maestro, pax6 o eyeless controla desarrollo de los ojos en los
animales gracias a que codifica para un factor de transcripción que
«despierta» a un conjunto definido de genes que al expresarse,
desencadenan la diferenciación del ojo en el embrión. Pruebas del
papel fundamental de los genes maestros provienen de experimentos en
los cuales se los obliga a expresarse ectópicamente. Por ejemplo,
si se obliga a expresar la proteína MyoD en una célula que
normalmente no la expresa, dicha célula se diferencia a célula
muscular estriada. Análogamente si se generan insectos
transgénicos (ver más abajo) que expresen el producto del gen
eyeless en tejidos del embrión distintos de la cabeza, los adultos
desarrollan ojos ectópicos (en las alas, las patas o las antenas!).
Pruebas adicionales son aportadas por experimentos que anulan la
función del gen maestro. Si se generan ratones donde se ha anulado
la expresión de la proteína MyoD por completo en todas las
células del embrión, éste llega a término, pero muere al nacer
mostrando un fenotipo marcado por la ausencia total de músculo
estriado esquelético (cardíaco y liso se forman normalmente). La
ausencia de diafragma y la consiguiente imposibilidad de respirar
son la causa de la muerte perinatal.
Ingeniería genética
El conocimiento de los mecanismos íntimos de la expresión
genética y la diferenciación celular se ha incrementado
espectacularmente en las dos últimas décadas gracias al
advenimiento de la tecnología del DNA recombinante, conocida
también como ingeniería genética. Este conjunto de metodologías
no es un mero compendio de recetas técnicas sino una nueva manera
de pensar y resolver problemas biológicos de un modo más directo.
Por otra parte sus aplicaciones en el terreno de la salud, la
agricultura y la industria son tan importantes que han rejuvenecido
y revolucionado las antiguas prácticas biotecnológicas.
A principio de los 70 se inventaron las técnicas para clonar, es
decir aislar y purificar, genes. Se trata del clonado molecular, que
no debe ser confundido con el clonado de individuos. El clonado
molecular implica llegar a tener un gen particular puro. Ya se han
clonado decenas de miles de genes humanos y de otros organismos. De
la mayor parte de ellos se conoce con precisión la secuencia
nucleotídica y la especificidad tisular y temporal de su
expresión. Excede el propósito de este trabajo describir en
detalle cómo se clona un gen. Baste mencionar que si bien es un
proceso complicado, se realiza rutinariamente en los laboratorios de
investigación, incluso en muchos de nuestro país. Para clonar
genes se utilizan herramientas de la bioquímica y de la
microbiología.
La obtención de genes clonados permite elaborar estrategias
experimentales para introducirlos en células que no son
necesariamente las del tipo del cual se los extrajo. Es posible, en
consecuencia, «saltar» la barrera evolutiva e introducir un gen de
una especie en otra. Por ejemplo, la introducción de ciertos genes
humanos en bacterias tiene interés biomédico. Puede expresarse en
E. coli, el gen de la insulina humana y así producir la hormona en
gran escala en fermentadores industriales. Lo propio se ha hecho
para producir interferón humano.
Los genes clonados también pueden ser introducidos en levaduras.
Estas son hongos unicelulares, cultivables en fermentadores en gran
escala al igual que las bacterias, pero que por ser eucariotas
presentan la ventaja de provocar en las proteínas fabricadas las
mismas modificaciones que realizan las células de mamíferos. Se
han usado levaduras modificadas por ingeniería genética para
producir vacuna contra la hepatitis B, por ejemplo.
Las células animales pueden ser cultivadas en el laboratorio.
Existen decenas de cultivos celulares humanos y centenares de otras
especies. La introducción de un gen foráneo en un cultivo celular
modifica su información y el cultivo así transformado puede ser
aprovechado para fabricar la proteína recombinante. La
eritropo-yetina recombinante humana, fármaco que estimula la
generación de glóbulos rojos por la médula ósea, es fabricada en
nuestro país mediante esta tecnología. Células de mamíferos
transformadas por ingeniería genética también han sido utilizadas
para producir EGF, factor de crecimiento epidérmico, para el
tratamiento de quemaduras graves. También se fabrican así hormona
de crecimiento humana o factores de coagulación para el tratamiento
de la hemofilia.
