Apuntes sobre ciencias de la vida
Modesto Montoya
CEPRECYT
Primera
edición: Lima, mayo del 2003
ã
2003
Lima,
Perú
Ediciones
CEPRECYT
Centro
de Preparación para la Ciencia y la Tecnología
Juan
de la Fuente 541, San Antonio, Miraflores, Lima Perú
Teléfono
965-7402
E-mail:
modesto_montoya@yahoo.com
Apuntes sobre ciencias de la vida
Contenido
Presentación
1
Introducción
2
Evolución de la vida
3
Ingeniería genética
4
Cerebro
5
Medicina
6
Vida animal
7
Medio Ambiente y ecología
Presentación
En
el informe sobre el desarrollo mundial “El Conocimiento al Servicio del
Desarrollo” del Banco Mundial, puede verse algunos párrafos referentes a la
importancia que reviste el conocimiento:
“El
conocimiento de asemeja a la luz. Su ingravidez e intangibilidad le permiten
llegar sin dificultad a todos los confines e iluminar la vida de los seres
humanos en todo el mundo. A pesar de ello, miles de millones de personas viven
todavía sumidas –sin
ninguna necesidad–
en la oscuridad de la pobreza”.
“Lo
que distingue a los pobres –sean personas o países– de los ricos es no sólo que tiene menos capital sino también menos
conocimientos. Con frecuencia, la generación de conocimientos es costosa, por
lo que suele producirse en los países industriales. Pero las naciones en
desarrollo pueden adquirir conocimientos en otros países, y también crearlos
ellas mismas. Hace cuarenta años, la República de Corea y Ghana tenían prácticamente
igual ingreso per cápita. En cambio, a principios del decenio de 1990, el
ingreso per cápita de la República de Corea era seis veces mayor que el de
Ghana. En opinión de algunos, la mitad de esa diferencia obedece al mayor
acierto con que aquella ha sabido adquirir y utilizar los conocimientos”.
En
tal sentido, si un Gobierno de un país pobre quiere dar los primeros pasos para
alejarse de la pobreza debe tomar la decisión de dar prioridad a la adquisición
de conocimiento, uno de cuyos componentes principales es la investigación
científica y tecnológica.
Estos
párrafos extraídos del mencionado informe del Banco Mundial nos sugiere que
debemos estar informados de las investigaciones que se llevan a cabo en los
países industrializados; y orientarnos hacia investigaciones apropiados para no
abandonar, definitivamente, el pelotón de países viables en el siglo XXI.
Pensando
en ello, este documento presenta un informe resumido de las investigaciones
científicas y tecnológicas cuyos resultados han sido publicados en la revista
Scientific American (la que en adelante la representaremos con las siglas SA),
durante los últimos dos años del siglo XX. Para ello, la información está
clasificada en las disciplinas siguientes:
Evolución
de la vida,
Ingeniería
genética,
Cerebro,
Medicina,
Vida
animal,
Medio
ambiente y ecología,
Las
sustancias que estuvieron presentes en el sistema solar, hace 4,5 mil millones
de años, formaban una nube oscura y fría de polvo y gas. Sin embargo, en ese
tiempo, la Tierra estaba demasiado caliente para dar origen a la vida. Hace 4
mil millones de años, era común la ocurrencia de impactos con objetos tan
grandes como el planeta Marte. Uno de esos impactos pudo dar lugar a la luna,
como un pedazo arrancado a la Tierra. El descubrimiento de microfósiles que
vivieron hace 3,5 millones de años sugieren que entonces la vida florecía (Max
P. Bernestein, Scott A. Sandford y Louis J. Allmandola, SA, 07/1999), la que
podría entonces haber tenido origen en el material traído por los cometas.
Trabajos
basados en la biología molecular –análisis del ADN mitocondrial– apoyaban la
teoría Fuera de Africa. Sin embargo,
recientemente, se han presentado dudas la validez del trabajo. En consecuencia,
sigue trabajándose sobre el tema basado en los restos fósiles (Kate Wong, SA,
08/1999).
Iam Tattersall, del Museo Americano de
Historia Natural, plantea (SA, 01/2000) la hipótesis de que hace 1,8 millones
de años, en lo que hoy es el norte de Kenya, habría convivido cuatro tipos de
homímidos. Aunque no se tiene idea si estos homímidos interactuaron, y la forma
en la que lo hubieran hecho, se sabe que ellos se alimentaron en una misma área
que rodeaba el lago Turkana. Los tipos de homímidos fueron el Paranthropus
Boisei, el homo rudolfensis, el Homo habilis y el Homo ergaster.
