Las siete maravillas de las secuencias del ADN

Así como en el mundo antiguo la humanidad fue capaz de crear grandes maravillas, con escasos recursos, del mismo modo la Vida logró construir, en su época antigua, notables secuencias genéticas con solo 4 tipo de moléculas denominadas nucleótidos, Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y citosina (C). El ADN está compuesto por dos cadenas enrolladas en forma de doble hélice helicoidal, en la que cada hebra contiene secuencias de nucleótidos particulares, muchas de ellas, verdaderas maravillas que la vida forjó en su edad antigua.

En un orden arbitrario esas secuencias son:

Puesto número 7: promotores.

Son secuencias de ADN cuya función es señalizar y unir las proteínas encargadas de sintetizar un gen particular (Figura 1). Las secuencias promotoras se ubican en una de las dos cadenas del ADN y la orientación y posición del promotor determina cuál de las dos hebras del ADN se utilizará para la síntesis de una nueva proteína. Las secuencias más caracterizadas contienen en su interior una secuencia conocida como “TATA box”, debido a la presencia de nucleótidos T y A. La importancia de los promotores es tal, que sin este tipo de secuencias, el material genético no podría ser utilizado por las células.

Figura 1

Promotor ADN

Puesto número 6: Sitios de corte de enzimas de restricción

Son secuencias de nucleótidos que pueden ser cortadas por enzimas bacterianas que actúan como tijeras del ADN y que participan en un importante mecanismo de defensa ante la presencia de ADN intruso en las células. Las bacterias que utilizan este mecanismo son capaces de agregar grupos metilo a su propio ADN para recubrirlo y protegerlo, de forma tal que las enzimas de restricción solo corten las secuencias de ADN intruso que no esté recubierto de grupos metilo (Figura 2A).

Existe una importante cantidad de secuencias reconocidas por distintas enzimas de restricción y de diferentes cepas bacterianas (Figura 2B). Muchas de estas enzimas están disponibles comercialmente y forman parte vital de las técnicas de biología molecular, ya que les permiten a los investigadores cortar y manipular fragmentos de ADN de interés.

Figura 2

secuencias de enzimas de restricción

Puesto número 5: Secuencias de ADN repetidas.

Estas se clasifican en tres tipos de acuerdo al tamaño de la secuencia que se repite:

A) Las secuencias satélites, que tienen entre 5 y cientos de nucleótidos que se repiten consecutivamente a lo largo de miles y hasta millones de nucleótidos. Por ejemplo:

ATTCCATTCG ATTCCATTCG ATTCCATTCG ATTCCATTCG…repetidos miles de veces.

B) Las secuencias minisatélite, que en general tienen entre 5 y 26 nucleótidos que se repiten consecutivamente, tales como:

TTAGGG TTAGGG TTAGGG TTAGGG… Alcanzando longitudes de entre 100 y 20 000 nucleótidos.

C) Las secuencias microsatélites, que tienen entre 2 y 6 nucleótidos que se repiten:

Por ejemplo:

CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG… en un número variable de veces que no suele superar los 150 nucleótidos totales.

Aunque en un principio se consideraba que este tipo de secuencias no tenía funciones especiales, en la actualidad existe amplia evidencia de que estas construcciones de ADN poseen y han tenido funciones muy importantes. Dado que son regiones de ADN que mutan más fácilmente que el resto se las ha asociado con el proceso evolutivo y con la regulación fina de la síntesis de genes, ya que el aumento o la disminución del número de repeticiones puede potenciar o silenciar genes cercanos a la secuencia del ADN repetido.

Por otra parte, las personas de una misma población tienen diferencias en el número de repeticiones de este tipo de secuencias de ADN, lo que cual es utilizado tanto en criminalística como en análisis de paternidad. Mediante la comparación de secuencias microsatélites puede determinarse, con un grado alto de probabilidad, si una muestra incógnita pertenece a una dada persona, de acuerdo a las coincidencias que se observen en la longitud de un número importante de secuencias microsatélites. Esto se ejemplifica en la Figura 3, en la cual se comparan tres secuencias de microsatélites (azul, rojo y gris) de una muestra incógnita, con la de dos sospechosos, A y B. Puede observarse que la muestra incógnita contiene 4 repeticiones de la secuencia azul, 3 repeticiones de la secuencia roja y 7 repeticiones de la secuencia gris. Al obtener los resultados por las técnicas de biología molecular apropiadas se determina que el sujeto B tiene el mismo número de repeticiones de esas secuencias microsatélites, mientras que el sujeto A presenta diferencias y puede descartarse. En estos estudios se analizan un número elevado de secuencias microsatélites y a través de las similitudes se establece un porcentaje de probabilidad de que la muestra incógnita pertenezca a la del individuo evaluado.

Figura 3:

ADN microsatélite

Puesto número 4: Transposones.

Este tipo de secuencias de ADN fueron descubiertas por Bárbara McClintock entre la década del cuarenta y el cincuenta. Dichas secuencias son realmente notables, en cuanto que tienen la capacidad de moverse de manera autosuficiente a través del genoma de una célula. Por lo demás, se encuentran en cantidades sumamente llamativas, a tal punto que en muchas especies, incluyendo la humana, hasta casi el 50% del ADN estaría conformado por este tipo de secuencias.