Animales transgénicos
Quizás los experimentos más espectaculares de ingeniería
genética sean los que permiten modificar la información de un
organismo pluricelular entero. En efecto, si un gen clonado es
introducido en el núcleo de un óvulo de ratón fecundado mediante
microinyección con pipetas capilares, las moléculas del gen
foráneo se insertan al azar en uno o más sitios de los cromosomas
del cigoto. Al reimplantarlo en el útero de una madre adoptiva, el
cigoto continúa su desarrollo embrionario hasta el nacimiento. El
ratón derivado de tal cigoto es denominado transgénico y posee una
o más copias del gen foráneo, o transgén, en todas sus células.
El transgén es transmitido a la descendencia de los ratones
trans-génicos de manera estable y siguiendo las leyes de la
herencia.
Dependiendo del diseño experimental, el transgén se expresará en
todos o en alguno de los tejidos del ratón transgénico. De esta
manera se ha cambiado la información original y el programa de
expresión en el animal entero.
Los ratones transgénicos son excelentes «tubos de ensayo» para
estudios básicos sobre diferenciación celular, cáncer e
inmunología. Según la naturaleza del transgén, pueden obtenerse
cambios fenotípicos considerables, tal como ocurrió con los
ratones transgénicos para el gen de la hormona de crecimiento, los
cuales crecieron más rápidamente y hasta un tamaño del doble que
los ratones normales. El ratón no es el único modelo experimental
para la transgénesis. Ya se han producido peces, conejos, cabras,
ovejas, cerdos y vacas transgénicas. En el caso de estos animales
más grandes, la idea no es usarlos como «tubos de ensayo», sino
transformar sus genomas en beneficio del hombre, de manera tal, por
ejemplo, de producir proteínas recom-binantes humanas de uso
terapéutico, en sangre, carne o leche y luego purificarlas. Es lo
que se ha dado en llamar genetic farming, o crianza de animales que
funcionen como «fábricas» de proteínas humanas. El activador
tisular de plasminógeno humano (hTPA), una enzima usada en la
disolución de trombos causantes de accidentes cardiovasculares, es
actualmente producido en la leche de cabras transgénicas generadas
a tal efecto.
Así como pueden obtenerse animales transgénicos, también se
generan plantas transgénicas. En ellas se introducen genes que
causen resistencia a herbicidas o a plagas, por ejemplo, o que
mejoren las características de frutos y semillas.
Transgénesis en humanos y terapia génica
Ante la multiplicidad de experimentos de transgénesis, surge
evidentemente la siguiente pregunta: ¿es posible generar humanos
transgénicos? Ni teórica ni concep-tualmente existen restricciones
para el experimento. Quizás haya algunas dificultades
metodológicas que no son insalvables. Las objeciones tienen más
que ver con la ética o con la posible utilidad de tal tipo de
experimento. Si la idea es una terapia génica in ovo, es decir
introducir un gen sano en el cigoto, para revertir los efectos
nocivos de una mutación causante de una enfermedad hereditaria, la
respuesta, por ahora, es que no tiene sentido. En primer lugar,
porque la inserción de un transgén en los cromosomas del cigoto es
un fenómeno incontrolable y azaroso. No puede predecirse cuántas
copias se van a insertar, ni en qué sitios. Además, para tener
éxito, deberían microinyectarse numerosos óvulos fecundados
humanos, de los cuales sólo un pequeño porcentaje sobreviviría y
daría embriones. Esto es, la propia metodología llevaría a
desechar o malograr embriones. Por otra parte, cualquiera sea la
naturaleza del defecto hereditario (dominante o recesivo) que se
pretende corregir, los padres portadores de genes defectuosos
naturalmente generarán embriones sanos y enfermos en distintas
proporciones. Por consiguiente, si el intento de transgénesis ya
implica manipulación y descarte de embriones humanos, parece mucho
más razonable destinar esfuerzos a identificar mediante
diagnóstico por biología molecular los embriones naturalmente
sanos y reimplantar sólo éstos. Este tipo de diagnóstico no es
fantasía. Ya se lo ha practicado retirando sólo dos o tres
células de un embrión de diez, sin alterar el normal desarrollo de
las restantes. Estos hechos, sumados a los riesgos que implica el
desconocimiento de los íntimos mecanismos de regulación de la
expresión genética, sumados al problema ético de modificar adrede
la información genética humana descalifican, a mi juicio, la
transgénesis en humanos.
