Biología molecular de la ciencia ficción: La quinta base

En un capitulo de expediente X salía la agente Scully agitando un matraz erlenmeyer con una especie de sustancia viscosa y verde en el interior diciendo que era ADN alienígena. Sabían que era alienígena por que el ADN tenía 5 bases nitrogenadas, en vez de las 4 (adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T)) que tiene el ADN terrícola. Como pasa con muchas fantasías de los guionistas de expediente X, siempre hay alguien que se lo cree. Hay una magufada que lleva bastantes años recorriendo el mundo que habla de los niños Indigo, que se supone serían unos niños elegidos que habrían venido para dominar el mundo. Poco a poco se ha refinado y ya se habla de una segunda generación que serían los niños cristal, aunque con el tiempo que hace que circula esta idea alguno de los primeros niños índigo ya podría ser un viejo verde. Curiosamente este rollo ha surgido al calor de los movimientos New Age, pero lo de la raza elegida recuerda sospechosamente al nazismo. Bueno, pues algunos defensores de esta bobada sostiene que uno de los rasgos distintivos de estos niños indigo sería tener 5 bases en el ADN o como dice alguna aventurada, incluso cuatro más. Vamos a fantasear con esta hipótesis ¿Qué supondría que un ADN tuviera 5 bases?

El código genético, como veis, sobran tripletes

Para empezar si analizamos una muestra con el método habitual para secuenciar ADN (el método de Sanger), el experimento fallaría. La enzima utilizada no sería capaz de reconocer la base nueva y el experimento daría en blanco, con una mínima señal de unos nucleótidos que se pararía en cuando en la secuencia apareciera la 5ª base. Sin embargo el método antiguo, el químico o de Maxam y Gilbert si que funcionaría por que aquí no tenemos una enzima que va leyendo el ADN sino reacciones químicas específicas para cada nucleótido. Al correr el gel el investigador encontraría unos huecos correspondientes a la nueva base que le indicaría que en el ADN hay algo raro.






¿Que supondría que un organismo tuviera un ADN con cinco bases? Primer problema que hay que solventar, el ADN forma una doble cadena antiparalela, de forma que una A siempre se empareja con una T y una G con una C (y viceversa en los dos casos). La base nueva no tendría pareja. Esto nos abre tres posibilidades.

a) La base nueva es una base comodín que puede emparejarse con cualquier otra base. Absolutamente inviable. Cuando se duplica el ADN (algo que pasa cada vez que se forma una célula nueva) cada una de las hebras originales hace de molde para su nueva hebra complementaria. Cuando en el proceso de duplicación del ADN se encontrara la base nueva, la maquinaria pondría cualquiera de las bases antiguas o. Por lo tanto cada vez que apareciera esta base tendríamos un 75% de posibilidades de poner en la cadena complementaria una base diferente. Esto supondría una tasa de mutación en el genoma exorbitantemente alta, tanto que impediría la viabilidad del organismo. Hay que decir que la tasa de mutación de la duplicación del ADN es muy baja por eso los organismos se reproducen con normalidad, pero no es 0. Si lo fuera, no existiría la evolución.


b) La base nueva aparea consigo misma. Podría valer. Tendríamos un código genético con 5 nucleótidos, pero no tendría porque inducir mutaciones. Si una cadena fuera AGCXG, su complementaria inversa sería CXGCT, siendo X la 5ª base. Siguiente cuestión. ¿Como hibrida esta base? es decir, como se une con su pareja ¿de forma débil o fuerte? La pareja AT tiene dos enlaces, la GC tres. Esto implica que una cadena de ADN con muchas AT se separará fácilmente y necesitará menos temperatura para desnaturalizarse (separar las dos cadenas). Una cadena con muchas GC estará unida con mayor fuerza. En la naturaleza las zonas del genomas que no codifican genes (por lo que no tienen que abrirse para transcribirse),o los organismos que viven a temperaturas muy altas son ricos en GC, en cambio las zonas del genoma que tiene que abrirse fácilmente como las regiones que hay antes de cada gen, son ricas en AT.¿la nueva pareja cuantos enlaces tendría? 1 enlace ocasionaría ADN demasiado lábil y 4 una práctica imposibilidad de desenrollarse, por lo que no podría replicarse ni codificar información. Tendría que ser redundante y tener 2 o 3 enlaces. Desde este punto de vista, para la estructura y dinámica del ADN, no aportaría nada nuevo. Vamos, ninguna funcionalidad adicional

Fuente termal: genoma rico en GC

c) Una sexta base. Cada oveja con su pareja y la nueva base vendría con una amiga. Es válido todo lo que he dicho en el punto b), solo que X hibridaría con Y, por lo que la cadena complementaría a CXGCT sería AGCYG.


Descartamos la opción a) por inviable y nos quedamos con b) y c). En el genoma la información para fabricar proteínas se organiza en tripletes de bases, es decir, combinaciones de los 4 nucleótidos de 3 en 3. Por lo tanto el código genético actual tiene 4x4x4 64 combinaciones. En el caso b) tendríamos un código genético de 5x5x5 125 combinaciones y en el c) 6x6x6 216 combinaciones. Aquí está el quid de la cuestión. ¿Tendría alguna utilidad este aumento de posibilidades? Pues no, porque con el código actual nos sobra. Estos 64 tripletes codifican solo 19 aminoácidos y un iminoácido (la prolina) más tres señales de parada ¿Qué se hace con los que sobran? En el código hay sinónimos. Diferentes combinaciones pueden codificar el mismo aminoácido. De hecho los sinónimos suelen coincidir en los dos primeros nucleótidos, lo que parece querer decirnos que en el código genético ancestral los aminácidos se codificaban en dobletes, 4x4=16 combinaciones, un código que utilizarían las protocélulas y que es muy limitado por permitirnos menos aminoácidos.

