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Should I stay or should I go!.. Me quedo o me voy!
Author: BIOGENIC on miércoles, 9 de diciembre de 2015

Por: Leonardo Galindo


 Hace 10 años decidí dejar mi hermosa Colombia en busca de una oportunidad para mejorar mi nivel académico haciendo un posgrado en biología molecular en el exterior. En primera instancia uno se preguntaría por qué dejar Colombia para mejorar el nivel académico. ¿Acaso es que en Colombia nuestras Universidades no tienen los elementos para preparar profesionales competitivos en este tipo de posgrados?  Debo confesar que en esa época no me preocupé por hacer una investigación exhaustiva acerca de cómo se comparaba hacer un posgrado en Colombia con uno en el exterior. Sin embargo, el hecho de haber realizado mi tesis de pregrado en un centro de investigación en el Valle del Cauca (El Centro Internacional De Agricultura Tropical - CIAT), me permitió comparar dos mundos: el de mis amigos de la Universidad Nacional de Colombia que habían decidido hacer sus tesis en la Universidad, y el de algunos compañeros y el mío que habíamos tenido la oportunidad de trabajar en el CIAT.



En principio es claro que el CIAT es un centro de investigación en Colombia, sin embargo la financiación que uno obtiene, la facilidad de obtener reactivos de manera pronta para realizar experimentos en biología molecular, y los equipos de la unidad de biotecnología, se asimilaban bastante a lo que las universidades en Estados Unidos, Canadá y Europa tenían, según comentaban muchos de los compañeros del centro que habían tenido la oportunidad de ver o estudiar en dichas instituciones. En contraste, al hablar con muchos de mis compañeros que habían decidido realizar sus tesis directamente en la universidad, era claro que había grandes deficiencias en las mismas áreas en la que el CIAT mostraba facilidades. Las historias de mis compañeros en la universidad iban desde no conseguir un  reactivo por meses, hasta no disponer de un equipo simple para realizar el experimento más básico de genética. Con este ejemplo no quiero decir que sea imposible hacer una tesis de pregrado en biología molecular en las universidades Colombianas, pero si existía una diferencia clara en esa época entre unas pocas instituciones/universidades con recursos suficientes para la investigación y la gran mayoría de universidades en nuestro país, o al menos esa era la impresión que yo tenía.



La segunda razón que me impulsó a salir del país, fue precisamente la diferencia aparente que existía entre el entrenamiento que recibía un estudiante de posgrado en Colombia y uno en el exterior. Además de las dificultades económicas aparentes que pueden existir, en especial para aquellos que buscan entrenamiento en disciplinas como la biología molecular, que requiere el uso de equipos y reactivos especializados, también era típico encontrar profesores entrenados localmente educando a los estudiantes en los programas de posgrado. Esto no era para nada malo pues los profesores entrenados en Colombia en esa época eran personas sumamente inteligentes, analíticos y críticos, pero desafortunadamente la falta de exposición a investigación de punta, que rara vez es posible en Colombia, no permitía a los profesores y estudiantes alcanzar todo su potencial.



Debo reconocer que es posible que muchas de estas concepciones no fueran 100% ciertas, pero de todos modos, influenciaron mi decisión de buscar suerte en el exterior. Y aquí estoy, luego de una maestría, varios años de trabajo y terminando mi doctorado en Canadá, con una nueva decisión a tomar: ¿volver o no volver?  De nuevo estoy empezando a investigar y tratando de dialogar con aquellos que han vuelto o se han quedado durante todos estos años.  Mi mejor amigo fue uno de esos valientes que luego de realizar su doctorado en Bélgica decidió volver. Lo llamo valiente, porque aún mi concepción (fundada en parte por lo que él me cuenta) muestra las dificultades aún presentes para conseguir dinero para investigación y la carga de trabajo abrumadora que hace difícil avanzar a un nivel competitivo internacional.



De mis excompañeros de CIAT que salieron a hacer sus estudios en el exterior, un porcentaje muy pequeño han vuelto a Colombia. La mayoría han encontrado trabajos en países en el exterior luego de terminar sus estudios de posgrado. Algunos aún se encuentran haciendo postdoctorados y es posible que decidan volver, otros estuvieron tanto tiempo afuera que crearon familias y decidieron no volver. Otros con deudas de préstamos beca en Colombia, vieron que era más fácil quedarse a vivir en el exterior para pagar por la deuda que volver a Colombia a tratar de buscar un trabajo donde las oportunidades son mucho más limitadas.



Al final del 2013 Colciencias anunció el programa “Es Tiempo de Volver”, el cual tenía como objetivo repatriar  de 100 a 200 investigadores anualmente, quienes podrían realizar estancias postdoctorales en las mejores universidades de Colombia. La inversión para el programa sería de 17.201 millones de pesos [1]. Dentro de los beneficios de vinculación a instituciones asociadas al sistema nacional de ciencia y tecnología estaban: 6 millones de pesos mensuales durante dos años, seguridad social y seguro de vida, beneficios tributarios, una beca de investigación (de hasta 75 millones de pesos anuales), y soporte de repatriación (10 millones de pesos). La posición postdoctoral era entonces por primera vez creada de manera oficial en el año 2014 en Colombia. En contraste, los postdoctorados fueron creados en Estados Unidos poco después de la primera guerra mundial [2]. Con esto no quiero decir que los estándares de educación deban ser medidos o simplificados con esta comparación, pero esta situación es en muchas ocasiones un reflejo de las desventajas en recursos que sufren muchos de nuestros países en comparación con países del primer mundo. A principios de 2014 muchos de los seleccionados por el programa “Es tiempo de volver” ya se encontraban en Colombia luego de haber dejado trabajos estables en el exterior (algunos incluso desde el año anterior), pero el proceso de vinculación a las instituciones asociadas al convenio del programa no se había completado para muchos de ellos [3, 4], y el presupuesto fue reducido de 17 a 11.000 millones. Aunque algunas personas si fueron vinculadas a las instituciones, cerca de 60 personas tuvieron problemas en su proceso, y muchas estuvieron sin empleo durante meses debido a los problemas logísticos del programa. Adicionalmente muchos de los beneficios ofrecidos para atraer a los cerebros fugados fueron modificados irrespetando el acuerdo; algunas instituciones decidieron reducir el salario pactado, o incumplir con los beneficios de repatriación [4]. A la fecha no han surgido nuevas informaciones sobre el programa, pero las convocatorias actuales de Colciencias de este año (noviembre de 2015), no muestran ninguna convocatoria de “Es tiempo de volver”. Este es solo un ejemplo de nuestra falta de experiencia para establecer procesos que beneficien la institucionalización de la ciencia y la tecnología como prioridad; a esto se suma la desorganización en la asignación del programa de regalías a gobiernos regionales sin objetivos claros en el marco científico, la extrema burocratización para legalizar recursos y realizar proyectos, y la total desvinculación entre la academia y la empresa privada [5]. Por ejemplo, en lo que concierne a este último punto es necesario decir que la mayoría de los países en donde la ciencia es actor central del desarrollo, el gobierno provee incentivos a las empresas que desarrollen programas de pasantías a estudiantes universitarios, y las industrias catalizan el desarrollo de nuevas tecnologías que las hagan competitivas a través de inversiones económicas dedicadas a que los investigadores de las universidades respondan preguntas básicas, que los sistemas de producción industriales no podrían resolver por si solos.