No obstante, la terapia génica de adultos se ha revelado como una
metodología extremadamente promisoria para curar enfermedades
hereditarias. La misma consiste en introducir el gen normal clonado
en un grupo numéricamente importante de células de un órgano del
paciente. Los problemas estratégicos de la terapia génica están
relacionados con la elección del órgano «blanco», y la vía de
introducción del gen foráneo de manera tal de llegar al mayor
número posible de células. Experimentos piloto realizados en los
EE.UU., han logrado curar enfermedades tales como la
inmunodeficiencia causada por deficiencia en adenosina deaminasa y,
más recientemente, un tipo de hipercolesterolemia familiar, una
enfermedad que provoca infartos y otros problemas cardiovasculares
en edades muy tempranas. El órgano blanco ideal es probablemente la
médula ósea, aunque ha habido éxito con hígado, linfocitos
circulantes y epitelio pulmonar. La terapia génica no corrige el
defecto en todas las células del paciente, sino sólo en algunas.
La curación ocurre porque dichas células comienzan a fabricar la
proteína sana, supliendo a la ausente o adicionándose a la
defectuosa. El efecto curativo no es transmitido a la descendencia
ya que las células germinales no han recibido el gen sano. Si bien
existen grandes expectativas sobre el éxito de las terapias
genéticas, por el momento se encuentran en etapa de
experimentación clínica. Pese a que el éxito mayor ha sido
obtenido con las enfermedades hereditarias, la mayor parte de los
protocolos aprobados están relacionados con terapias genéticas del
cáncer, terreno en el cual los resultados no parecen ser tan
promisorios.
Knock-out de genes
Hemos visto hasta aquí diversos ejemplos y usos de la
introducción de genes clonados en células y organismos. Podríamos
caracterizarlos como experimentos de adición. Se agrega un gen y,
una proteína y/o una función a las ya existentes. Pero, ¿qué
sucede si uno anula o elimina un gen en particular dentro de una
célula? Pues en primer lugar puede determinar si ese gen era
esencial o no. Si la célula muere, la anulación del gen es letal.
Ergo, dicho gen es esencial. Si la célula vive, podrán estudiarse
los efectos causados por la anulación. Hoy es posible realizar,
mediante sofisticados métodos de ingeniería genética, la
anulación de un gen dado en todas las células de un organismo
entero, en particular el ratón. Es lo que se conoce en la jerga
como knock out de genes. Este tipo de experimentación es de
fundamental importancia porque permite establecer la función de
cada uno de los genes en el organismo entero, a través de los
efectos causados por su anulación, evaluando fenómenos
macroscópicos como la fisiología, la morfología, el desarrollo y
el comportamiento. Los biólogos que llevan a cabo experimentos de
knock out generalmente no saben con qué fenotipo se van a encontrar
en el animal obtenido. Para sorpresa de muchos, se observa en
algunos casos que la anulación de un gen cuyo producto se creía
esencial para las células, produce ratones morfológica y
funcionalmente normales. Esto revela una característica bastante
común en los organismos superiores: la redundancia de genes. ¿Qué
significa esto? Pues que existen varios genes diferentes, cuyos
productos pueden realizar funciones similares. Al eliminar sólo uno
de ellos, los productos de los genes redundantes suplen la falencia
sin que se observen cambios fenotípicos. No obstante, en aquellos
knock outs de genes no redundantes, se obtiene una información
valiosísima.
Diagnóstico médico
En la última década, las investigaciones en biología molecular
provocaron desarrollos biotecnológicos de fundamental importancia
en el campo de la salud, la agricultura y la industria alimentaria.