La de aminoácidos raros que tendrá esta peña

En definitiva un código genético con más bases pero codificando los actuales aminoácidos solo supondría más gasto energético y un metabolismo más complicado, pero no aportaría ninguna funcionalidad nueva al organismo. Más que un ser superior tendríamos a un damnificado. Un consejo para guionistas y escritores de ciencia ficción: molaría más un organismo que tuviera 21 o 22 aminoácidos proteícos, puesto que ahí si que se dispararía su funcionalidad y ni siquiera habría que hacer cambios radicales en el código genético. Bastaría con que alguno de los codones que codifican sinónimos evolucionara para codificar un nuevo aminoácido. Seguro que a alguno de los X-men (en mis tiempos la patrulla X, que yo soy de los que leyó tebeos donde Dare Devil era Dan Defensor) o de los nuevos vengadores le pasa esto y todavía no se ha enterado.

PD1: El título es un obvio y merecido homenaje al maestro Sergio Palacios (@ondasolitaria) y su fisica en la ciencia ficción.

PD2: Con este post participo en la X edición del Carnaval de Biología, que en esta ocasión está en Murcia en casa Scientia.

PD3: y como no en la XII edición del Carnaval de Química que se alberga en el jovencísimo blog historias con química de María Docavo.

PD4: Y como suele pasar, la cienca va más rápido que nuestra imaginación. Por ingeniería genética ya se ha diseñado una bacteria con un código genético que codifica fosfoserina.

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Bye, bye BASF

La noticia la hacía pública la misma compañía el 16 de Enero. La compañía alemana BASF ha decidido cerrar toda su línea de investigación en biotecnología vegetal y desplazarla a Estados Unidos. De la misma manera todos los proyectos en desarrollo enfocados al mercado europeo quedan suspendidos. Concretamente esta decisión supone la paralización de tres proyectos relacionados con patata modificada para la industria del almidón (Amflora, Amadea y Modena) una patata resistente a phytophora llamada Fortuna y un trigo modificado para resitir a hongos. Todos estas variedades, que podrían ser útiles para los agricultores, nunca verán la luz.

Patatas que no verán la luz...

Por supuesto la decisión tiene un coste directo en forma de empleos. Los centros de investigación en Gatersleben (Alemania) y Svalöv (Suecia) van a ser cerrados y 157 personas empleadas en la division de biotecnología de plantas en la central de Limburgerhof serán reubicadas. La idea es recolocar a 123 empleados, posiblemente en Raileigh (Carolina del Norte, donde se va a desplazar la investigación) y suprimir 140 puestos de trabajo en los próximos dos años. La nueva estrategia de BASF es centrarse en el mercado americano y asiático, asi como en los desarrollos que tiene en colaboración con la compañia Monsanto, enfocados en tolerancia a estrés y rendimiento y con la compañía Brasileña EMBRAPA. Con esta compañía ya han desarrollado una variedad de soja resistente a patógenos.

¿Cuál es el motivo de esta decisión tán drástica? Obviamente la imposibilidad de desarrollar variedades trasngénicas en Europa. BASF esperó 12 años para conseguir la autorización de su patata AMFLORA y una vez conseguida  ha tenido que lidiar con un sinfín de trabas administrativas que le han obligado finalmente a arrojar la toalla. Curiosamente muchas de las organizaciones que han forzado esta decisión como Greenpeace o Friends of Earth, están presentes en Estados Unidos, pero allí no les molestan los transgénicos ni hacen campañas en su contra con la misma virulencia, solo en la sagrada tierra europea. Además una de las críticas es el monopolío de unas pocas empresas. Pues bien, con estas decisiones se consigue potenciar este monopolio. Ahora hay menos investigación en Europa por lo que todo el desarrollo se va a quedar en Estados Unidos y por supuesto BASF se va a ver forzada a aliarse con Monsanto, menos competencia y menos diversidad en la investigación. Esto nos perjudica a todos. Es curioso que decisiones que tienen tanta transcendiencia se tomen debido a la presión de organizaciones con muy pocos socios y sobre las que los ciudadanos no tenemos ningún poder decisorio. Otra vez Greenpeace dorándole la píldora a Monsanto. 

Para los jóvenes biotecnologós, agrónomos o biólogos moleculares es una muy mala noticia. Se van a perder 140 puestos de trabajo altamente cualificados y muy bien remunerados, que serán para biotecnólogos estadounidenses. Y no es un caso puntual. Muchos ensayos experimentales de campo de universidades o empresas europeas se han tenido que transferir a Estados Unidos ¿Por qué?, pues para evitar que Ecologistas en Acción lo destrozara. Obviamente eso implica contratar a todo el personal científico en el pais de origen. Menos empleo para biotecnólogos. No es la primera empresa que cierra en Europa. En su momento Monsanto cerró su centro de investigación en Lovain-la-Neuve (Bélgica).