El
Homus habilis fue llamado así porque fue constructor, hace 1,8 millones de
años, de las herramientas de piedra encontradas en Tanzania. Este homímido daba formas la
filudas flechas. El Homo rudolfens tenía un cráneo más pequeño que el Homo
habilis. El Homo ergaster tenía un cuerpo similar al hombre moderno y comía
carne. El Paranthropus boisei tenía mandíbulas masivas y grandes muelas
apropiadas para dietas vegetarianas.
La evolución ha
sido investigada en diversas facetas. Estudios en las aguas claras del lago
Tanganyika muestran una variedad de especies de peces que hacen pensar que el
origen de las especies puede ser más rápido de lo que se cree (Mclanie L. J.
Stiassny y Axel Meyer, SA, 02/1999).
Pinker también explica una variedad de fenómenos, como el disgusto ante la idea de comer gusanos, el ser proclive a la autodecepción, el porqué los hombres compran pornografía y los mujeres no lo hacen (Alden M. Hayashi, SA, 07/1999).
Baruch S. Blumberg, premio Nobel de medicina y director del Instituto
Astrobiológico de Aeronáutica y Administración Espacial (NAI) está investigando
a las formas de vida extrema (extremófilos) que existen sobre la Tierra, ya que
ofrecen el modelo más probable para demostrar la hipótesis que existe vida en algún otro lugar del
universo. Los investigadores de NAI esperan usar la base de datos genómicos de
microorganismos clave para relacionar secuencias evolutivas con eventos
paleontológicos y geoquímicos. Otro deseo es lanzar microsondas de ADN a bordo
de una astronave miniatura para buscar signos de vida. Las respuestas, si es
que llegan, puede tomar muchas décadas.
Blumberg quiere tomar ventaja del poder de las computadoras para
desarrollar un modelo de cómo la vida pudiera evolucionar en algún lugar. El y
sus seguidores esperan que las condiciones que permitieron que la vida en la
Tierra floreciera exista en algún lugar de la Vía Láctea o más allá. Ellos
afirman que podría pasar y si es así, debemos ir y mirar. (Julie Wakefield,
S:A: julio 2000)
El poder de la imitación
Una costumbre es una idea, comportamiento, estilo o uso que se
transmite de persona a persona en una cultura. La psicóloga Susan Blackmore
sostiene que la extraña habilidad de los humanos para imitar y por tanto
transmitir costumbres es lo que nos ha
colocado aparte de las otras especies. Las costumbres han sido y son una fuerza
poderosa en la formación de nuestra evolución cultural y biológica. Según el
ecologista Lee Alan Dugatkin, los animales imitan también. La diferencia entre
los m animales y los humanos es cuantitativa más que cualitativa, por tanto las
costumbres no explican el por qué la cultura humana es más desarrollada.
Para el antropólogo Robert Boyd y el biólogo Peter Richerson las
costumbres son útiles para estudiar la evolución cultural, pero esta evolución
cultural no puede ser explicada solamente en términos de selección natural, hay
más factores que influyen sobre ella. Según el psicólogo Henry Plotkin, la
cultura humana esta basada en la repartición del conocimiento, creencias e
ideas y la imitación propiamente definida no encaja dentro de ella, ya que es
solo una repetición de actos físicos. ( …)
¿Yo infértil?