Súbitamente, la «academia» universitaria comenzó a relacionarse
con el mundo empresario. Los proyectos de investigación básica ya
no sólo sirven para formar recursos humanos capaces de ser
transferidos a la actividad productiva, sino también para
desarrollar productos y servicios, o las metodologías que los
posibilitan.
En el campo del diagnóstico médico, la rapidez de la transferencia
tecnológica desde el laboratorio de investigación básica al de
análisis clínicos se produce en gran parte debido al invento de la
reacción en cadena de la polimerasa o PCR (polymerase chain
reaction).
La PCR ha permitido el desarrollo de nuevas estrategias
diagnósticas en numerosos campos de la medicina. Por ejemplo,
existen métodos de detección por PCR de agentes infecciosos como
los virus de las hepatitis B y C, del papiloma y del SIDA. También
pueden detectarse otros microorganismos patógenos como las
clamidias, las micobacterias que causan tuberculosis, los
Helicobacter causantes de gastritis y los tripanosomas responsables
de la enfermedad de Chagas.
La manera clásica de diagnosticar enfermedades infecciosas, y en
particular las causadas por virus, consiste en detectar los
anticuerpos que el paciente produce contra el virus. Si hay
anticuerpos circulantes se sabe que hay o hubo infección, pero no
se puede distinguir entre las dos posibilidades. Puede que el
paciente ya se haya curado del virus pero que aún presente
anticuerpos en sangre. En cambio, la detección directa del genoma
del patógeno mediante PCR permite saber con certeza si hay o no
infección en el momento del análisis. Esto cobra importancia en el
diagnóstico de SIDA en recién nacidos de madres seropositivas. En
tales casos, la detección de anticuerpos no es útil para el
diagnóstico porque los bebés, infectados o no, presentan
anticuerpos contra el virus HIV en su sangre provenientes de la
madre a través de la placenta.
La PCR ha facilitado enormemente el diagnóstico de enfermedades
hereditarias. Talasemias y otras anemias, fenilcetonuria, hemofilia,
distrofia muscular de Duchenne, fibrosis quística, poliquistosis
renal, retardo mental asociado a fragilidad del cromosoma X, corea
de Huntington, enfermedades de Sandhoff y de Gaucher constituyen los
ejemplos más notorios. Los genes responsables de estas enfermedades
han sido aislados y caracterizados recientemente y ya se encuentran
disponibles pruebas diagnósticas seguras. En algunos casos las
mismas pueden ser aplicadas para identificar dentro de una familia a
los portadores, es decir, individuos que transmiten la enfermedad
pero que no la padecen, los sanos y los afectados. Pueden ser
utilizadas para el diagnóstico prenatal, mediante el análisis del
DNA de una biopsia del feto, o para el diagnóstico presintomático,
sobre todo en casos como los de la corea de Huntington o la
poliquistosis renal donde los síntomas aparecen tardíamente.
En enfermedades oncológicas pueden detectarse por PCR mutaciones de
oncogenes. Los oncogenes son genes presentes en todas las células
del organismo, cuyos productos cumplen funciones importantes para el
funcionamiento normal de la célula. Alteraciones (mutaciones) de
estos oncogenes contribuyen a la generación de tumores y, en
algunos casos, el saber cuál es el oncogén mutado permite
diagnosticar prematuramente cánceres de naturaleza hereditaria o
establecer pronósticos.
Se han implementado métodos por PCR para la evaluación del riesgo
de padecer trastornos autoinmunes tales como diabetes dependiente de
insulina, enfermedad celíaca y esclerosis múltiple. En estos casos
se analizan los genes de los llamados «antígenos» de
histocom-patibilidad o HLA, los cuales codifican para una serie de
proteínas de la membrana celular que participan en la iniciación
de la respuesta inmune. Si bien estos genes no son los responsables
directos de las enfermedades autoinmunes, existe una correlación
comprobada entre la presencia de ciertas variantes de los genes HLA
y el riesgo de padecerlas.