En las últimas dos décadas la ciencia en Latinoamérica ha empezado a dar pasos positivos con incrementos en la financiación científica [6]. Sin embargo la tasa de publicaciones y número de referencias en artículos internacionales, aún no son actores principales en revistas internacionales. En 2013 Brasil tuvo más de 46000 publicaciones  (consignadas en la base de datos Scopus). Colombia, a pesar de ubicarse en el cuarto lugar en número de publicaciones en Suramérica, solo tuvo un 10% de lo que obtuvo Brasil. Argentina tiene la proporción más alta de científicos por cada mil trabajadores con 3, mientras que Colombia ocupa el antepenúltimo lugar con un índice menor a 0.5 [6]. Así mismo Brasil es la única nación suramericana que gasta más del 1% de su producto interno bruto en ciencia y tecnología, mientras que en Colombia este valor es menor a 0.25%.



A pesar de que Brasil y Argentina son claros líderes en el apoyo a la ciencia de la región, existen aportes científicos específicos provenientes de Colombia. El CIAT (el centro de investigación del que hablé anteriormente), por ejemplo, tiene un presupuesto anual de 114 millones de dólares que es aproximadamente 1/5 del presupuesto de la agencia de financiación más grande en el Brasil (FAPESP – La Fundación de Investigación de Sao Paulo) [7]. La investigación en CIAT ha promovido el avance en los componentes nutricionales y de resistencia de forrajes tropicales, fríjol, yuca, y arroz entre otros cultivos. El programa de mejoramiento de fríjol en CIAT ha repercutido directamente en la alimentación de más de 30 millones de personas en África; el 70 % del arroz en Suramérica y el 90% de la yuca en Asia vienen de los programas implementados en el CIAT. Desde que el CIAT abrió sus puertas más de 13000 investigadores han sido entrenados allí [7].



Es evidente que aún falta mucho para hacer que la ciencia y la tecnología tomen su papel como actores centrales en Colombia. Brasil ha financiado a estudiantes para que vayan al exterior desde los años 50 para hacer estudios, y que puedan regresar para enseñar y hacer investigación [8]. En Chile y Argentina programas similares fueron creados más recientemente, de una forma similar a como lo hizo Colombia con el programa “Es tiempo de volver”. Es necesario que iniciativas como esta no mueran, pues pueden ser el comienzo de un cambio positivo que de la relevancia necesaria a la ciencia en nuestro país. Adicionalmente debemos ir más allá y crear programas de larga duración, que no solo garanticen la vinculación temporal de los científicos (entrenados tanto nacional como internacionalmente), sino que permitan darle continuidad a la investigación científica más allá de un postdoctorado. Un inversión mejor encaminada de regalías basadas en objetivos trazados por comités científicos, y encuadradas en lineamientos de las necesidades nacionales, permitirán establecer una mejor estrategia a largo plazo para crear una base duradera.



Y bueno, volver o no volver… Después de 10 años de haber dejado mi hermosa Colombia muchas cosas se vienen a la mente. El corazón y ese deseo de impactar directamente a nuestra sociedad me dicen que debería volver, luchar desde casa contra la marea, levantarme en mi tierra cada día a pesar de la falta de recursos y de la desidia del gobierno; pero la razón me muestra que es posible que una lucha a distancia sea más adecuada, donde un trabajo con recursos más abundantes me permita investigar de manera más competitiva y así mismo ayudar a otros a lograr un objetivo similar, donde pueda convertirme en catalizador para otros que en el futuro busquen también suerte en el exterior, o una oportunidad para aprender cosas nuevas que puedan llevar de vuelta a Colombia. Finalmente creo que no importa que decisión  se tome desde que el objetivo de ayudar a nuestro país esté claro… de cerca o de lejos.


Referencias

1. Colciencias [http://www.colciencias.gov.co/node/4247]
2. Kaiser D: Drawing Theories Apart : The Dispersion of Feynman Diagrams in Postwar Physics. University of Chicago Press; 2005.
3. Colciencias improviso con “Es tiempo de volver” [http://www.elespectador.com/noticias/educacion/colciencias-improviso-tiempo-de-volver-articulo-545629]
4. De cerebros fugados a cerebros desencantados [http://www.eltiempo.com/estilo-de-vida/ciencia/investigadores-denuncian-demoras-en-programa-es-tiempo-de-volver/15249435]
5. Si es tiempo de volver [http://www.las2orillas.co/si-es-tiempo-de-volver/]
6. Van Noorden R: SOUTH AMERICA by the numbers. Nature 2014, 510:202–203.
7. Catanzaro M, Miranda G, Palmer L, Bajak A: Big players South America science. Nature 2014, 510:4–6.
8. Fraser B: Homeward Bound: South American efforts to repatriate scientists are paying off. Nature 2014, 510:2014.

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Biología sintética
Author: Adriana Almeida on miércoles, 28 de octubre de 2015

Por Adriana Almeida

Si nos detenemos un momento a pensar en como vivimos nuestro día a día y la manera en la que los electrodomésticos y equipos digitales hacen parte de nuestra cotidianidad, es difícil imaginar como sería nuestra vida sin ellos. Sin embargo, no fue hace mucho tiempo que el desarrollo de los sistemas electrónicos ocurrió. Fue a partir de la creación del transistor eléctrico en 1947, por los físicos norteamericanos John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley [1]. La posibilidad de alterar una señal universal (electricidad) entre dos estados discretos (encendido o apagado) en fracciones de segundo ha sido la base de la construcción de redes de circuitos eléctricos extremadamente complejos. De manera similar a los transistores, los genes dentro de nuestro ADN pueden ser completamente encendidos (expresados) o completamente apagados (no expresados). Este control dinámico de los genes nos permite hacer una analogía entre la regulación génica y los circuitos eléctricos. Por lo tanto podemos inferir que el control de señales genómicas dentro de las operaciones celulares funcionan como redes de circuitos. El proceso de expresión génica es regulado a nivel del ADN, ARN, y proteínas y puede ser manipulado en cada una de estas etapas por medio de ‘interruptores’ moleculares [2].

En los últimos 50 años, un desarrollo acelerado en los campos de la genética, la biología celular, molecular y de sistemas, así como avances en la biotecnología y la bioinformática han producido una vasta cantidad de literatura científica en estos temas.

Nuevos campos de investigación se han desarrollado, los cuales explican la manera en la cual los genes pertenecientes a un genoma están organizados y estructurados (genómica); como ocurren los procesos de lectura génica (proceso conocido como transcripción) para la generación de un ARN mensajero (transcriptómica); de qué manera los ARN mensajeros producidos son traducidos a proteínas (proceso conocido como traducción) que ejercen y regulan un determinado proceso celular; y finalmente, cómo se organizan las proteínas en redes metabólicas que regulan y mantienen el funcionamiento de los organismos (metabolómica). Toda esta información ha llamado la atención de ingenieros químicos, electrónicos y de sistemas, que trabajando conjuntamente con biólogos, químicos y matemáticos, han generado una nueva rama de investigación multidisciplinaria conocida como la biología sintética.