BASF hace las maletas


¿Vamos a amortizar los puestos de trabajo pérdidos? Pues no, con decisiones como ésta, que una compañía netamente europea (BASF es la abreviatura de Badische Aniline & Soda-Fabrik, fábrica de anilinas y soda de Baden) se mude a Estados Unidos, perdemos competitividad y relevancia científica y la que se resiente al final, es nuestra ya de por si maltrecha economía. Parece que nadie se ha dado cuenta que esto no es una mala noticia, sino una muy mala noticia. Y en breve tendremos que importara las nuevas variedades desarrolladas por BASF en Estados Unidos, como estamos haciendo ahora con el algodón o la soja. Por supuesto pagando los correspondiente royalties, es decir, Europa pagará por lo que podría estar cobrando. Si renunciamos a la tecnología y se la servimos en bandeja de plata a los Estados Unidos ¿Cual es el futuro de nuestra industria? ¿la artesanía? ¿los mercadillos y ferias alternativas? ¿El turismo y el sector servicios? Bueno, eso nos han dicho en España toda la vida, que nuestro futuro era el turismo. Solo hay que ver como estamos ahora y las consecuencias del ladrillazo. Parece ser que vamos a exportar el modelo a Europa. Que pena. Gracias Greenpeace.

PD1: La BBC acaba de publicar una lista de las 10 peores plagas agrícolas con el explicito título de "Las mayores amenzas de la seguridad alimentaria". Con la marcha de BASF a USA se paralizan proyectos que podrían hacer frente a estas amenazas. 

PD2: Y con esta entrada participo en la VI edición del carnaval de tecnología. Que en esta edición alberga en casa de Jose Manuel López Nicolás (Scientia).

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¿Qué número le ponemos al gen?

En un post reciente comentaba que el criterio para poner el nombre a los genes no es único y que la comunidad de científicos que trabaja en cada organismo particular decide. En organismos unicelulares los genes suelen tener tres letras mientras que en organismos superiores normalmente son una palabra (que se puede abreviar), pero sin un criterio establecido que limite el número de letras. En bacterias además los genes aparecen ordenados, por lo que hay una letra que hace referencia a la posición física que ocupan. En organismos como la levadura además de las tres letras es obligatorio que lleven un número. De hecho es frecuente que genes diferentes compartan las mismas tres letras, pero que se diferencien únicamente por el número. ¿Qué significa el número? Pues la respuesta no es única, ya que puede significar varias cosas diferentes:


a) Orden en el genoma:
En eucariotas (organismos con núcleo) los genes no se agrupan físicamente por función como pasa en bacterias. Genes que participan en el mismo proceso pueden estar codificados en cromosomas diferentes, alejados físicamente entre si. No obstante si que pueden aparecer repeticiones de un mismo gen de forma consecutiva en el genoma, lo que se llama repeticiones en tándem. Normalmente cuando se caracteriza se le asigna 1 al primero, y al resto 2, 3 según el orden que ocupan en el genoma, como pasa con los genes ENA o con SNQ.


b) Similitud de secuencia:
Muchas veces un gen puede estar duplicado, pero su copia estar en otra parte del genoma. Cuando se identifican y se confirma esta similitud de secuencia es frecuente mantener el criterio de ponerles el mismo nombre, por lo que el número indicaría el orden en el que han sido identificados. Es el caso de los genes TRK.


c) Función similar:
Hay técnicas que permiten identificar genes con una función determinada. Muchas de estas técnicas permites descubrir genes nuevos. Lo normal es que a medida que aparecen genes nuevos ir poniendo un número que indicará el orden en el que han sido descubiertos. Por ejemplo, los genes que al aumentar su expresión dan tolerancia a salinidad se llaman genes HAL (por halotolerancia) y hay del 1 al 11. Genes que al dejar de funcionar la levadura presenta problemas en el transporte de proteínas a la vacuola se llaman VPS (vacuolar protein sorting) y hay más de 50 diferentes. Aquí vemos la laxitud del criterio. En los casos a) y b) tener el mismo nombre pero diferente número implicaba que la secuencia era parecida, en este caso la secuencia no tiene por que parecerse. Solo indican que han sido descubiertos de forma similar, y en principio (no siempre es el caso) que están participando en el mismo proceso o tienen una función relacionada.


d) Peso de la proteína que codifican:
Hay genes de los cuales se conoce antes la proteína que codifican que el gen. Normalmente la propiedad más característica de una proteína es su peso molecular, que se puede determinar fácilmente. Es normal utilizar las tres letras que lo describan y un número que haga referencia al peso. Luego, cuando se descubre el gen, se mantiene el mismo criterio. Por ejemplo el gen TCO89 es el único que tiene las letra TCO en el genoma. No hay otros 88 genes TCO.


e) Nada:
Poner un número es obligatorio, por lo tanto si un gen se ha identificado individualmente, llevara el número uno. Hay un montón de genes que son hijos únicos, por eso el 1 es el número más repetido en el genoma de levadura.