Estudios genéticos del cromosoma Y están ayudando a explicar algunos
casos de infertilidad. Los científicos han descubierto que las deleciones en
una de las regiones específicas de Y pueden causar infertilidad y que cada una
de estas regiones, referidas como AZF (factor azoospermia) a, b y c, contienen
múltiples genes. La mayoría de estos genes son altamente activos en los
testículos, donde el esperma es hecho. Este comportamiento sugiere que regiones
AZF son importantes para la fabricación de esperma. Si se encuentra que el
hombre tiene tales deleciones y produce al menos algo de esperma, ellos pueden
someterse a la terapia denominada inyección intracitoplásmatica de esperma
(ICSI), en la cual el esperma es obtenido desde los testículos e insertado
dentro de óvulos en el laboratorio. Una vez que los investigadores descifren la
función exacta de las proteínas codificadas por genes del área AZF ellos podrán
revertir la infertilidad en hombres que poseen estas deleciones en Y por reemplazo
de proteínas perdidas o por restauración de los genes perdidos. (Karin Jegalian
y Bruce Lahn, S.A. febrero 2001)
Herencia genética e inteligencia
Uno
de los aspectos más controversiales del estudio de la herencia genética es el
que corresponde a la inteligencia. Se ha estudiado el componente genético de
las capacidades intelectuales, especialmente tomando los casos de hermanos
gemelos y hermanos mellizos. El resultado muestra que, intelectualmente, los
hermanos gemelos tienen mayores similitudes entre sí que los mellizos entre sí.
En
el campo de las capacidades intelectuales, cabe señalar que James R. Flynn
afirma que el coeficiente intelectual en el mundo desarrollado sigue aumentando
por más de cincuenta años (Marguerite Holloway, SA, 01/1999). Ello es una
muestra de que, si bien hay una base genética, el coeficiente intelectual es
potenciado por las condiciones de vida, básicamente alimentación y estímulos
intelectuales.
Ratones inteligentes
Las bases genéticas de la inteligencia son motivo de diversos estudios. Para mayor facilidad en el estudio de esas bases se realiza experimentos de manipulación genética con animales. Según Ken Howard (SA, 11/1999), el biólogo Joe Z. Tsien y sus colegas han aumentado la inteligencia de un ratón añadiendo un gen durante la etapa de desarrollo de cigoto. Una vez adulto, el ratón desarrolló actividades que involucran el aprendizaje, y mostró un cambio fisiológico en el hipocampo, una región crítica para la memoria.
El
gen insertado creó mayor cantidad de la sub unidad de proteína llamada NR2B, la
que es parte de un complejo de proteína que forma el receptor NMDA, un canal
situado en la superficie de las neuronas cerebrales. La investigación indica
que la apertura del canal –impulsado por el estímulo de dos neuronas – da lugar
a una cascada bioquímica que tiene como resultado retención de memoria y
aprendizaje. Con este experimento se ha iniciado la manipulación genética que
aumenta el NMDA en los mamíferos.
Como
podemos imaginar, las proyecciones de la manipulación genética relacionada con
la inteligencia hacen pensar que es posible aumentar las potencialidades
intelectuales de los seres humanos. ¿Cuándo? A juzgar por la velocidad de los
descubrimientos, esto no está muy lejos.
Una
técnica genética usada para modificar genes en animales ha logrado éxito en su
aplicación a plantas. Este técnica llamada quimeroplastia, inventado por Eric
B. Kmiec, de la Universidad Thomas Jefferson, consiste en hibridar ADN y ARN.
Aunque se duda de sus resultados en células de mamífero, connotados científicos
piensan que tiene grandes posibilidades de funcionar en plantas. En julio de
1999, July Ben Bowen y otros investigadores dieron detalles de cómo usaron el
método de Kmiec para producir plantas de maíz resistentes a dos herbicidas comunes
y les sugirió reparar un gen inactivo para las proteínas marcadoras
fluorescentes.
Estas
investigaciones, informadas por Tim Beardsley (SA, 10/1999) se presentan muy
auspiciosas, sobre todo por que significan pequeños cambios en el ADN. Las
compañías se aprestan a investigar nuevos productos.
Robert
V. Miller, de la Universidad de Loyola en Chicago, ha descubierto que los genes
viajan, más a menudo de lo que se creía, entre bacterias independientes. Los
procesos implicados en estos procesos están ayudando para evitar los riesgos de
contaminación ambiental con productos de la ingeniería genética (SA 01/1998).
La
genética abre campos insospechados. Insertando nuevos genes en algunas especies
de insectos puede frenarse algunas enfermedades infecciosas, beneficiar la
agricultura y producir materiales innovadores (David A. O'brochta y Peter W.
Atkinson, 12/1998).
Es
pertinente mencionar que las plantas transgénicas pueden tener consecuencias
inesperadas. Según un estudio publicado en la revista Nature, el polen del maíz
modificado por ingeniería genética produce un pesticida natural que puede matar
las orugas de la mariposa monarca. Esto ha generado un fuerte movimiento contra
los productos modificados genéticamente (Gary stix, SA, 08/1999).