Los pilares de la biología sintética

Pero indaguemos un poco cómo sucedieron los primeros adelantos en estas áreas de investigación que conllevaron al desarrollo de la biología sintética. Uno de los pilares fue el modelo sobre la regulación celular postulado por Jacob y Monod en 1961. Estos investigadores  descubrieron el operon Lac en Escherichia coli. El operon Lac esta conformado por tres genes (lacZ, lacY y lacA) regulados por un promotor (un promotor es una región del ADN que es reconocida por enzimas para iniciar el proceso de transcripción). El operon Lac esta presente en bacterias y es requerido para el transporte y la degradación de la lactosa.  Este descubrimiento permitió entender que las bacterias regulan genes (semejante a circuitos eléctricos) en respuesta al ambiente [3]. Igualmente, el desarrollo de técnicas moleculares como el descubrimiento de las enzimas de restricción [4] y la clonación en los 70’s, así como el desarrollo del proceso de reacción en cadena de la Polimerasa (acrónimo en ingles: PCR) en los 80’s [5] permitieron la manipulación genética de microorganismos por medio de la clonación y la expresión de genes que no hacen parte de su ADN original (ADN recombinante), para el estudio de diferentes procesos celulares, así como para la producción de proteínas y enzimas de interés.

La aparición de la biología de sistemas

En la mitad de los 90’s, la secuenciación automatizada de ADN y el mejoramiento en las herramientas computacionales permitieron la secuenciación de genomas microbianos completos, así como el desarrollo de técnicas para cuantificar ARN, proteínas, lípidos y metabolitos en forma masiva. Todos estos avances generaron una extensa cantidad de información sobre componentes celulares y sus interacciones [6], y fueron determinantes para la aparición de la biología de sistemas, en la cual biólogos e ingenieros de sistemas comenzaron a combinar experimentos in vitro (en el laboratorio) e in silico (por modelación computacional) para entender el funcionamiento celular. De la misma manera, el entendimiento global de los procesos celulares (como por ejemplo cómo son regulados los genes, cómo se producen las proteínas, cuales son sus funciones y su papel en el metabolismo) permitió la generación e integración de componentes genómicos en el laboratorio, los cuales pueden interactuar o regularse mutuamente frente a estímulos externos (proceso conocido como redes celulares sintéticas) [7]. A partir de esta etapa en la que se obtuvo una gran cantidad de información, se pudo establecer que los componentes celulares están organizados jerárquicamente, con unos elementos que controlan el funcionamiento de otros; además que hay grupos específicos de componentes que funcionan como un conjunto (similar a piezas de un engranaje) que permiten el funcionamiento de otros conjuntos de componentes (definido como componentes modulares funcionales). Como podemos apreciar, estos tipos de organización se asemejan mucho a sistemas de ingeniería [8]. De esta manera se gestó la idea que los sistemas biológicos podrían ser manipulados en el laboratorio, por medio de la reconexión o la reorganización de sus constituyentes modulares [9]. Fue entonces, hacia finales de los 90’s, cuando ingenieros químicos, electrónicos, de sistemas y mecánicos, así como físicos y químicos comenzaron a integrar la biología molecular en sus áreas de investigación [10] (Figura 1), y surgió la biología sintética, la cual puede ser usada para el estudio de la organización funcional de sistemas naturales existentes, así como para la creación de redes regulatorias artificiales que tienen un vasto potencial en áreas como la biotecnología y la salud.
Figura 1. Los principios de la biología sintética. Moléculas identificadas por medio de herramientas de la biología molecular son categorizadas dentro de una ‘caja de herramientas’ que  consiste en moléculas funcionales de diferentes tipos: ARN, ADN y proteínas. Estas herramientas son utilizadas para optimizar e incrementar sus posibles funciones, aumentando de esta manera el numero de herramientas disponibles. Estas partes son utilizadas como las piezas de un engranaje, para la construcción de circuitos sintéticos (definidos como la interconexión de componentes moleculares en el laboratorio, combinando promotores, genes y represores de diferentes maneras para producir diferentes respuestas), los cuales son capaces de ejecutar procesos binarios lógicos (como por ejemplo apagar/encender; fluorescencia/no fluorescencia). Tales circuitos son incorporados en células, las cuales pueden producir valiosas moléculas, pueden reprogramar células y pueden ser usadas en terapia celular, entre otros [10].

Los primeros circuitos biológicos sintéticos

En el año 2000, los avances iniciales en la biología sintética produjeron los primeros circuitos biológicos sintéticos análogos a circuitos eléctricos en E. coli [11]. Uno de los primeros estudios desarrolló un circuito de componentes moleculares que se asemeja a un circuito de interruptor “de palanca”, en el cual se pueden inducir respuestas binarias de encendido/apagado, expresión/no expresión, fluorescencia/no fluorescencia. Este circuito se basó en el ensamblaje de tres genes: lactosa 1, el gen represor del bacteriófago P1 y el gen de fluorescencia verde. El gen de lactosa 1 (lac1) es un gen que codifica una proteína capaz de transportar y degradar lactosa en ausencia de glucosa. Este gen y su promotor fueron aislados de la bacteria E. coli y su expresión es regulada por estímulos externos como metabolitos de la lactosa y el compuesto isopropilo β-D-1-tiogalactopiranosido (del inglés Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside, IPTG); el gen represor del bacteriófago P1, llamado cl, es responsable de mantener el material genético del bacteriófago (virus capaz de infectar y replicarse en bacterias) en forma de un plásmido (es decir de un ADN circular). Este gen fue aislado de un bacteriófago mutante que es termo-sensible, lo que quiere decir que puede ser regulado por estímulos externos como el calor [12]; y finalmente, el gen que codifica la proteína de fluorescencia verde (del inglés green fluorescent protein (GFP)) aislado de la medusa Aequorea victoria, que como su nombre lo indica, produce una señal de fluorescencia. Dos de los genes incluidos en el circuito, cl y lac1 son represores mutuos, lo que quiere decir que cuando la proteína cl se produce, contiene una secuencia de amino ácidos que reconoce el ADN del promotor de lac1, bloqueando la transcripción de lac1. De la misma manera, cuando la proteína lac1 es producida, esta contiene una secuencia que reconoce el promotor del gen cl, bloqueando su transcripción.  El gen GFP, el cual produce una señal de fluorescencia, se encuentra corriente abajo del gen cl, lo que significa que cada vez que el promotor corriente arriba del gen cl esta libre (no bloqueado), se produce una señal de fluorescencia. Además estímulos externos regulan el ARN producido por los genes lac1 y cl. En este caso en particular, cuando las bacterias son expuestas a calor, el ARN del gen cl es degradado y su proteína no es traducida, lo que genera el desbloqueo del promotor del gen lac1. Lac1 bloquea el promotor de cl, lo cual inhibe la producción de cl y GFP, eliminando la señal de fluorescencia. Esta inhibición es eliminada al exponer las bacterias a IPTG [13]. Las bacterias con este tipo de circuito de interruptor “de palanca” pueden cambiar entre los dos estados de respuesta (fluorescencia o no fluorescencia) dependiendo de los estímulos externos (IPTG o calor) (Figura 2a) [14].