Igual que una quiniela fácil, el genoma de la levadura esta lleno de unos

Y por si fuera poco lío es frecuente que un mismo gen sea descubierto simultáneamente por diferentes grupos y que cada uno le ponga un nombre diferente, lo que aumenta la confusión. Con el tiempo alguno de los nombre acaba imponiéndose (normalmente el del grupo que ha sacado la publicación con mayor factor de impacto o el que publica más sobre el gen en años sucesivos). Por ejemplo tenemos el gen CRZ1, que también se llama TCN1 por haber sido descubierto independientemente por dos grupos y se llama HAL8 por que fue unos de los genes identificados por dar tolerancia a salinidad. En la base de datos oficial aparecen recogidos estos tres nombres, pero la recomendación es CRZ1, por el grupo que más publicó sobre el tema. Es menos frecuente, pero se da el caso, que genes diferentes tengan el mismo nombre. Por muy estrictos que queramos ser, siempre se lía la cosa. Todos estos ejemplos se refieren a la levadura de panadería Saccharomyces cerevisiae, pero es similar en otros organismos.

Y con este post participo en la IX edición del carnaval de Biología que se hospeda en el blog "La ciencia de la vida", de Biogeocarlos.


Y también en la XI edición del carnaval de Química que se aloja en el blog "La aventura de la ciencia".

Y ya que habló de números, ¿por qué no participar también en el Carnaval de Matemáticas, que en su edición 2.X se alberga en el blog Resistencia Numantina? si, ese que estais pensando, el de la casilla de la ciencia en la declaración de la renta.

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¿Qué nombre le ponemos al gen?

En el núcleo de todas las células se encuentra el ADN. Gran parte de ese ADN no tiene función conocida, una parte tiene función estructural y solo una pequeña fracción de ese ADN contiene la información genética que será transcrita en ARN y luego en su mayoría traducida en proteínas, que son las currantes de la célula. A las secuencias de ADN que contienen estos segmentos de información les llamamos genes y como todo en esta vida, para saber cual es cual no hay mejor forma que ponerle un nombre. Lo más gracioso es que los científicos, tan dados a normativas y restricciones, no tienen ninguna norma general para nombrar a los genes. La gente que estudia cada organismo ha desarrollado sus normas propias, que cambian de organismo a organismo. En las bacterias, que ni siquiera tienen núcleo, los genes aparecen agrupados en unas estructuras llamadas operones, de forma que cuando se identifica un operón se utilizan tres letras, medianamente descriptivas y una letra que normalmente define el orden que ocupa en la cadena de ADN. De esta forma los genes encargados de la degradación de la lactosa en al bacteria E. coli se llaman LacA, LacB y LacC. El tema de la nomenclatura se complica a medida que ascendemos en la escala evolutiva. En levadura se intentó un criterio parecido a las tres letras, pero aquí en vez de una letra en mayúscula para indicar el orden se utiliza un número. Número que no indica orden por que lo de los operones es propio de bacterias. El número puede tener diferentes significados, que explicaré en otro post. Las tres letras se suponen que deben ser descriptivas de su función. Por ejemplo, el gen que codifica la proteína que es inhibida por la droga rapamicina es lógico llamarle TOR por las iniciales de “diana de rapamicina” en inglés. Un gen que confiere resistencia a estrés por ácido se le llama WAR, por las iniciales de resistencia a estrés ácido en inglés, aunque ya hay medio chiste hecho por que también significa guerra. Y si, lo de meter chistes o juegos de palabras en los nombres de los genes es la única norma que parecen seguir en casi todos los organismos. Por ejemplo los genes AVO codifican proteínas que interacciona con TOR y se supone que es una abreviatura de “se adhiere vorazmente a TOR”, pero realmente es la marca de puros que consumían en el laboratorio en las celebraciones. Tampoco es frecuente que un científico utilice su nombre para bautizar un gen, pero aquí también se puede trampear. Conozco un caso en el que la abreviatura de algo muy técnico coincide sospechosamente con las letras iniciales del nombre de pila de la descubridora. También el criterio de la utilización de mayúsculas o minúsculas, cursiva etc, cambia en cada organismo. Un gen de bacterias llevara la primera y la letra que indica el orden en mayúsculas y el resto en minúsculas. Un gen de levadura irá en mayúsculas y en cursiva, y si te refieres a una estirpe de levadura mutante para dicho gen, en minúsculas y en cursiva. Si te refieres a la proteína que codifica en mayúsculas y sin cursiva, o la primera en mayúsculas y una “p” al final.