Mario
R. Capecchi, de la Universidad de Utah, ha logrado reemplazar segmentos de ADN
en células con el fin de modificar su información genética y dar lugar a
linajes diferentes de células u organismos. Esta técnica permite identificar
genes a través de su expresión modificada. Así, se puede estudiar el rol
funcional de cada gen (Gary Stix, SA, 08/1999).
El mercado de las flores también ha estado gozando de la ingeniería genética. Sin embargo, señala Roxanne Nelson (SA, 09/1999), uno de los efectos negativos de la hibridación es la pérdida del aroma de las rosas. Cada año ingresan al mercado 1 000 nuevas plantas híbridas, llegando actualmente a constituir el 70 por ciento de las plantas en el mercado. El objetivo de la hibridación es producir flores con mayor brillo, lozanía y variedad de colores, resistencia a las enfermedades y mayor vida. Los especialistas esperan que la ingeniería genética resuelva el problema que ha creado. La científica Natalia Dudareva, del Departamento de Horticultura y Arquitectura de Paisajes de la Universidad de Purdue, es una de las pocas científicas este aspecto de la biología de plantas. Dudareva estudió los aspectos moleculares de la fragancia, tratando de identificar el gen que generaba la fragancia. La científica espera hacer que el aroma regrese a las flores.
Una
de las posibles aplicaciones de la clonación es el crecimiento de órganos
humanos en el cuerpo de un animal, y el transplante de esos órganos en humanos.
Otra posibilidad es la de producir animales con defectos genéticos para
estudiar con mayor detalle las enfermedades genéticas, y buscar la forma de
neutralizarlas. Las técnicas de clonación permiten, asimismo, la terapia
genética, la que consiste en modificar o reemplazar células defectuosas del
cuerpo humano (Ian Wilmut, SA, 12/1998).
Michael
Shamblott y John D. Gearhart, del Hospital de la Universidad John Hopkins, han
logrado desarrollar células humanas hasta el rango de tejidos. Esta experiencia
abre esperanzas para las víctimas de enfermedades degenerativas (Time
Beardsley, SA, 06/1998).
Insertando
células, modificadas por ingeniería genética, en la punta del capullo de las
alas en un embrión de polluelo, se ha observado que crece un conjunto adicional
de dedos. Ello ha permitido comprender la forma en la que crecen los miembros
en los animales (Robert D. Riddle y Clifford J. Tabin, SA, 02/1999).
En
noviembre de 1998 James A. Thomson, de la Universidad de Wisconsin, logró
aislar células germinales embrionarias de las gónadas en desarrollo de un feto.
De ellos, Thomson está logrando que las células den lugar a tejidos
específicos. Esto abre posibilidades al cultivo de tejidos humanos para
reemplazar tejidos dañados en pacientes. También se ha obtenido resultados
esperanzadores para generar tejidos cerebrales humanos, como extensión a
experimentos en ratones (Tim Beardsley, SA, 07/1999).
Simulación
de sistemas inmune
Juergen
Hammer y sus colegas en Hoffman-La Roche en Nutley (Estados Unidos) y en Milán
(Italia), como en la Universidad de Saarland
(Alemania), han pasado 7 años analizando cuáles antígenos interactúan y
cuáles no interactúan con uno de los sistemas inmunes generales claves llamado
HLA-DR existentes en centenares de formas variantes. Este es uno de los trabajos de simulación por
computadora de los mecanismos moleculares del sistema inmune. El sistema inmune
produce miles de proteínas diferentes cuyo trabajo es buscar los
“infiltradores”, en cualquiera de los miles de millones de combinaciones diferentes.
Los
infiltradores llevan un número igualmente colosal de identificadores
moleculares. Ello produce un gigantesco número de combinaciones. El trabajo de
simulación por computadora para la búsqueda de antígenos conlleva por ello un
número elevado de experimentos.
Francis
S. Collins, el científico que dirige el proyecto, obtuvo el estrellato en 1989,
cuando, con sus colaboradores, utilizando una nueva técnica llamada clonación
posicional, llegó a identificar el gen que, si mutaba, daba lugar a la fibrosis
cística o mucoviscidosis. El famoso científico, quien trabaja 100 horas
semanales, manifestó su estado de ánimo durante una conferencia interpretando
la canción compuesta por él, titulada “Atreverse a soñar”.