Otro prototipo de circuito sintetico desarrollado a comienzos del 2000 fue un circuito oscilante llamado ‘represilador’, que consiste en un circuito cerrado con triple retroalimentación negativa. En este caso, cuatro genes hacen parte del circuito con sus respectivos promotores: proteína represora tet (tetR), lac1, GFP y cl. La proteína tetR regula la expresion de la tetraciclina (tc), la cual hace parte de una familia de genes que codifican antibióticos. El gen tetR fue aislado de E. coli y es usado frecuentemente en biología sintética, debido a su capacidad de regulación. En este sistema en particular, cuando el gen tetR es transcrito y traducido, su proteína bloquea los promotores corriente arriba de los genes lac1 y GFP respectivamente, reduciendo asi la señal de fluorescencia. La proteína lac1 regula a su vez la expresión del gen cl. Cuando el promotor de lac1 es bloqueado, se suspende la expresión del gen, y como normalmente el ARN se degrada rápidamente, el promotor del gen cl se libera, permitiendo su expresión. La proteína cl regula a su vez el promotor de tetR, permitiendo la  transcripción y traduccion de lac1 y GFP. Es por eso que cuando el circuito de “represilador” es activado, se observa una oscilación periódica con diferentes intensidades de fluorescencia [15] (Figura 2b).

Como podemos apreciar en los dos ejemplos anteriores, en este tipo de prototipos se pudieron establecer flujos de procesos de ingeniería en combinación con diseño experimental biológico durante la construcción de circuitos, los cuales incorporaron un diseño cuantitativo (cantidad de la señal de fluorescencia), una construcción física (la construcción del circuito cerrado en ambos ejemplos, que es similar a un circuito eléctrico), y mediciones experimentales seguidas por un proceso de depuración conducido a partir de la hipótesis (método científico) [16]. Igualmente durante esta primera etapa de la ingeniería sintética, se construyeron los primeros circuitos de comunicación entre células y se hicieron los primeros esfuerzos por modificar dominios de proteínas en el laboratorio (dominios proteicos son regiones dentro de la estructura de la proteína), los cuales funcionan como reguladores del ARN mensajero [13].



Figura 2. Representación esquemática de los primeros circuitos desarrollados por medio de la biología sintética durante los años 2000 al 2003 [13]. Diseño y comportamiento de los circuitos de interruptor de “palanca” (a) [14] y del “represilador” (b) [15]. Los cuadrados de colores son los promotores, las flechas de colores son los genes ensamblados en cada circuito. Las flechas negras muestran la dirección de transcripción y el comienzo de la secuencia de cada gen que se transcribe para producir un ARN mensajero. Las líneas negras terminadas sin flecha muestran los procesos de retroalimentación negativa (inhibición).

Consolidación de la biología sintética

En el año 2004 se llevó a cabo la primera conferencia internacional de biología sintética en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (acrónimo en inglés: MIT) y la primera competencia internacional de ingeniería en máquinas genéticas (acrónimo en inglés: iGEM) en la cual, se trazó el objetivo a largo plazo de generar un genoma completo ensamblado por ingeniería [17]. Esto quiere decir, colocar todos los componentes de un genoma funcional en el laboratorio. Por primera vez, grupos de investigación en esta área comenzaron a tratar de mejorar los sistemas genéticos por medio de la ingeniería para la creación de colecciones de partes modulares y el desarrollo de métodos para la construcción y la sincronización de circuitos biológicos artificiales [18]. Quizás uno de los éxitos mas notorios de este periodo fue en el área de la síntesis de isoprenoides para la producción de precursores de artemisina, un medicamento anti-malaria, producido naturalmente por Artemisia annua [19], el cual generó una gran apreciación por el potencial de la biología sintética en la salud humana.

A partir del 2008 hasta el 2013 se produjo un mayor grado de complejidad en el desarrollo de circuitos biológicos de ADN mediante el uso de arreglos mas amplios de partes modulares mejor caracterizadas, incrementando la  precisión e inducción de comportamientos de diferentes tipos. Este avance fue favorecido por el mejoramiento en métodos de ensamblaje de ADN y la reducción substancial de los costos en la síntesis de ADN, permitiendo así sintetizar genes a menor costo. En este periodo se desarrollaron igualmente los primeros circuitos sintéticos de ARN para el control de la regulación de la expresión génica como es el caso de la re-organización global del control de la trascripción del sistema inmune CRISPR-Cas en bacteria [20] y [21]. Además, otros estudios de este periodo se han enfocado en la regulación proteómica, sin embargo esta rama de investigación se encuentra en su fase inicial y la construcción de plataformas mas robustas es necesaria para permitir el control post-traduccional de proteínas de interés.

Igualmente, el desarrollo de estudios de ingeniería metabólica ha avanzado rápidamente. Se han creado circuitos sintéticos incorporando enzimas heterólogas (no producidas en el organismo) que pueden llenar los vacíos presentes en el sistema metabólico del hospedero. Este es el caso de varios estudios en la producción de biocombustibles [22] y bioplásticos mediante la manipulación de rutas metabólicas en E. coli. En el 2013 se logró la producción a gran escala del medicamento anti-malárico artemisina por medio del desarrollo sintético de la ruta metabólica del ácido artemísinico en levadura [23]. Otras tecnologías de terapia fueron desarrolladas durante este año, incluyendo una terapia basada en el uso de fagos y el desarrollo de estrategias terapéuticas celulares especificas. Este tipo de avances han generado mucha polémica debido a los riesgos en la salud y la seguridad de la biología sintética. Por lo cual se ha conformado una comisión de bioética que ha impulsado el desarrollo de controles de organismos sintéticos por medio del uso del interruptor programable para muerte microbiana, el cual puede prevenir la liberación de los organismos modificados al ambiente [13].

En el 2010 se publicaron los resultado de los dos primeros genomas sintetizados químicamente en la bacteria Mycoplasma mycoides [24]. Los genomas de interés fueron recreados mediante el ensamblaje de cassettes sintéticos de ADN por medio de recombinación in vivo en levaduras, y luego fueron transferidos a células de las bacterias recipientes. Un método similar fue utilizado en la producción de la primera levadura (Saccharomyces cerevisiae) con partes de un cromosoma ensamblado en el laboratorio, en el que se incorporaron genes sintetizados químicamente, sitios de recombinación alrededor de cada gen y se removieron regiones inestables del fragmento cromosómico original como son los transposones [25].

Conclusión

Como podemos apreciar, la biología sintética ha permitido la transferencia de todo el conocimiento científico adquirido en la era de las ‘ómicas’ (genómica, transcriptómica, proteómica, metabolómica) a una esfera mucho mas aplicada que puede abrir nuevos horizontes en campos como la salud humana, por medio de la terapia molecular personalizada para el tratamiento de enfermedades como cáncer, desordenes metabólicos, diabetes, malaria, e infertilidad [26]; en la agricultura, para la detección y el control de patógenos en plantas [27]; y en la producción de energía, por medio de la producción de biocombustibles [28] o plantas que iluminan en la oscuridad [29]. Todas estas posibles aplicaciones podrían ser muy valiosas para nuestra sociedad. Sin embargo, la falta de una comunicación apropiada por parte de las compañías o entidades que están desarrollando estas tecnologías con el publico puede generar miedo o desconfianza, pues no se ha creado una comunicación clara y rutinaria con el publico sobre los avances y las aplicaciones de la biología sintética. Además existe el riesgo de la manipulación de estas nuevas tecnologías por medio de monopolios, lo cual puede generar un acceso desbalanceado de estos avances para el beneficio de las comunidades. De igual manera, el progreso en las aplicaciones de la biología sintética, y en general de nuevas tecnologías, debería ir de la mano con el desarrollo de regulaciones a nivel gubernamental sobre las mismas, para garantizar un manejo ético y responsable.