Arabidopsis thaliana, con medio panteón griego y algún dulce en su genoma

Hasta aquí todo se había mantenido más o menos en un límite de contención, hasta que pasamos a organismos superiores. En plantas la veda la abrieron la gente que buscaba mutantes de desarrollo. En un principio la tendencia era a ser descriptivos y hay que considerar que en levadura hay aproximadamente 6.000 genes, pero la planta modelo más estudiada tiene aproximadamente 30.000 por lo que tres letras se antojaban pocas. La tendencia era que el gen fuera un descripción de una palabra de lo que pasaba cuando fallaba dicho gen. Así un gen que cuando fallaba producía una planta cuyas flores no tenían pétalos se llamó LEAFY (hojoso) uno que producía esterilidad agamous, y otro que solo tenía estambres en la flor SUPERMAN. Esto abrió la veda al cachondeito. En el genoma de la planta modelo Arabidopsis thaliana tenemos genes con nombres mitológicos (MEDEA, DEMETER), de razas humanas (ESKIMO,y si, tiene que ver con tolerancia a frío) e incluso dulces típicos italianos como PASTICCINO. No obstante si los que trabajan en plantas son graciosillos, los de animales no se quedan atrás, al contrario, les sacan varios cuerpos de ventaja. Así un gen que cuando fallaba provocaba que los embriones tuvieran un aspecto espinoso fue llamado HEDGEHOG (puercoespín), luego, cuando se encontró un gen relacionado se llamo Sonic… por el video juego. Así tenemos genes humanos que se llaman POKEMON*, DREADLOCKS (rastas). Aunque la comunidad más famosa por el chascarrillo génico es la que trabaja con la mosca del vinagre Drosophila melanogaster. Hay un gen que se llama CHEAP DATE (ligue barato) por que los mutantes no toleran el alcohol, otro que se llama COITUS INTERRUPTUS por que la cópula dura un 40% menos. La lista completa es desternillante. Se puede consultar aquí.

Drosophila, más chistes que genes en su genoma

Y con este post participo en la IX edición del carnaval de Biología que se hospeda en el blog "La ciencia de la vida", de Biogeocarlos.

Y también en la XI edición del carnaval de Química que se aloja en el blog "La aventura de la ciencia"

* Me apunta Manuel Collado, del Blog fuente de la eterna juventud, que Nintendo obligó a cambiar el nombre. Por lo visto no le hizo gracia que se asociara a su compañía con un Oncogen. El gen Velcro corrió la misma suerte, pero Sonic the Hedgehog se salvó. Aquí está la historia.

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MicroARN de plantas capaces de modular genes humanos ¿problema u oportunidad?

La noticia me llegó simultáneamente por un comentario en el blog de Couceiro y por los titulares de la revista “The Scientist”. Desde luego era algo que llamaba la atención. Unos científicos de la niversidad de Nanjing, dirigidos por Chen-Yu Zhan, descubren que en el plasma sanguineo de 35 ciudadanos sanos circulan unos 40 microARN diferentes de plantas que han adquirido por ingestión y uno de ellos, concretamente de arroz, es capaz de interferir con la expresión de un gen humano implicado en el metabolismo del colesterol. El descubrimiento desde luego parece impactante, casi demasiado para ser cierto. No sería la primera vez que un titular sensacionalista acaba siendo un artículo dudoso. Lo de la vida en el arsénico, sin ir más lejos. Tengo la suerte que en el Instituto (de investigación) donde trabajo hay varios grupos de investigación que trabajan en ARN, con lo que pude consultar el tema (Gracias Prof. Flores) y me indicaron que la investigación parece seria y sin lagunas aparentes. Otro aspecto a favor es que las críticas al trabajo del ADN con arsénico fueron inmediatas, mientras que en este caso ya han pasado dos meses desde la publicación y no ha aparecido ninguna crítica, por lo tanto creo que se puede dar por buena la investigación de la Universidad de Nanjing. No obstante entender exactamente que es y que aplicaciones se pueden derivar es un poco complejo, intentaré abordar el tema en forma de preguntas.

Para empezar ¿Qué es un microARN?

En el genoma existen unas regiones de ADN, los genes, la mayoría de los cuales codifican proteínas. En organismos superiores representan una parte ínfima del total. Para sintetizar una proteína el correspondiente gen se "copia" (correctamente se transcribe) en una cadena de ARN (llamado ARN mensajero) que es lo que se “traducirá” en el ribosoma para formar dicha proteína. Sin embargo hay algunos genes que nunca se traducen a proteínas. En el genoma existen genes que codifican ARN que tiene una función diferente a la de intermediarios entre el ADN y las proteínas, como el ARNribosomal (que forma este orgánulo) o los de transferencia, que participan en la síntesis de proteínas. Recientemente se descubrió otra categoría, los microARN. Estos son genes muy cortos, cuya secuencia se parece a otro gen del genoma. Cuando estos microARN se expresan crean una estructura de doble hélice imperfecta que después de madurar hibrida con el mensajero del gen diana. Esta hibridación inactiva al ARN mensajero y no se traducirá en proteína. A veces los microARN se codifican dentro de la secuencia del mismo gen sobre el que intefieren.

dando de comer y haciendo que suba el colesterol

¿Y para que sirve un MicroARN en la naturaleza?

Antes de cada gen hay una secuencia de ADN que no se traduce en proteína llamada promotor. El promotor es el que controla que un gen se exprese más o menos en función de diferentes condiciones. Si artificialmente cambiamos esta secuencia, cambiamos la expresión del gen. No obstante esta no es la única forma de controlar la cantidad de ARN mensajero. Los microARN serían los responsables de la regulación fina. La ventaja sobre la regulación por la expresión es que permiten una respuesta rápida. Si hay que cesar de golpe la traducción de una proteína un microARN permite anular de forma rápida todos los mensajeros que quedan por traducir.

¿Cuál es la importancia de este descubrimiento?

Es la primera vez que tenemos pruebas que un microARN de una planta, al ser ingerido puede afectar la expresión de un gen humano.

¿Evolutivamente tiene algún sentido?