Determinación de identidad y lazos biológicos
La información genética nuclear proviene en iguales
proporciones de la madre y del padre. Cada gen o región
intergénica puede presentar múltiples variantes (por ej. a, b, c,
d) en los distintos individuos de la población. Pero lo importante
es que cada individuo lleva en sus células sólo dos de esas
variantes. Así, para un gen dado, habrá individuos aa, ab, ac, ad,
bb, bc, bd, cc y cd, sabiendo con certeza que en cada uno de ellos,
una de las variantes proviene del padre y la otra de la madre. Si se
analizan los pares de variantes de distintos genes de una persona se
observará un patrón característico y exclusivo, al que llamamos
«huella digital» del DNA, y que constituye la base genética de su
identidad.
La PCR y otras técnicas de análisis del DNA permiten determinar
cuál es la «huella» genética de cada individuo mediante un
análisis de sangre realizable en nuestro país tanto en
instituciones públicas como privadas. Al comparar «huellas» de
distintos individuos pueden confirmarse o descartarse lazos de
parentesco entre los mismos, con un altísimo grado de certeza. Esta
es sin duda la ventaja más importante de la utilización del
análisis del DNA para la determinación de paternidad, respecto de
los métodos clásicos, como la tipificación de grupos sanguíneos
o los marcadores de histocompa-tibilidad (HLA). Si en los métodos
tradicionales puede llegarse a estimar inclusión con una
certidumbre que oscila entre el 90 y 98%, en el análisis del DNA,
usualmente se manejan estimaciones que tienen un grado de
confiabilidad mayor del 99,999.
Esta poderosa metodología ha permitido resolver muchos casos de
identidad tanto a partir de individuos vivos como de muestras
forenses (el análisis puede hacerse con muestras de raíz de pelo,
semen, sangre seca, restos humanos no identificados provenientes de
incendios, explosiones, huesos u otros restos exhumados). Los
modernos métodos de filiación han sido muy útiles para los
organismos de Derechos Humanos y en particular para las Abuelas de
Plaza de Mayo en la identificación de hijos de desaparecidos. En
estos casos, al faltar los padres, el método de elección para
establecer lazo biológico con los abuelos es el estudio del DNA de
las mitocondrias. Estas provienen evolutivamente de las bacterias y
en consecuencia conservan su propio DNA, el cual se hereda por vía
exclusivamente materna. Esto es así debido a que en la
fecundación, el espermatozoide inyecta su núcleo en el óvulo, de
manera tal que las mitocondrias del nuevo individuo provendrán
mayormente de aquellas que ya se encontraban presentes en el óvulo
materno. A diferencia del análisis del DNA nuclear, donde el grado
de certeza en el establecimiento del lazo biológico disminuye al
alejarse el parentesco, el análisis del DNA mitocondrial permite
asignar con el mismo y alto grado de certeza lazos con la madre u
otros familiares por vía materna (abuela materna, tíos maternos,
tíos abuelos maternos).
Clonado de animales por transplante nuclear. ¿Clonado de
humanos?
El llamado clonado de animales, ejemplificado por el experimento
de la oveja Dolly, consiste en el transplante de un núcleo
proveniente de una célula somática de un adulto o embrión, a un
huevo al cual previamente se le ha inactivado su propio núcleo. El
cigoto obtenido da origen a un embrión y luego a un adulto que
resulta genéti-camente idéntico al organismo del cual se extrajo
el núcleo. Se trata de un tipo de reproducción asexual, como
resultado de la cual se genera un individuo totalmente comparable a
un gemelo univitelino del individuo del cual se extrajo el núcleo,
aunque desfasado en el tiempo. Este tipo de experimentos no hacen
otra cosa que confirmar que cualquier núcleo de una célula de un
adulto tiene toda la información genética necesaria para generar
un nuevo individuo, siempre y cuando se lo ubique en las condiciones
adecuadas. El individuo «clonado» no surge espontáneamente de
ninguna máquina o tubo de ensayo. El huevo con el núcleo
transplantado debe necesariamente completar su desarrollo en el
útero de una madre y nacer como cualquier bebé. Su identidad e
individualidad estarán dadas no sólo por su patrimonio genético
particular sino también, y fundamentalmente, por la influencia
inevitable del medio ambiente físico, biológico y cultural, a
través de una historia que comienza en el propio útero materno y
continúa dinámicamente de por vida.