Literatura citada

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor
[2] Ausländer S and Fussenegger M. 2013. From gene switches to mammalian designer cells: present and future prospects. Trends in Biotechnology. 31 (3) 155-168.
[3] https://www.dnalc.org/view/15884-The-lac-operon.html
[5] Saiki RK, Gelfand DH, Stoffel S, Scharf SJ, Higuchi R, Horn GT, Mullis KB, Erlich HA. 1988 Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase. Science 239, 487. DOI: 10.1126/science.2448875.
[7] Westerhoff HV and Palsson BO. 2004. The evolution of molecular biology into Systems biology. Nature Biotech. 22, 1249-1252.
[8] Hartwell LH, Hopfield JJ, Leibler S and Murray AW. 1999. From molecular to modular cell biology. Nature 402, C47-C52.
[10] Benner SA. 2003. Synthetic Biology: act natural. Nature 421, 118.
[11] McAdams HH and Shapiro L. 1995. Circuit simulation of genetic networks. Science 269, 650-656.
[12] Heinrich J, Riedel H-D, Baumstark BR, Kimura M, and Schuster H. 1989. The cl repressor of bacteriophage P1 operator-repressor interaction of wild-type and mutant repressor proteins. Nucleic Acid Research 17 (19), 7681-7692.
[13] Cameron DE, Bashor CJ and Collins JJ. 2014. A brief history of synthetic biology. Nature Reviews, Microbiology. Vol 12, 381- 390.
[14] Gardner TS, Cantor CR and Collins JJ. 2000. Construction of a genetic toggle switch in Escherichia coli. Nature 403, 339- 342.
[15] Becskel A and Serrano L. 2000. Engineering stability in gene Networks by autoregulation. Nature 405, 590- 593.
[16] Kaern M, Blake WJ and Collins JJ. 2003. The engineering of gene regulatory Networks. Annual Rev. Biomedical Engineer. 5, 179- 206.
[17] Ball P. 2004. Synthetic biology: starting from scratch. Nature 431, 624- 626.
[18] Endy D. 2005. Foundations for engineering biology. Nature 438, 449- 453.
[19] Ro DK et al. 2006. Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast. Nature 440, 940- 943.
[20] Wiedenheft B, Sternberg SH and Doudna JA. 2012. RNA-guided genetic silencing Systems in bacteria and archaea. Nature 482, 331- 338.
[21] http://biogenic-colombia.blogspot.ca/2015/10/crispr-una-herramienta-para-editar-el.html
[22] Steen EJ et al. 2010. Microbial production of fatty-acid-derived fuels and Chemicals from plant biomass. Nature 463, 559- 562.
[23] Paddon CJ et al. 2013. High-level semi-synthetic production of the potente antimalarial artemisinina. Nature 496, 528- 532.
[24] Gibson DG et al. 2010. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science 329, 52- 56.
[25] Dymond JS et al. 2011. Synthetic chromosome arms function in yeast and generate phenotypic Diversity by design. Nature 477, 471- 476.
[26] Maria Karlsson and Wilfried Weber. 2012. Therapeutic synthetic gene networks. Current Opinion in Biotechnology. 23:703–711
[27] http://2012.igem.org/Team:Colombia
[28] Georgianna DR & Mayfield SP. 2012. Exploiting diversity and synthetic biology for the production of algal biofuels. Nature. Vol 488: 329- 335.
[29] http://www.glowingplant.com/


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CRISPR, una herramienta para editar el genoma que está revolucionando la ciencia
Author: BIOGENIC on jueves, 8 de octubre de 2015

Por Diana Bernal-Franco

Como todos los seres vivos, los humanos estamos hechos en gran parte de proteínas, las cuales determinan muchas de las características de nuestros cuerpos. Las proteínas están codificadas por nuestro material genético, también conocido como ADN (Ácido DesoxirriboNucleico). Por esta razón, las diferencias entre el ADN de diferentes individuos, son a la larga las responsables por las diferencias entre individuos que hacen único a cada ser humano. Desde el 2012 se ha venido consolidando una herramienta que permite hacer cambios al ADN de forma muy precisa y relativamente fácil, conocida como CRISPR, la cual está revolucionando la comunidad científica por las increíbles oportunidades que abre para la investigación en medicina, agricultura y medio ambiente, y esta generando grandes debates éticos por el potencial que tiene para permitirnos crear bebes con características a nuestro antojo (Dance 2015).

¿Qué es CRISPR?

CRISPR es una herramienta de ingeniería genética basada en un sistema de defensa que tienen las bacterias. Cuando las bacterias son atacadas por virus, las bacterias se defienden cortando el material genético de éstos, utilizando unas “tijeras moleculares”, guiadas por ciertas secuencias que las bacterias han guardado dentro su propio material genético de ataques anteriores. Dichas secuencias tienen una estructura muy particular, que consta de una secuencia pequeña de ADN, seguida por la misma secuencia pero en reversa (es decir secuencias palindrómas), seguida por la secuencia que guía las “tijeras moleculares” hacia el ADN viral, seguida por mas secuencias palindrómas. Toda esta estructura se repite varias veces, cada vez secuencias que guía las “tijeras moleculares” hacia diferentes ADN virales. De ahí su nombre CRISPR, que no es más que las siglas de la descripción de la estructura de estas secuencias en inglés: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat. Desde el 2012, unos cuatro grupos de investigación han venido desarrollado la tecnología necesaria para convertir este sistema de defensa de las bacterias en una herramienta que les permita a los científicos cortar secuencias específicas de ADN en cualquier organismo (Pennisi 2013). Una vez los científicos cortan la secuencia de ADN que desean, el sistema de reparación de ADN de cada organismo intenta reparar el ADN cortado, pero este proceso es imperfecto, por lo cual la secuencia de ADN queda, en efecto, modificada (Dance 2015), como se ilustra en la figura 1.


Figura 1. Utilizando unas “tijeras moleculares” y una molécula guía de ARN -una molécula fácil y barata de obtener- los científicos pueden hacer cambios a las secuencias especificas de ADN que deseen. La molécula guía de ARN encuentra su secuencia de ADN complementaria y la corta. Cuando el organismo intenta reparar el corte ocurren errores y así la secuencia de ADN deseada queda modificada. Basado en Pennisi 2013.

¿Cuáles son las ventajas de CRISPR?

Antes de la aparición de CRISPR ya existían herramientas que permitían a los científicos modificar el ADN. Sin embargo, dichas herramientas son muy complejas y costosas, por lo que obtener resultados tangibles en un proyecto de modificación del ADN tardaba meses. Ahora, con la llegada de CRISPR, se pueden empezar a obtener resultados tangibles en cuestión de semanas (Pennisi 2013). Esta gran ventaja de CRISPR se debe a que el reconocimiento del ADN a modificar se logra a través de una molécula fácil de sintetizar y de almacenar, llamada ARN (que es como una prima del ADN), mientras que en las herramientas anteriores, el reconocimiento del ADN a modificar se basaba en proteínas, que son moléculas difíciles de sintetizar y de almacenar. En consecuencia, los experimentos basados en CRISPR son mucho más fáciles, baratos y rápidos de realizar, por lo que CRISPR está reemplazando a las anteriores herramientas de modificación del ADN en los laboratorios de investigación alrededor del mundo (Ledford 2015).