Probablemente no. Muchos extractos vegetales o de hongos tienen actividad farmacológica. El ácido salicílico, un compuesto similar a la aspirina sin ir más lejos, pero es difícil creer que durante la evolución de los sauces ha habido algún tipo de presión selectiva que ha favorecido la aparición de una molécula que sirva, entre otras cosas, para aliviar el dolor de cabeza. El ácido salicílico tiene una función en plantas y su actividad farmacológica en humanos es una casualidad. De la misma manera al arroz no le supone ninguna ventaja evolutiva modular los niveles de colesterol en humanos, ni la selección artificial de variedades de arroz para cultivo se ha hecho en función de este parámetro, desconocido hasta ahora.

¿Qué implicaciones tiene este descubrimiento?

Pues con las reservas propias de la novedad podemos decir que se abre una estrategia interesante para luchar contra enfermedades genéticas. En algunas de estas efermedades el problema es la falta de regulación o el aumento de expresión de un gen determinado. Hasta ahora la única terapia era la basada en células madre, costosa, complicada y con pocos éxitos. Poder diseñar microARN que puedan regular la expresión de un determinado gen y que se administren por vía oral es sin duda una gran noticia.

¿Hay precedentes de biotecnología utilizando microARN?

Si, muchos. En plantas se utiliza desde hace tiempo para inhibir la expresión de genes y así poder estudiar cual es su función u obtener alguna aplicación. Este año se consiguió una variedad de trigo apto para celíacos utilizando esta tecnología. Se le denomina ARN de interferencia o silenciamiento génico.

¿Tenemos pruebas en otros organismos que los microARN administrados por vía oral funcionen?

Si. El gusano Caenohabditis elegans se utiliza como sistema modelo para estudiar, entre otras cosas, el desarrollo del sistema nervioso. En este gusano se puede conseguir inhibir la expresión de un gen haciendo que las bacterias de las que se alimenta expresen un determinado microARN.

¿Este descubrimiento implica que tenemos un motivo más de preocupación por las plantas transgénicas?

“Delenda Carthago”, como salía en los comics de Astérix, aunque la expresión correcta era "Ceterum censeo Carthaginem esse delendam". Traducido vendría a significar: "Hay que destruir Cartago". Esta frase la repetía Catón, personaje de la antigua Roma que hablara de lo que hablara, siempre acababa exigiendo la destrucción de Cartago, algo que consiguieron al final de la tercera guerra púnica. Se ha convertido en una costumbre que ante cualquier noticia que tenga que ver lejanamente con la biotecnología se alce un coro de voces diciendo que hay que prohibir los transgénicos, independientemente de la noticia. Me recuerda a un comentario que hicieron en Amazings hace poco. Durante la charla de Txema Campillo en Amazings2011 habló de una isla en Nueva Zelanda donde el gato del farero extinguió una especio de pájaro que solo existía en esa isla. La conclusión que sacaba el comentarista era que no podemos saber al 100% lo que pasa en el medio ambiente y por eso debemos prohibir los transgénicos. Curiosamente yo creo que la actuación más lógica sería prohibir los gatos, no los transgénicos. Aquí tenemos otro ejemplo de este razonamiento sesgado que conduce a interpretar los hechos nuevos de forma interesada y falaz. Este microARN natural lleva milenios modificando la expresión de genes humanos, sin que aparentemente haya causado ningún problema, más bien al contrario, puesto que su descubrimiento nos abre nuevos caminos para tratar enfermedades genéticas. Dicho esto, cuando creamos líneas transgénicas sabemos la modificación que incluimos, por lo que no tenemos ningún microARN salvo que lo introduzcamos intencionadamente. Por lo tanto no deberíamos prohibir los transgénicos, en todo caso el arroz. El único problema es que dejaríamos al 25% de la humanidad sin alimento.

Sintesis y maduración de un microARN

Y este post participa en la VIII edicion del carnaval de química que se hospeda en el blog de Marisa Alonso, caja de ciencia.

Y en la VI edición del carnaval de biología que se aloja en el blog diario de un copépodo.

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Los ojos de Elizabeth Taylor y el color de las violetas

Decían de Elizabeth Taylor que tenía unos ojos color violeta que te hipnotizaban solo con mirarte. El violeta es un color de ojos bastante infrecuente, pero da nombre a una flor… ¿hay alguna relación entre los colores de ojos y el color de las flores?