El experimento de Dolly no ha aportado ninguna novedad conceptual a
la biología moderna. La demostración experimental de que los
núcleos somáticos tenían toda la información genética y que
podían generar un organismo completo fue realizada en ranas
africanas, ya en la década del 60, por el eminente biólogo inglés
John Gurdon. El experimento de Dolly o sus similares aportan la
novedad de que fueron realizados en mamíferos (en especies
evolutivamente más cercana al hombre y de uso corriente en la
explotación agropecuaria, la industria farmacéutica y la
experimentación básica). Por otra parte es la primera vez que se
demuestra que un núcleo proveniente de una célula muy
especializada, tal como la glándula mamaria, tiene totipotencia.
Desde el punto de vista de la investigación en fisiología,
patologías e inmunología, la generación de animales por
transplante nuclear abre un campo de experimentación fundamental
que permitirá avanzar en el conocimiento de las causas y la cura de
enfermedades humanas. En este sentido, la técnica representa un
avance cualitativo en el conocimiento científico en beneficio del
hombre. Su uso en animales no implica mayores riesgos de obtención
de nuevas especies animales que aquellos resultantes de la activa
selección genética realizada por la especie humana sobre otras
especies vegetales y animales desde hace decenas de miles de años.
Esas prácticas de selección artificial de variantes genéticas en
poblaciones naturales dieron origen a los llamados animales
domésticos y plantas cultivadas, las cuales por su diferenciación
morfológica y fisiológica podrían ser consideradas «monstruos»
si se las compara con las especies a partir de las que fueron
seleccionadas.
Un eventual «clonado» de seres humanos estaría basado en los
mismos principios biológicos mencionados más arriba. No obstante,
indudablemente la idea provoca una serie de reflexiones, temores y
consideraciones éticas dignas de la mayor consideración. Muchas,
sino la mayoría de las preocupaciones son similares a las que
provocan los distintos procedimientos de fertilización asistida. En
ese sentido, la sociedad ya tiene una práctica de debate y, en
algunos casos una legislación que dan cuenta de cambios progresivos
en las concepciones bioéticas en función del bienestar y la salud
humanos. Los temores de la generación de monstruos, de la
esclavización de «clones» por parte de otros humanos y de la
producción en serie de seres humanos «deshumanizados» son
totalmente atendibles y deben ser tenidos en cuenta por los
científicos, las autoridades y la sociedad en general. No obstante,
es mi opinión que gran parte de esos temores son producto del
desconocimiento real de lo que el transplante nuclear significa y de
sus potenciales peligros para los seres humanos. Este
desconocimiento, sumado a la influencia de alguna prensa
sensacionalista, alimenta fantasías de poca base objetiva. Una
actitud cauta por parte de las autoridades y legisladores debería
contemplar los hechos objetivos, balancear los posibles beneficios y
prevenir los malos usos de la ciencia, hecho este último que no se
restringe a la experimentación biológica y del cual la humanidad
ha dado lamentablemente muestras a lo largo de su historia.
Un ejemplo reflexivo y cauto respecto de las medidas a tomar en los
experimentos de transplante nuclear es el de la reciente
declaración de la American Society for Cell Biology (ASCB), de los
Estados Unidos de Norteamérica. La misma dice:
«A pedido de la Comisión Asesora Nacional sobre Bioética, la
American Society for Cell Biology (ASCB) recomendó en 1997 una
moratoria nacional voluntaria sobre transferencia nuclear humana
cuyo propósito fuera crear un nuevo ser humano. Esta debería
brindar a los científicos y al público la oportunidad de
determinar la seguridad y lo apropiado de tal experimentación.
La ASCB sigue apoyando tal moratoria como una respuesta transitoria
constructiva a las preocupaciones surgidas por el clonado de una
oveja adulta. Sin embargo, recientes acontecimientos en los EE.UU.
han escalado e infundido una nueva urgencia en este debate, dando
como resultado pedidos de una legislación regulatoria.