Aplicaciones de CRISPR y sus controversias

CRISPR puede funcionar prácticamente en cualquier organismo. Se ha utilizado exitosamente en levaduras, tabaco, arroz, ranas, ratones, conejos, y humanos (Sander and Joung 2014). Así que CRISPR tiene el potencial de ser aplicado en campos tan variados como el mejoramiento de plantas o animales, manejo ambiental y medicina.

Mejoramiento de plantas o animales
CRISPR representa una alternativa mucho menos costosa para modificar los genes de un organismo, bien sea plantas o animales, que los métodos tradicionales de transformación genética. En el caso de las plantas, se abre la posibilidad de modificar genes de plantas de menor importancia económica que las que tradicionalmente han sido mejoradas usando transformación genética, como el maíz y la soya. Así, CRISPR ya se ha utilizado para producir naranjas enriquecidas en vitaminas, y en el mejoramiento de animales, CRISPR se ha utilizado para producir ganado sin cachos o cabras resistentes a ciertas enfermedades (Ledford 2015).

Por otra parte, CRISPR genera grandes retos para la legislación que controla los organismos genéticamente modificados −tema ya de por si muy espinoso (Palacios 2014)−. Tradicionalmente los organismos genéticamente modificados se definen como organismos que poseen genes provenientes de otra especie de organismos. Por lo tanto es fácil determinar si un organismo es genéticamente modificado si es posible detectar el gen foráneo. En el caso de utilizar CRISPR para modificar un organismo, aunque el organismo no tendría genes foráneos, si tendría genes modificados con un objetivo especifico. Esto es diferente a que los organismos que hayan sido sometidos a mutagénesis, los cuales si pueden ser comercializados para consumo humano bajo la legislación actual. El utilizar CRISPR en el mejoramiento de organismos implica que ya no sería fácil determinar si un organismo es genéticamente modificado o si simplemente ha sido sometido a mutagénesis. Por esto, al menos en los Estados Unidos, todavía no es claro cómo se regularan los organismos generados con CRISPR (Ledford 2015).

Manejo ambiental
En el caso del manejo ambiental se ha propuesto introducir genes que disminuyan la sobrevivencia de especies que tengan efectos negativos sobre los humanos, como los mosquitos que transmiten la malaria o malezas que invaden los campos de agricultura. Sin embargo las consecuencias de modificar genes en especies silvestres podría tener consecuencias completamente impredecibles. Por ejemplo, es posible que erradicar una especie invasiva en particular promueva la aparición de otra especie invasiva, o que pasaría si se modifican genes diferentes a los pretendidos? (Ledford 2015). Así que es muy importante evaluar cuales podrían ser las consecuencias de utilizar CRISPR en especie silvestres, sobretodo porque CRISPR permite crear un poderoso sistema de propagación de genes modificados conocido como ‘gene drive’, el cual hace que el gen modificado se salte las leyes normales de herencia e invada una población natural muy rápidamente (Akbari et al. 2015), como se ilustra en la figura 2.

     

Figura 2. CRISPR se podría utilizar para propagar secuencias de ADN modificadas en poblaciones naturales de manera muy rápida. Normalmente una secuencia modificada se transmite solo a algunos individuos en cada generación, como se ve la parte superior de la figura. CRISPR permitiría que un ADN modificado se transmitiera a mas individuos de generación en generación, como se ve en la parte inferior, invadiendo poblaciones enteras en pocas generaciones. Basado en Ledford 2015.

Una aplicación de esta tecnología en el manejo ambiental, que está en las primeras etapas de desarrollo, es generar un animal ecológicamente equivalente al mamut, que se espera ayudaría a devolver la tundra a un ecosistema de pradera de estepa. Antes, la tundra estaba cubierta de praderas que aislaban el permafrost de la estepa, y los científicos han acumulado muchos datos que indican que el mamut era una especie indispensable para el mantenimiento de dichas praderas. Tras la extinción del mamut, las praderas desaparecieron, la estepa se convirtió en tundra y el permafrost se está derritiendo. Si el permafrost de la tundra se derritiera totalmente, liberaría 2.5 veces más gases de efecto invernadero que si se quemaran todos los bosques del mundo, y los gases de efecto invernadero son gran parte de la causa del calentamiento global (Lorena 2014). Por esto se busca obtener un animal equivalente al mamut que devuelva las praderas a la tundra, y así proteger el permafrost de la tundra. La idea no es revivir el mamut (lo cual es imposible porque los restos de mamut encontrados tienen el ADN demasiado degradado), sino modificar los elefantes asiáticos con adaptaciones que el mamut tenía, para crear un elefante modificado que pudiera vivir en la estepa. En este sentido CRISPR ha sido fundamental en este proyecto, ya que ha permitido a George Church y su equipo del instituto Wyss de la Universidad de Harvard, introducir genes de mamut a células de elefante en el laboratorio, a partir de las cuales potencialmente podrá surgir un elefante modificado (visite http://longnow.org/revive/projects/woolly-mammoth/ para saber más de este controversial proyecto).

En medicina
En el caso de la medicina, CRISPR tiene muchísimas posibles aplicaciones. Por ejemplo, es una herramienta prometedora para tratar pacientes afectados con el virus del sida. Actualmente existen tratamientos que minimizan la actividad del virus del sida, eliminado así los síntomas de la enfermedad prácticamente. Sin embargo, el virus inserta su material genético dentro del ADN de algunas células de los pacientes, y hasta ahora no hay tratamientos que puedan eliminar estas inserciones, las cuales pueden re-activar el virus, sobre todo en pacientes de mayor edad. Así que CRISPR ha sido utilizado exitosamente para eliminar el material genético del virus en células humanas infectadas con el mismo, pero hasta ahora estos experimentos solo se han llevado a cabo en el laboratorio (Hu et al. 2014).

Además, CRISPR también puede ser aplicado en combinación con otras tecnologías de avanzada, abriendo la posibilidad de modificar el ADN de células germinales −es decir espermatozoides u óvulos− y de embriones. Esta área de aplicación requiere de un profundo análisis ético, particularmente al ser utilizada en humanos, porque estas modificaciones genéticas podrían pasar a las siguientes generaciones, lo cual conllevaría riesgos imposibles de prever. Además, se abre la puerta a utilizar CRISPR para  hacer cambios genéticos no solo para curar enfermedades, sino para obtener características deseables en un nuevo ser humano; una puerta que fácilmente nos puede llevar a prácticas peligrosas y éticamente inaceptables (Cyranoski and Reardon 2015). El pasado mes de Abril, un laboratorio de la Universidad de Guangzhou, de la China, reportó la utilización de CRISPR para modificar genes en embriones humanos (Liang et al. 2015). Aunque los embriones eran inviables, el estudio ha causado un gran alboroto por ser el primer reporte de la aplicación de CRISPR en embriones humanos; tanto, que aún antes de que el estudio fuera publicado, varios de los científicos de Estados Unidos más influyentes en el área, como Jennifer Doudna −una de las descubridoras de CRISPR− y George Church, hicieron un llamado a poner un moratorio para que no se hagan modificaciones al ADN de células germinales humanas en Nature (Baltimore et al. 2015) y Science (Lanphier et al. 2015), posiblemente la dos revistas científicas más influyentes de nuestro tiempo. Sin embargo, investigadores del instituto Francis Crick, el nuevo centro de investigación en biomédica de Londres, pidieron autorización para editar genes en embriones utilizando CRISPR el pasado 18 de Septiembre, con el objetivo de investigar el desarrollo embrionario humano (Cressey et al. 2015).