El
proyecto que comenzó en 1988 con un mapeo preliminar, desde 1996 pasó a ser un
secuenciamiento a larga escala del ADN humano. Hasta principios de 1999, se
había secuenciado sólo el 2 por ciento del genoma humano total. El objetivo de
Collins es que el proyecto no cueste más de los 3 mil millones de dólares
presupuestados para quince años.
El
mapeo genético es el primer paso para la genómica funcional, la que tiene por objetivo
traducir el mensaje que traen los genes en funciones dentro del cuerpo humano.
Actualmente ya se han identificado las funciones de varios genes.
Collins
manifiesta su satisfacción al saber que hay gente que se mantiene viva y que
habría muerto sin pruebas genéticas que alertaran los problemas médicos. Entre
ellos hay personas con cáncer hereditario al colon (SA, 02/1998).
Por
otro lado, se ha mostrado que los negros norteamericanos están más propensos a
la hipertensión que el resto de la población norteamericana, lo que sería un
indicio de las bases genéticas de esta enfermedad (Richard S. Cooper, Charles
N. Rotimi y Ryk Ward, SA, 02/1999).
Asimismo,
se ha identificado varias moléculas que distribuyen las posiciones de órganos,
estructuras y orientaciones. Cuando estos factores están ausentes o son
producidos en lugares equivocados, resultan varios problemas de salud. El
entendimiento de la forma en la que funcionan esos factores se podrá prevenir o
tratar las enfermedades correspondientes (Juan Carlos Izpisúa Belmonte. SA,
06/1999).
Competitividad en el secuenciamiento del genoma humano
La
competencia entre grupos dedicados al secuenciamiento del ADN humano genera
algunas campañas publicitarias promotoras de reconocidos científicos. J. Craig
Venter, director del Instituto para Investigaciones Genómicas de Rockville, y
miembro de la empresa Celeroma Genomics, en 1998 anunció que una nueva técnica
le permitiría completar el secuenciamiento de los tres miles de millones de
bases que componen el ADN humano, en tres años, con un costo de 300 millones de
dólares. J. Craig Venter no era un desconocido, en 1995 sorprendió publicando
el primer secuenciamiento del ADN de tres organismos vivientes (Tim Beardsley,
SA, 08/1998).
En
abril del 2000, la empresa Celera Genomics presentó su inventario genético.
Impulsado por la competencia, en junio del 2 000, el Proyecto Genoma Humano
presenta el primer borrador de su inventario genético, el que está compuesto de
3 120 millones bases.
En
junio del 2 000 se estaba negociando un acuerdo entre el Proyecto Genoma Humano
y la empresa Celera Genomics para una publicación conjunta del inventario
completo del genoma humano. La colaboración de la Empresa Privada con el Estado
va a acelerar el mapeo genético, cuyo resultado abre las puertas a una nueva
etapa, en la que los secretos de la formación y la evolución de los seres
humanos serán puestos al descubierto.
Todas las enfermedades tiene una base genética, por lo tanto, el
desciframiento del genoma humano será necesario para tener una vida más
saludable y larga. Los esfuerzos para obtener todo el código genético se está
realizando, sin embargo, para transformar los datos genómicos en medicina del
siglo XXI los investigadores deben correlacionar estos genes a las condiciones
específicas de las enfermedades. Es por ello que los científicos británicos
están colectando muestras de sangre de 500,000 pacientes adultos recomendados por
los médicos, para obtener su ADN y registrarlo en un banco de datos nacional
que será creado por Medical Research
Council y Wellcome Trust. Las muestras revelarán polimorfismos de un solo
nucleótido (SNPs), que son variaciones en la secuencia genómica, que ocurren en
1 sola base por cada mil, de los 3 billones de bases del genoma humano. El
consorcio de SNPs fue formado para mapear 300,000 SNPs, pero el proyecto del
Reino Unido no solo va identificarlos sino que va a correlacionarlos con las
enfermedades. Estos datos podrán ser registrados y suplementados con información sobre el estilo
de vida y factores ambientales de los participantes para determinar su salud
actual y las futuras enfermedades que podrían padecer.
El
objetivo de este proyecto es el entendimiento de las bases genéticas de las
enfermedades para hallar el factor riesgo de cada individuo y poder tomar
medidas preventivas, así como ayudar a la industria farmacéutica. (Arlene
Judith Klotzko, S.A. Junio 2000).