Dado que los transposones son capaces de generar mutaciones a medida que se mueven en el genoma, arrastrando parte de genes o insertándose en el medio de los mismos, se cree que podrían haber tenido un rol muy importante en la evolución. Existen diferentes tipos de transposones, con al menos dos mecanismos distintos de transposición, uno de los cuales se ejemplifica en la Figura 4:

Transposón

Puesto número 3: Secuencias de telómeros

Son un caso especial de secuencias repetidas que se encuentran en el final de los cromosomas. En el caso de los humanos los telómeros están formados por repeticiones de la secuencia TTAGGG, que se encuentra repetida unas 200 veces (Figura 5). La función principal de estas regiones es proporcionar estabilidad estructural a los cromosomas y regular la división celular en las células eucariotas.

La telomerasa es la única enzima capaz de hacer copias completas de estas secuencias. Sin embargo, dicha enzima no está presente en la mayoría de los tejidos del cuerpo y cuando una célula se divide en dos células hijas se produce un acortamiento inevitable de los telómeros. En términos generales, a mayor edad y envejecimiento, mayor número de divisiones celulares ha tenido un organismo y menor longitud tendrán sus telómeros. Cuando el acortamiento alcanza un nivel crítico las células detienen su proliferación.

Interesantemente, se ha observado que alrededor del 85% de los diversos tipos de células cancerosas presentan actividad de la enzima telomerasa, lo cual correlaciona con el hecho de que dichas células puedan adquirir la capacidad potencial de dividirse ilimitadamente.

Figura 5:

Telómeros

Puesto número 2: secuencias CRISPR

Estas son secuencias que participan dentro de un increíble sistema de defensa de algunos tipos de células procariotas. La respuesta puede dividirse en dos partes. En una primera etapa, cuando algunos tipos de células procariotas son infectadas por ADN viral pueden capturar parte del ADN invasor para incorporarlo a su propio material genético, en una zona flanqueada por secuencias especiales denominadas CRISPR (en inglés: clustered regularly interspaced short palindromic repeats; o en español: repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas) (Figura 6). Dado que el fragmento capturado se incorpora al ADN, a partir de ese momento, cuando la célula vuelva dividirse continuará manteniendo en su material genético el “recuerdo” del material incorporado a su ADN.

En una segunda etapa, en el caso de que ocurra un nuevo ataque del mismo ADN invasor, las células atacadas pueden utilizan la muestra que almacenaron para generar moléculas de ARN, un tipo de molécula muy similar al ADN que es utilizado para guiar ciertas proteínas celulares a que corten y fragmenten el ADN intruso, ayudando a combatir la infección. Las proteínas que participan en los procesos de captura y corte del ADN foráneo se denominan cas y el sistema en su conjunto recibe el nombre de CRISPR/cas.

Estas secuencias genéticas forman parte de un maravilloso sistema de defensa que las células eucariotas no poseen y que posiblemente no podrían darse el lujo de tener, ya que la incorporación de ADN enemigo al material genético propio incluye ciertos riesgos, los cuales son sin dudas mayores para un organismo formado por muchas células que deben convivir, en comparación con la de organismos unicelulares, y más independientes como las bacterias. Sin embargo, la base de este mecanismo de defensa tiene un enorme potencial a futuro, ya que disponiendo de ARNs guías y de las enzimas cas que cortan el ADN es posible realizar modificaciones genéticas en las células de cualquier organismo, modificaciones que podrían servir para corregir genes de enfermedades en etapas tempranas del desarrollo de un organismo y que, por lo tanto, permitirían que todas las células derivadas de la reparada carezcan de un gen defectuoso.

Figura 6:

CRISPR

Puesto número 1: El código genético

Como no podía ser de otra manera, el primer lugar del orden lo ocupa el código genético. Este es un conjunto de reglas que establece una correspondencia entre secuencias de 3 nucleótidos, tales como ATT o CGG, denominadas codones, con aminoácidos (ver Figura 7). De acuerdo a este sistema, la secuencia de nucleótidos de un gen especifica una secuencia de codones, y estos, una secuencia de aminoácidos de una proteína. Este código se ha mantenido prácticamente inalterado en todos los seres vivos, pese a la enorme diversidad existente, demostrando que es una maravilla que raya la perfección. El mismo constituye así la base de la vida y de la generación de miles de proteínas diferentes en cada organismo, que sirven para dar soporte estructural, permitir funciones metabólicas, defensivas, regulatorias, etc, etc.

Figura 7:

Código genético del ADN

La gran mayoría de las secuencias genéticas aquí descritas surgieron en una época realmente antigua de la vida, a tal punto que, con ligeras diferencias, son compartidas por todos los reinos de los seres vivos. Esto es válido para el código genético, las secuencias promotoras, los transposones y las secuencias repetidas (Figura 8). Sin embargo, las secuencias de los telómeros están solo en células eucariotas, mientras que las secuencias metiladas de enzimas de restricción y las CRISPR solo están presentes en células procariotas.

Figura 8

Secuencias de ADN

Con el correr de los siglos la humanidad continuó creando grandes construcciones, algunas de las cuales han sido seleccionadas entre las siete maravillas del mundo moderno. Naturalmente, en este mismo instante la vida continúa evolucionando, lo cual la llevará en un futuro más o menos lejano a generar nuevas maravillas con sus secuencias genéticas, porque es sabido: la vida nunca se detiene.


Corolario:

Maravillas del mundo antiguo: El listado definitivo se fijó en base a un cuadro del  pintor neerlandés Maerten van Heemskrerck, quien representó las siete maravillas en el siglo XVI: La gran pirámide de Giza, los Jardines Colgantes de Babilonia; El Templo de Artemisa; La Estatua de Zeus en Olimpia, El Mausoleo de Halicarnaso. El Coloso de Rodas, y el Faro de Alejandría.

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