Entre tanto, mientras se dan los debates éticos, se establece el marco legal que regirá el uso de CRISPR y se define quien se lleva el crédito intelectual, y de paso, el control de las patentes sobre CRISPR −las que están siendo disputadas por Jennifer Doudna y Feng Zhang, investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts y de la Universidad de Harvard (Regalado 2015)− muchos laboratorios alrededor del mundo continúan optimizando la tecnología CRISPR y utilizándola en los proyectos más significativos e impactantes del momento.

Referencias
Akbari, O. S., Hugo J Bellen, Ethan Bier, Simon L Bullock, Austin Burt, George M Church, Kevin R Cook, et al. 2015. “Safeguarding Gene Drive Experiments in the Laboratory.” Science 349 (6251) (August 28): 927–929.

Baltimore, D., Paul Berg, Michael Botchan, Dana Carroll, R Alta Charo, George Church, Jacob E Corn, et al. 2015. “A Prudent Path Forward for Genomic Engineering and Germline Gene Modification.” Science 348 (6230) (April 3): 36–38.

Cyranoski, David, and Sara Reardon. 2015. “Embryo Editing Sparks Epic Debate.” Nature 520 (7549) (April 29): 593–595.

Cressey, D., Abbott, A. and Ledford, H. 2015. “UK scientists apply for licence to edit genes in human embryos”. Nature Publishing Group. Tomado de http://www.nature.com/news/uk-scientists-apply-for-licence-to-edit-genes-in-human-embryos-1.18394 en Septiembre de 2015.

Dance, Amber. 2015. “Core Concept: CRISPR Gene Editing.” Proceedings of the National Academy of Sciences 112 (20): 6245–6246.

Hu, Wenhui, Rafal Kaminski, Fan Yang, Yonggang Zhang, Laura Cosentino, Fang Li, Biao Luo, et al. 2014. “RNA-Directed Gene Editing Specifically Eradicates Latent and Prevents New HIV-1 Infection.” Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111 (31): 11461–11466.

Lanphier, Edward, Fyodor Urnov, Sarah Ehlen Haecker, Michael Werner, and Joanna Smolenski. 2015. “Don’t Edit the Human Germ Line.” Nature 519 (7544) (March 12): 410–411.

Ledford, Heidi. 2015. “CRISPR, the Disruptor.” Nature 522 (7554) (June 3): 20–24.

Liang, Puping, Yanwen Xu, Xiya Zhang, Chenhui Ding, Rui Huang, Zhen Zhang, Jie Lv, et al. 2015. “CRISPR/Cas9-Mediated Gene Editing in Human Tripronuclear Zygotes.” Protein & Cell 6 (5): 363–372.

Palacios, Juan Diego. 2014. “Reconsiderando la critica a los Organismos Genéticamente Modificados”. http://biogenic-colombia.blogspot.com/2014_04_01_archive.html

Pennisi, Elizabeth. 2013. “The CRISPR Craze.” Science 341 (6148): 833–836.

López-Galvis, Lorena. 2014. “Cambio climático: ¿es verdad que hay un cambio?”. http://biogenic-colombia.blogspot.com/2014/10/cambio-climatico-es-verdad-que-hay-un.html.

Regalado, Antonio. 2015. “El hallazgo biotecnológico del siglo está envuelto en una guerra de patentes”. MIT Technology review. Traducido por Lia Moya. Tomado de http://www.technologyreview.es/biomedicina/46583/el-hallazgo-biotecnologico-del-siglo-esta/ en Septiembre de 2015.

Sander, Jeffry D, and J Keith Joung. 2014. “CRISPR-Cas Systems for Editing, Regulating and Targeting Genomes.” Nature Biotechnology 32 (4): 347–55.

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DOMESTICACIÓN: LA EVOLUCIÓN DIRIGIDA POR EL SER HUMANO
Author: Juan Diego Palacio-Mejía on miércoles, 16 de septiembre de 2015

Juan Diego Palacio-Mejía

Es difícil entender el estado actual de la civilización humana sin el impacto que ha tenido la domesticación de plantas y animales por parte del hombre. Incluso, es considerado que el hombre actual se ha “domesticado” a sí mismo favoreciendo algunos rasgos sociales. La domesticación también es definida como selección artificial, y es considerada una de las relaciones mas fascinantes entre los seres humanos y la naturaleza. El proceso de domesticación pudo haber comenzado entre 12,000 y 11,000 años durante lo que es conocido como la revolución del Neolítico (1). En ese entonces, algunas poblaciones de seres humanos dejaron de ser cazadores y recolectores, actividades que habían realizado el 95% de tiempo desde que anatómicamente el hombre moderno apareció 200.000 años atrás,  y abandonaron así su aparente exitosa estrategia de subsistencia para volverse agricultores (2). La transición de hábitos nómadas a sedentarios fue posible gracias al desarrollo de la agricultura, y esto a su vez hizo posible el desarrollo de las civilizaciones y dinastías que dieron origen a nuestros sistemas sociales actuales (3). Por esta razón, determinar dónde, cuándo y cómo los procesos de domesticación ocurrieron es un prerrequisito para estudiar y entender nuestras complejas sociedades (4). Este ensayo, pretende introducir al estudio de la domesticación de plantas y animales, definiendo el proceso y haciendo un recorrido histórico sobre su desarrollo.

Definiendo el Proceso de Domesticación

Para una correcta definición de domesticación, es necesario entender su etimología, sus características y las diferencias con otros términos. El término domesticación proviene del Latín domesticum que significa “perteneciente a la casa”, refiriéndose al hecho de trasladar una población de plantas o animales de su estado silvestre a las viviendas, ya sea campos de cultivo o jardines (5). La domesticación como término biológico, involucra la modificación de la variación genética de plantas y animales producto de las actividades humanas. Este proceso también conocido como selección artificial o antrópica, ocurre cuando los humanos seleccionan de manera directa o indirecta características de individuos o poblaciones, cambiando así las frecuencias de estas variantes en la especie. Con el paso de las generaciones, estos cambios pueden llegar a producir individuos difíciles de distinguir de sus ancestros silvestres (2).

El Síndrome de Domesticación

El proceso de domesticación no solo ha tenido un impacto en la formación de la civilización humana, también ha moldeado algunos aspectos de la biodiversidad. Esto es debido a que el proceso de domesticación implica una continua dependencia entre las especies y el hombre. En un principio, las especies animales y vegetales podían completar sus ciclos de vida en estado silvestre sin la intervención del hombre. Pero a medida que esta interdependencia se hizo más intensa, se llegó a casos en los que las especies no pueden reproducirse en condiciones naturales sin la activa intervención del hombre (6).