Eva Harris, una visionaria profesora de la Universidad de California en
Berkeley, desarrolla la manera de realizar pruebas biomédicas sofisticadas de
la manera más económica y así llevar esta tecnología a la gente de países en
desarrollo. Recientemente publicó: Un acercamiento al PCR con bajo costo
)Oxford University Press; ISBN: 0-19-511926-6) el cual es un manual de
biotecnología con conciencia de costo. Este libro es un éxito para los
aficionados, ya que en el se explica como alguien con algunos equipos no
costosos puede realizar un PCR (Reaccion en Cadena de la Polimerasa) para
generar grandes cantidades de ADN. La posibilidad de hacer PCR “en casa” abre
nuevos territorios de exploración para aficionados. (Shawn Carlson, S.A. julio
2000)
El Genoma Humano
El Proyecto Genoma Humano es un consorcio que incluye 4 grandes centros
de secuenciamiento en Estados Unidos, además del Centro Sanger cerca de
Cambridge, England y laboratorios en Japón, Francia, Alemania y China.
Trabajando juntos por más de una década, más de 1,100 científicos han obtenido
un mapa de los 3 billones de pares de bases que forman el genoma humano. Pero
ellos no están solos. En abril, una joven compañía llamada Celera Genomic en
Rockvill, Md. Anunció al consorcio su propio boceto del genoma humano.
El equipo del consorcio genoma humano separó los 23 pares de cromosomas
que contienen a los genes. Luego cortaron el ADN de cada cromosoma en
fragmentos, identificaron la secuencia de bases del ADN de cada fragmento y
finalmente reubicaron cada recorte de ADN en el lugar que le correspondía en
el cromosoma. En cambio, el equipo
Celera tomó una ruta más corta, Cortó todos los genes en fragmentos, los
secuenció y empleó a las computadoras para organizar los fragmentos dentro del
genoma completo. Ambos están en desacuerdo de cómo determinar que la secuencia
del genoma esta finalizada.
La rivalidad atrajo la atención pública acerca del código genético
humano y que planean hacer con él. Las compañías farmacéuticas están colectando
información genética para saber como hacer medicinas que se ajusten a genes
específicos, lo denominado farmacogenoma. Los científicos piensan que el 99.9%
del genoma es similar en los seres humanos, pero el 0.01% restante varía y es
esa variación la que interesa a las compañías farmacéuticas para la futura
medicina individualizada. Por otro lado aparecen desafíos tales como entender
la función de un gen a partir de su estructura química, cuánto se debe saber
sobre un gen para patentarlo, si es correcto o no, o si se desea ser
diagnosticado de una enfermedad que se manifestará dentro de 20 años y que
podría ocasionar discriminación laboral. (Kathryn Brown, S.A.
julio 2000).
Bioinformática al alcance de
todos
Los investigadores estan generando gigantescas bases de datos que
contienen los detalles de cuando y en cual tejido del cuerpo los genes son
expresados, la forma de la proteína codificada, como interactúa con otras
proteínas y el rol que juega estas interacciones en las enfermedades. La nueva
disciplina de Bioinformática, unión de la computación con la biología busca dar
sentido a todo ello, por lo que esta destinada a cambiar la cara de la
medicina. Las compañías farmacéuticas están empleándola para encontrar mejores
blancos para una droga con mayor rapidez que con el proceso convencional.
Este campo se inicia al comienzo de los 80´s con una base de datos
llamada GenBank del U.S.A. Energy Department
usada para recopilar las secuencias de ADN que los científicos estaban
empezando a obtener desde diversos organismos. Con el transcurrir del tiempo
fue transferido al National Institutes of Health´s National Center for
Biotechnology Information (NCBI) Con la aparición del World Wide Web, los
investigadores de todo el mundo pueden acceder en forma gratuita a los datos de
GenBank.