La ASCB solicita que en el caso de necesidad de una legislación,
ésta debe estar específicamente relacionada con la reproducción
de un ser humano por transplante nuclear. Al mismo tiempo, ninguna
legislación debería impedir o interferir con investigaciones
existentes y potenciales, fundamentales para la prevención o cura
de enfermedades humanas. Estas investigaciones a menudo incluyen el
clonado de líneas celulares y DNA humanos y animales, pero no de
seres humanos completos.
La ASCB recomendó una moratoria de 3 a 4 años sobre la
transferencia nuclear humana con el propósito de crear un nuevo ser
humano con el fin de permitir tiempo para evaluar la seguridad y las
opiniones públicas sobre tales procedimientos. La ASCB solicita que
la recomendación de la Comisión sea la base para cualquier
legislación federal». ASCB, enero de 1998.
Lecturas recomendadas
Alberts B, Bray D, Johnson A, et al. Essentials in Cell Biology.
An Introduction to the Molecular Biology of the cell. New York:
Garland Publishing 1997.
Cox TM, Sinclair J. Biología Molecular en Medicina, Buenos Aries:
Editorial Médica Panamericana. 1998.
Lewin B. Genes VI. Philadelphia: John Wiley & Sons 1998.
Satz ML, Kornblihtt AR. La reacción en cadena de la polimerasa
(PCR) y sus aplicaciones. Ciencia Hoy 1993; 4: 53-9.
Fig. 1.– Estructura de un gen humano típico con tres exones y dos
intrones mostrando los pasos nucleares del flujo de información
genética. pol II: RNA polimerasa II. cap: 7-metil guanosina. La
tijera marca el sitio en que se produce el clivaje del pre-mRNA y la
posterior adición de la cola de poli-A (poliadenilación).
60° ANIVERSARIO DE MEDICINA (BUENOS AIRES)
Simposio internacional. Academia Nacional de Medicina.
Buenos Aires, 6-7 octubre 1999
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The developing countries are still losing too many of their best
scientists to the wolrd’s wealthier research centers. Yet the
negative aspects of this movement can be in part counteracted by
increased mobility and informed sharing, current trends that
facilitate intensive training courses, the sharing of big science
facilities, and networks linking expatriate researchers to their
home country institutions –all strategies supported by the UNESCO.
In this drive to establish new ways of doing science, the leading
industrialized countries clearly have much to offer. The United
States, in particular, has the world’s strongest science base, a
tradition of individual rights, a record of reacting positively to
change, and some of the world’s largest knowledge-intensive
corporations. If the business sector takes note of the potential
benefits of a new relationship between science and society, then
public and private interests would converge, generating a force for
progress powerful enough to meet the challenges of the new century.
Los países en vías de desarrollo siguen perdiendo demasiado de
sus mejores científicos hacia los centros de investigación de
países más pudientes. Sin embargo, el aspecto negativo de este
movimiento puede ser en parte contrarrestado por una mayor movilidad
y la posibilidad de compartir información, facilitando cursos de
entrenamiento y colaboración de investigadores expatriados con sus
países de origen –todas estrategias apoyadas por la UNESCO. En
este afán de establecer nuevas formas de hacer investigación, las
naciones industrializadas obviamente tienen mucho que ofrecer. Los
Estados Unidos, en particular, tienen la más potente base
científica, una tradición de derechos individuales, un récord de
reaccionar positivamente frente a cualquier cambio, y algunas de las
más importantes corporaciones dedicadas a intensificar el
conocimiento. Si el sector empresarial se da cuenta de los
beneficiosos potenciales de esta nueva relación entre la ciencia y
la sociedad, entonces los intereses públicos y privados podrán
converger, generando una fuerza hacia el progreso suficientemente
potente para enfrentar los desafíos del nuevo siglo.
Federico Mayor
Director-General of the United Nations Educational, Scientific
and Cultural Organization.
Editorial. The World Conference on Science. Science 1999; 285:
529
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