Unos ojos hipnóticos

La visión tradicional es que el color de ojos era una herencia mendeliana simple entre ojos marrones y ojos azules, siendo los ojos marrones el carácter dominante. Asi si uno de los progenitores viene de una familia donde todos tienen los ojos marrones y el otro de una familia con ojos azules la primera generación tendrá los ojos marrones, pero la siguiente (si se relaciona con una familia similar) un 75% tendrá los ojos marrones y un 25% azules. La verdad es que esto es una simplificación exagerada. En mi caso mis padres tienen ambos los ojos marrones. Mi hermano y yo los tenemos azules y mi hermana verdes. Antes que nadie empiece a hacer elucubraciones truculentas decir que es fácil de explicar por que ahora sabemos que al herencia del color de ojos es mucho más complicada. Caracteres como el color de ojos o la altura son lo que se denominan locus cuantitativos, es decir no es blanco o negro (en este caso, marrón o azul) si no que depende de diversos factores acumulables, por lo que hay resultados intermedios. El color de ojos depende como mínimo de tres SNP, siglas de Single Nucleotide Polimorphism que quiere decir un cambio en una única base de ADN, localizados en el primer intron (secuencia que no se codifica) del gen OCA2 que determinan la intensidad de la pigmentación, pero para que los ojos sean azules sueco además está implicado un cuarto SNP en el intron 86 de otro gen llamado HERC, que curiosidades de la genética, no influencia este gen, sino el mencionado OCA2. Si el gen OCA2 funciona como un campeon: ojos marrones. Si baja la intensidad, diferentes colores. Y si no va cara al aire, azules. Gracias a los avances en secuenciación y en genética de poblaciones se ha podido trazar que esta mutación se debe a un efecto fundador es decir, que todos los que tenemos color de ojos azules estamos lejanamente emparentados, con el individuo donde se produjo la mutación original, que fue hace entre 6.000 y 10.000 años en la orilla noroeste del mar negro, es decir, en una fecha evolutivamente muy reciente. Esto implica que ningún humano anterior a esa fecha tuvo los ojos azules. El hecho de que este caracter sea predominante en escandinavia y en las orillas del báltico se debe primero a una migración y posteriormente a una fuerte presión selectiva a favor de los ojos azules. Aunque todavía no hay acuerdo sobre las ventajes que los ojos azules pueden suponer en ese entorno. Y hasta aquí la genética (resumida) del color de los ojos. Químicamente el color del iris se debe a acumular más o menos melanina. Cuanta más melanina, más oscuro será el color de los ojos.

Diferentes colores de ojo (Hum Genet (2008) 123:177–187)

Y vamos al color de las flores. Normalmente las flores acumulan pigmentos como las antocianinas, los flavonoides o los carotenos. Algunos de estos pigmentos tiene funciones celulares como proteger contra la oxidación o los rayos UV, pero además las pigmentación de las flores es una estrategia evolutiva para ser más llamativas para los polinizadores. La selección artificial también ha tenido mucho que ver en la selección de colores de la mayoría de especies ornamentales y recientemente la ingeniería genética. La empresa florigene comercializa claveles y rosas azules que se han obtenido insertando genes de petunia que le confieren la habilidad de sintetizar un pigmento llamado delfinidina, de color azul. Obviamente el patron genético de expresión de los colores también es complejo puesto que el color depende de la combinación de moléculas muy diferentes o de circunstancias más sutiles. Existen proteínas en la membrana de los orgánulos donde se almacenan los pigmentos capaces de transportar protones hacia dentro o hacia fuera, de forma que una mutación en una de estas proteínas cambiara el pH del orgánulo. En las flores de la especie Ipomea (llamadas también campanillas o Don Diego de día) se ha demostrado que el color rojo o azul no depende de producir más o menos colorante sino de la actividad de una de estas proteínas que transportan protones, puesto que el colorante que acumulan cambia de color en función del pH del medio. En las hortensias y otras flores el pH del suelo determinará el color final de la flor. La selección artificial en función del color no es importante solamente en plantas ornamentales. En italia a los tomates se les llama pomodoro (manzana de oro), por que las primeras variedades que llegaron de américa eran amarillas, no obstante las de color rojo son las que finalmente han triunfado entre los consumidores. Lo que no quita que se comercialicen variedades que siguen verdes incluso después de madurar, o algunas como la Kumato de color morado oscuro casi negro. La zanahoria es un caso parecido. Las variedades silvestres son de color blanco o amarillento como el nabo, incluso algunas cultivadas tienen una cubierta negra. La forma actual de la zanahoria de color naranja fuerte se desarrolló en Holanda como homenaje a la familia real Oranje.


Algunas plantas pueden contener melanina, pero no tiene el papel fundamental que tiene en animales ni tiene ninguna relevancia en el color final. Parece que químicamente el color de ojos no tiene nada que ver con el color de las flores. No es cierto del todo. Hay más colores en los ojos. En los años 50 se descubrió que en la parte posterior del ojo, en la mácula, hay una coloración amarillenta. Aunque no está claro, su función podría tener que ver con una protección antioxidante y se piensa que hay una correlación entre esta pigmentación y la protección frente a la degeneración macular que se da con la edad. Pues este color se consigue por acumulación de tres carotenoides, concretamente luteina, zeaxantina y mesozeaxantina. Alguno de estos colorante no lo podemos sintetizar y los tenemos que ingerir en la dieta ya que los sintetizan las plantas. Por lo tanto: los ojos de Elizabeth Taylor (y los de cualquiera) si que están relacionados con las violetas (y con cualquier otra planta) pero no en el iris, sino en la retina.

Y con este post participo en la sexta edición del carnaval de química que en esta edicion se celebra en casa de Argi, Una Investigadora en apuros.

PD: No os penseis que os librais que os de la tabarra con Los productos naturales ¡Vaya Timo!. Estoy preparando una compilacion de reseñas y noticias, que debo decir y agradecer que están siendo muchas. Va un adelanto, todo un prime time: en el telediario de Canal 9. (seguirá...).