Otras bases de datos públicas y privadas contienen información de
expresión génica, pequeñas diferencias genéticas individuales llamadas
polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs), estructuras de varias proteínas y
mapas de cómo las proteínas interactúan entre sí. Un popular conjunto de
programas para comparar secuencias de ADN es el BLAST (Basic Local Alignment
Search Tool) al que se puede acceder a través del NCBI. ENTREZ, con acceso
también a través del NCBI, ofrece información sobre todas las bases de datos,
estructura tridimensional de las proteínas, genoma completo de organismos y
referencia de las publicaciones científicas donde se encuentran. (Ken
Howard, S.A., julio 2000)
Más allá del Genoma Humano
Ahora que todos los 10,000 o más genes que conforman el genoma humano
han sido descifrados, una nueva industria está emergiendo para capitalizar
cuando y en donde estos genes son activos e identificar y determinar las
propiedades de las proteínas que son codificadas or los genes. Esta empresa se
denomina Proteomic.
Debido a que la secuencia de ADN del genoma humano dice poco acerca de
cómo y qué está haciendo una célula específica, los investigadores han puesto
su atención en el Transcriptoma, que es el conjunto de ARN mensajeros que están
siendo producidos por una célula en un tiempo dado, y el Proteoma que son todas
las proteínas fabricadas de acuerdo a las instrucciones de estos ARNs. Una de
las tecnologías para estudiar el transcriptoma es el sistema Gene Chip
desarrollado por Affymetrix en Santa Clara, California, que está basado en
chips de vidrio del tamaño de una uña, denominados microchips de ADN, los
cuales están cubiertos con una delgada capa de ADNs cíclicos, los cuales
representan todos los ARNs mensajeros hechos por un tipo particular de célula.
Por observación de donde la muestra de ARN mensajero marcado híbrida con el ADN
cíclico en el chip, ellos pueden
identificar las secuencias de ARN mensajero de una muestra .
Denis F. Hochstrasser, uno de los fundadores de Gen Bio han
desarrollado un escáner molecular
que podría automatizar el tedioso proceso de separar e identificar los miles de
tipos de proteínas en una célula. La máquina podría extraer las bandas de
proteínas desde los geles, usar enzimas para cortar las proteínas, colocar las
muestras en espectrómetro de masa láser y transferir la información a una
computadora para el análisis.
Otro método para estudiar proteínas es el de Stephen Iliver de la
Universidad de Manchester en Inglaterra llamada “culpa por asociación” :
conocer acerca de la función de una proteína evaluando si esta interactúa con
otra proteína cuyo rol en la célula es conocido.
Otra forma para estudiar proteínas es la llamada “Chips de Proteínas”.
Ciphergen Biosystems, una compañía biotecnológica en Palo Alto está vendiendo
unas tiras para aislar proteínas de acuerdo a varias propiedades, tales como su
solubilidad en el agua, o si se unen con átomos de metal cargados. Las fajas
pueden entonces ser colocadas en un lector de chip de Ciphergen, el cual
incluye un espectrómetro de masa para identificar las proteínas.
Identificar las proteínas en humanos es una cosa pero entender la
verdadera función de la proteína se discierne de su forma y estructura. Stephen
K. Burley de Rockefeller University solicitó una “iniciativa genómica
structural” para usar cristalografía de rayos X automatizada para estudiar
proteínas normales y anormales. El conocimiento de la forma estructural exacta
de cada una de las proteínas del proteoma humano, deben en teoría, ayudar a los
diseñadores de fármacos a idear químicos que encajen en el sitio activo de las
proteínas y evitar así su activación o cualquier otra interacción. (Carol
Ezzel, S.A. Julio 2000)
Chemist Thomas J. Meade y sus colegas en el California Institute of
Technology mostraron en el encuentro de National Academy of Engineering en
Cleveland realizado en mayo,
sorprendentes videos de embriones de rana desplegándose desde huevo hasta
renacuajo. Con gran detalle y resolución a nivel celular las imágenes mostraron
a las células trabajando, comunicándose unas con otras durante el desarrollo.
Las
imágenes tridimensionales vinieron desde “Imágenes de Resonancia Magnética”
(MRI), la cual detecta vibraciones en los átomos de Hidrógeno del agua que son
inducidos por una intensa carga magnética. Para aumentar el contraste, los
investigadores adicionaron un elemento como el gadolinium , que acelera y
amplifica la emisión de señal del Hidrógeno. Pero los agentes de contraste
típico reportan solo topografía de tejido blando, ellas no pueden distinguir el
tejido tumoral muerto. (Trisha Gura, S.A, Agosto 2000)
¿Qué tan verdes son los plásticos verdes?