Uno de los aspectos mas trascendentales de la domesticación de plantas y animales es la selección de ciertas características morfológicas que ha su vez ha traído como consecuencia la adaptación a una gran variedad de condiciones ambientales. En su conjunto, estas nuevas características son conocidas como “síndrome de domesticación” (1). En plantas, muchas de las características asociadas al proceso de domesticación están relacionadas con cambios en las estructuras reproductivas. Las semillas y el proceso de germinación es tal vez donde mas evidencias del proceso de domesticación. Por ejemplo, la reducción de la habilidad de las plantas para dispersar las semillas, como es el caso del maíz. También lo son, la reducción en la dormancia de las semillas y una mayor sincronización de la germinación para hacerla mas predecible. Otro aspecto importante asociado a las semillas, es la selección de mayor tamaño, debido a que en muchos de los casos son el objetivo directo de la cosecha, especialmente en los cereales. En este sentido, un número mayor de inflorescencias también ha sido favorecido para obtener una mayor cantidad de semillas. Algunos aspectos estructurales de las planta también hacen parte del síndrome de domesticación, como es la reducción del número de tallos improductivos y como la reducción de mecanismos de defensa químicos, como el cianuro en la yuca, o físicos como las espinas (7).

En las especies animales el síndrome de la domesticación incluye cambios en el sistema endocrino (hormonal), especialmente para generar animales dóciles. Alterando los sistemas reproductivos y los patrones de reproducción. Algunas características de apariencia física han sido objeto de selección artificial como el color del pelaje, las orejas caídas y la apariencia juvenil, así como proporciones del cuerpo (8).

El estudio del Proceso de Domesticación

La domesticación es un proceso en el cual los seres humanos han seleccionado plantas y animales silvestres en una amplia variedad de formas que ha resultado de utilidad especifica para el hombre. El resultado de este proceso es la evolución de estas especie debido a la selección artificial. El estudio de los procesos de domesticación ha sido claves en el desarrollo de las ideas evolutivas. Por ejemplo, Charles Darwin dedicó el primer capitulo de su trascendental libro “El Origen de las Especies” (9) a la domesticación. Posiblemente, por que para entonces, en la Inglaterra del siglo XIX, durante la expansión del imperio Británico, el comercio permitió un amplio intercambio de mercancías, entre ellas animales domesticados, que hacía evidente como cada cultura había seleccionado sus propias razas de animales adaptadas a condiciones y necesidades locales. Esta evidencia de selección ejercida por el hombre era una clara prueba en contra de la inmutabilidad de la especies, ampliamente aceptada entonces, y servía de telón de inicio para una teoría evolutiva a través de la selección natural.

La civilización humana ha manipulado plantas y animales desde hace unos 12.000-10.000 años, a excepción del perro, cuya domesticación pudo haberse iniciado hace aproximadamente 30.000 años (10). Estos procesos de selección comenzaron con la selección de semillas de individuos que presentaban características de interés y se han ido extendiendo hasta nuestros días con el uso de modernas herramientas de biotecnología. Avances en áreas de las ciencias sociales como la arqueología y sociología así como de las ciencias biológicas, específicamente las tecnologías de secuencia durante la ultima década, han acelerado significativamente nuestro conocimiento sobre el proceso de domesticación. La integración de campos del conocimiento como la genética, las arqueobotánica, zooarqueología y geoarqueologéa, han ayudado a construir un marco multidisciplinario conceptual acerca de la domesticación. Particularmente ideas derivadas de la evolución biológica como la epigenesis, plasticidad genética y genética poblacional y cuantitativa han sido fundamentales para entender las consecuencias de los procesos de selección artificial sobre los cambios fenotípicos y su heredabilidad (1,6).

Creación del hombre: nuestro mejor amigo

El perro (Canis lupus familiaris) es sin lugar a dudas la mas impresionante y diversa de las especies domesticadas. Los perros se derivan del lobo gris (Canis lupus), el único de los mayores carnívoros domesticado (11). Aunque el origen geográfico y la época en que el perro fue domesticado es controversial, en lo que si están de acuerdo los investigadores es que ha sido un proceso de selección excepcional. Por ejemplo, es claro que el perro fue domesticado mucho antes del origen de la agricultura. Otro de los aspectos en los que este proceso difiere del resto de las especies domesticadas, son los genes que estuvieron bajo selección. En muchos animales domesticados, el proceso de selección fue realizado sobre diversidad genética previamente existente, cambiando sus frecuencias en la población. Un recientes análisis comparativo de genomas de diferentes razas de perros y de poblaciones de lobos, ha revelado series de mutaciones , que no han sido encontradas en el lobo gris, y que tienen efecto en la variación morfológica (12).

En resumen, el proceso de domesticación, que comenzó con los agricultores primitivos, y que ha sido mejorado con técnicas modernas de genética, ha permitido la transformación de poblaciones de plantas y animales silvestres en los productos que hoy consumimos de origen animal y vegetal en nuestra dieta, salud y a nivel industrial. La domesticación es un proceso evolutivo dirigido por la presión de selección antrópica que ha transformado la relación entre el hombre y la naturaleza.

Bibliografía

1. Larson G, Piperno DR, Allaby RG, Purugganan MD, Andersson L, Arroyo-Kalin M, et al. Current perspectives and the future of domestication studies. Proc Natl Acad Sci USA. 2014, Apr 22; 111(17):6139–46.

2. Simpson BB, Ogorzaly MC. Plants in our world: Economic botany. 4th ed. McGraw-Hill; 2014.

3. Callaway E. The birth of rice. Nature. 2014; 514(7524):8–9.

4. Diamond J. The local origins of domestication. In: Gepts P, Famula TR, Bettinger RL, Brush SB, Damania AB, MCguire PE, et al., editors. Biodiversity and agriculture: Domestication, evolution, and sustainability. New York: Cambridge University Press; 2012. p. 9–18.

5. Harlan JR. Crops and man. Madison: American Society of Agronomy; 1975.

6. Gross BL, Olsen KM. Genetic perspectives on crop domestication. Trends Plant Sci. 2010; 15(9):529–37.

7. Abbo S, Pinhasi van-Oss R, Gopher A, Saranga Y, Ofner I, Peleg Z. Plant domestication versus crop evolution: a conceptual framework for cereals and grain legumes. Trends Plant Sci. 2014; 19(6):351–60.

8. Andersson L. Genetics of Animal Domestication. In: Gepts P, Famula TR, Bettinger RL, Brush SB, Damania AB, MCguire PE, et al., editors. Biodiversity and agriculture: Domestication, evolution, and sustainability. New York: Cambridge University Press; 2012. p. 260–74.

9. Darwin C. On The Origen of Species by Mean of Natural Selection. London: John Murray; 1859. 502 p.

10. Bridgett M, Gray MM, Wayne RK. Genome-Wide Approaches for the Study of Dog Domestication. In: Gepts P, Famula TR, Bettinger RL, Brush SB, Damania AB, MCguire PE, et al., editors. Biodiversity and agriculture: Domestication, evolution, and sustainability. New York: Cambridge University Press; 2012. p. 275–98.

11. Chen J, Tian Q, Pang T, Jiang L, Wu R, Xia X, et al. Deep-sequencing transcriptome analysis of low temperature perception in a desert tree, Populus euphratica. BMC Genomics. 2014; 15(1):326.

12. Larson G, Fuller DQ. The Evolution of Animal Domestication. 2014;(September):115–36.

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