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Como resolver un problema matemático con ADN y una enzima

A pesar que puede sonar a ciencia ficción utilizar técnicas de biología molecular para solucionar problemas de matemáticas es algo que lleva años en marcha. El primero que sugirió la implementación de ordenadores moleculares fue Richard Feynman a finales de los 60, pero en aquel momento no habían herramientas para llevarlos a cabo. Leonard Adleman en 1994 fue el primero en resolver un problema matemático utilizando ADN y enzimas y demostró que es una herramienta increíble para resolver problemas complejos de combinatoria. Conviene recordar que un fragmento de ADN es una secuencia de caracteres con un alfabeto de 4 letras, mientras que los ordenadores utilizan un código de solo dos letras. La ventaja del ADN es que nos permite generar todas las posibles combinaciones de forma muy sencilla. Un matemático podría argumentar, y con razón, que la matemática utilizada no es elegante, ya que no diseña algoritmos refinados que nos den la solución correcta con el mínimo potencial de cálculo, sino que la solución se obtiene a lo bruto. Lo que hacemos es generar todas las combinaciones posibles a un costo de tiempo y recursos asumibles y utilizando biología molecular aislamos la solución correcta sin necesidad de complejos cálculos u operaciones. Feo matemáticamente, pero tremendamente eficaz. Para entenderlo mejor vamos a fijarnos en como se utilizó la computación con ADN por primera vez.

Diseño de un problema y oligonucleotidos utilizados (Fu, Biotechnol. journal; 2007)

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica omnipresente en cualquier laboratorio de biología y sirve tanto para pruebas forenses, para análisis de alimentos, como para ingeniería genética. Adleman utilizo la PCR para resolver un problema que se le resistía a los ordenadores de la época, el del camino hamiltoniano. El problema es tan fácil de describir como difícil de resolver: imaginémonos un número n de ciudades conectadas por carreteras de una sola dirección. ¿Podemos encontrar un camino empezando en una ciudad determinada y acabando en otra que visite todas las ciudades una vez y solo una vez? Los algoritmos existentes solo permitían resolverlo “a lo bruto”, es decir, probar todas las combinaciones una a una hasta dar con la correcta, lo que obligaba a utilizar una elevada potencia de cálculo. Utilizar ADN también es un algoritmo a lo bruto, pero nos permite encontrar la solución correcta de forma rápida. La estrategia a seguir es:


1.- Cada ciudad y carretera se representa por una secuencia de ADN de 20 letras (técnicamente, nucleótidos). Si el problema tiene 7 ciudades, la solución correcta será un fragmento de ADN de 7x20: 140 letras.

2.- ¿Como se definen las diferentes carreteras existentes? Imaginemos que la ciudad A y la B están unidas por una carretera. Las 10 primeras letras de un fragmento representaran a la ciudad A y las siguientes 10 a la ciudad B, de forma que si hay una carretera que une A y J la carretera se representará por un ragmento de ADN cuyas 10 primeras letras coincidirán con las de la carretera AB y las diez últimas serán propias de J. Esto tiene una particularidad. Obviamente las ciudades son cruces de carreteras, de forma que una persona llega a A por la carretera JA y luego va a B por la carretera AB. Esta es la gracia del sistema. Secuencias iguales (¡son cadenas dobles! lo más correcto sería decir complementarias) se enlazarán entre sí durante la reacción de PCR de forma aleatoria.


3.- Ya tenemos que cuando pongamos todos los fragmentos de ADN juntos se enlazaran de forma aleatoria, ahora nos toca separar la solución correcta de las demás. Chupado. La gracia del problema es definir la ciudad de salida y la de destino. La reacción del PCR necesita de dos secuencias de ADN que hagan de cebadores, es decir, que le digan a la enzima donde tiene que empezar y donde tiene que acabar de copiar. Por lo tanto esos cebadores representaran el principio y el final del problema. Amplificarán alatoriamente todas las soluciones… pero la buena será la que tenga 140 letras, algo que es muy fácil de ver por una técnica rutinaria como una separación de ADN por electorferesis en gel de agarosa. Luego secuenciando el fragmento de ADN ya tenemos el problema resuelto de una forma rápida y barata.

Ejemplo de encriptación utilizando ADN (Fu, biotechnol. Journal; 2007)

De la misma forma que un semiconductor sirve para decir si o no, actualmente se están desarrollando herramientas basadas en secuencias de ADN y de ARN catalíticas que sirven para diseñar puertas lógicas. El sistema se basa en que tenemos diferentes opciones para que una cadena de ADN tenga o no actividad enzimática (catalice una reacción química), lo que nos permite el diseño de circuitos. También podemos utilizar secuendias de ADN para encriptar mensajes o para almacenar información. ¿cómo? pues no es dificil. Podemos definir un codigo con combinaciones de las 4 bases de ADN y ese fragmento de ADN insertarlo en cualquier organismo, que será el que lleve la información. Para descifrarla necesitaremos saber que cebadores utilizar y el código para descifrarla. En general la tecnología de la computación con ADN es todavía es un bebé que está aprendiendo a hablar. Ya hay circuitos capaces de realizar operaciones de aritmética elementales y jugar al tres en raya, pero todavía falta para que la manzanita no este fuera decorando sino integrada en la circuitería del ordenador.

Ejemplo de puertas lógicas utilizando secuencias de ADN catalíticas. (Willner et al, Chem. Soc. Rev 2008)

PD: Y con esta entrada participo en la edicion 2.4 del carnaval de matemáticas, que en este mes de mayo se aloja en el blog seispalabras.

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