La
manufactura tradicional de plásticos usa una gran cantidad de combustible
fósil. Por ello los esfuerzos de la biotecnología y la industria agrícola han
logrado reemplazar plásticos convencionales con plásticos alternativos
derivados de plantas de tres maneras diferentes:
Cargill
y Dow Quemical unieron fuerzas tres años atrás para desarrollar el reto:
transformar el azúcar derivado del maíz y otras plantas en un plástico llamado
polilactido (PLA). En un primer paso se utilizan microorganismos para
transformar azúcar en acido láctico, luego utilizando métodos químicos se
enlazan las moléculas de acido láctico en cadenas de plástico. Los atributo de
este nuevo plástico son similares a los del polietileno tereftalalato (PET), un
plástico petroquímico usado en botellas de gaseosa y fibras textiles.
Imperial
Quemical y otras compañías, desarrollaron la manera de producir un segundo
plástico llamado polihidroxialcanoato (PHA). Al igual que PLA, PHA es elaborado
a partir del azúcar de plantas y es biodegradable. En el caso de PHA, la
bacteria Ralstonia eutropha convierte el azúcar directamente en
plástico. PLA requiere de una paso químico fuera del organismo para sintetizar
el plástico, pero PHA se acumula naturalmente en los microbios como gránulos
constituyendo un 90% de la masa celular.
Diferentes
coorporaciones y grupos académicos incluyendo Monsanto han canalizado esfuerzos
para producir PHA de una forma diferente: producir el plástico en la propia
planta. Se aislaron los genes que
permiten a la bacteria producir el plástico para luego introducirlo en la
planta. Esto resulto en la conversión de Acetil Coenzima A en plástico. La
producción de este plástico no compite con la producción alimenticia ya que los
investigadores han direccionado dicha producción en zonas no comestibles de la
planta.
El
problema con estos plásticos es que para producirlo se consume más energía de
recursos fósiles que las rutas petroquímicas. El único plástico derivado de
planta que no gasta tanta energía es PLA, sin embargo aún este consumo es
superior al de los procesos petroquímicos. Por otro lado, quemar más
combustible fósil exacerba el problema del calentamiento global, ya que se
incrementa la emisión de gases a la atmósfera. Una alternativa a estos
inconvenientes sería el uso de biomasa renovable como fuente de energía
primaria en el proceso industrial. De esta manera se separa la producción de
plásticos del empleo de recursos fósiles. Quemando el material de la planta o
biomasa podría compensar la energía adicional requerida. Las emisiones así
obtenidas pueden ser más favorables que el dióxido producido por combustibles
del carbón fósil ( que ha estado bajo tierra millones de años). La combustión
del carbón contenido en las plantas no incrementaría el dióxido de Carbono de
la atmósfera ya que las nuevas plantas que crecerán en la siguiente temporada
absorberán una cantidad equivalente de este gas. (Tillman
U. Gerngross, Steven C. Slater, S.A. Agosto
2000)
Completar la secuencia de pares de bases que conforman el genoma humano
ha sido relativamente fácil comparado con descifrar el significado y la función
de este manual genético de instrucciones. La anotación de un gen comprende
todas las cosas que pueden ser conocidas sobre un gen: donde trabaja, qué hace
y cómo interactúa con otros. Así, varias compañías proveen herramientas
bioinformáticas, software y servicios.
El Centro Sanger y el Europe Bioinformatics Institutes (EBI)
equivalente europeo del National Institutes of Health´s National Center for
Biotechnology Information (NCBI) están colaborando en el Proyecto “Ensamblaje”
que consiste de programas computacionales para el análisis de genoma y una base
de datos pública de secuencias de ADN. Las nuevas secuencias de ADN llegan en
fragmentos y se analizan automáticamente buscando los patrones que típicamente
se encuentran en los genes. A pesar de ello, las computadoras no pueden obtener
todos los genes o no están completamente correctos. Por ello, Lincoln Stein del
Laboratory Cold Spring Harborenen Long Island, New York ha desarrollado un sistema computacional cuya base es proveer de anotaciones,
correcciones, sugerencias y avances desde los mismos científicos alrededor del
mundo, de acuerdo a especificaciones de algún mapa del genoma aceptado por
todos en forma automatizada a través del Software Napster vía Internet.
James I. Garrels, presidente de Proteoma en Berverly, Massashussetts espera participar y colaborar en