Desde el tiempo de la domesticación del fuego y la
elaboración de las herramientas de piedra, era obvio que nuestras habilidades
podían ser usadas tanto para el mal como para el bien. Pero no fue sino hasta
hace muy recientemente que nos dimos cuenta que incluso el uso benigno de
nuestra inteligencia y de nuestras herramientas podría – porque no somos lo suficientemente
inteligentes para prever todas las consecuencias – ponernos en riesgo
Carl
Sagan – Billones & Billones
Variación
Si comparamos el ADN de cualquier par de humanos, si
miramos las dos series de 3000 millones de nucleótidos lado a lado podemos
contar el número de posiciones en que difieren. Si sacamos el porcentaje de
diferencia, veríamos que en promedio cualquier par de ser humanos sobre el
planeta tienen una similitud aproximada de 99.8% en dichos caracteres. Esto quiere decir que en promedio 2.994’000.000
de caracteres son iguales entre dos personas del planeta. Sin embargo, esto
también quiere decir que hay 6’000.000 de caracteres distintos, que a su vez están directamente relacionados
con las diferencias físicas, fisiológicas y moleculares que son evidentes en
nuestra especie (sin olvidar por supuesto, que las variaciones moleculares son
altamente influenciadas por el ambiente).
Estos cambios se han acumulado con el tiempo y
corresponden a lo que conocemos como mutaciones. Aunque existen mutaciones
inducidas por agentes físicos y químicos externos (ejemplo: rayos UV), la
mayoría de los cambios acumulados en los organismos se dan por mutación natural
debido a factores intrínsecos del genoma. Las mutaciones en el genoma de un
organismo pueden tener causas diversas entre las que están: errores en la
replicación del ADN, daños que no pueden ser reparados por la maquinaria
celular o inserciones de elementos móviles.
Especiación
De hecho los errores en la replicación del ADN (en las
células que dan origen a la siguiente generación) son parte fundamental de la
especiación. Dichos cambios pueden derivar en variaciones que pueden verse en
la progenie, y que resultan en nuevas funcionalidades a nivel molecular, fisiológico
y físico. Al cabo de varias generaciones y ayudados por influencias
ambientales, dichas variaciones acumuladas han derivado en los procesos de
diversificación y especiación que son demostrados por la gama de organismos que
vemos en el planeta tierra.
Si los procesos de
especiación dependen de la mutación entonces todo organismo sobre el planeta
tierra podría ser considerado como un mutante. Día tras día y en todas las
especies, algunos de los caracteres del libro de la vida son modificados por
accidente, por errores de la maquinaria de replicación de ADN o por agentes
externos. Los cambios pueden efectuarse a pequeña escala como cuando un solo
carácter cambia, o a gran escala como cuando un fragmento grande del ADN es
totalmente borrado o cambiado de lugar, lo cual es conocido como un evento de
deleción-inserción. Desde los organismos más pequeños como virus y bacterias,
hasta los que demuestran una “complejidad” más alta como los mamíferos, los procesos de mutación
generan variaciones que permiten encontrar nuevos ajustes ante un mundo
cambiante.
Tecnología
Pero en la medida en que logramos
tener un mejor entendimiento sobre los procesos de mutación, era solo cuestión
de tiempo hasta que las herramientas biotecnológicas permitieran utilizar
procesos netamente naturales en la alteración de los genomas. Uno vez logramos entender
que los cambios en los caracteres que componen los genes pueden dar lugar a
cambios visibles, era de esperarse que empezáramos a inducir cambios en
regiones específicas para encontrar las funciones génicas. Así surgieron las
técnicas de “forward and reverse genetics”, donde a partir de la
inducción de mutaciones puntuales aleatorias (de un carácter o nucleótido), se
pueden generar individuos con características aberrantes para establecer los
vínculos de dichas características (fenotipo) con los cambios a nivel del
genoma (genotipo) [1]. De allí se dio un paso más hacia lo que conocemos como mutagénesis insercional
[2]. En esta técnica, fragmentos específicos de ADN de
origen vírico o en forma de elementos transponibles (elementos móviles conocidos
como ADN saltarín y de los cuales hablaremos en detalle más adelante), se
insertan en los genes o en regiones cercanas a ellos, alterando su función o
dañándolos por completo, con el mismo propósito de alterar el genoma para
generar cambios en el fenotipo. Es interesante que en paralelo, la biotecnología permitiera así
mismo implementar una técnica en la que fragmentos de ADN llevaban genes
específicos para incorporar nuevas funciones en un organismo en vez de generar
mutaciones. Esta nueva metodología se dio a conocer como transgénesis, y a
pesar de cumplir su cometido, la mutación no ha podido ser sacada totalmente de
la ecuación como veremos en la siguiente sección. Adicionalmente es de resaltar
que la transgénesis implementada mediante la biotecnología comparte grandes
similitudes con el proceso natural de transposición (movimiento de elementos transponibles
en el genoma), lo cual nos permite reflexionar acerca del alcance de la influencia
humana en la alteración de los procesos “naturales”. El conocimiento sobre la
mutación y la biotecnología nos han permitido emular la naturaleza y
modificarla. Ahora veamos en detalle como procesos biotecnológicos como la
transgénesis se utilizan para dicho propósito.
¿Son mutantes los organismos genéticamente
modificados?
La creación de los
organismos transgénicos (específicamente de las plantas transgénicas), se dio
gracias al descubrimiento del mecanismo mediante el cual una bacteria infecta
naturalmente las plantas [3]. Agrobacterium
tumefaciens infecta las raíces de las plantas y transfiere una sección de
su ADN al genoma de la planta hospedera para obligar a la planta a producir
compuestos benéficos para el desarrollo de la bacteria. Sin embargo, la sección
de ADN que la bacteria transfiere, donde se encuentran los genes para
sintetizar compuestos benéficos para la bacteria, puede ser reemplazada por
otros genes mediante ingeniería genética [4]. Solo los extremos de dicha sección (llamada T-ADN), son
necesarios para la integración del T-ADN en el genoma hospedero, y flanqueado
por dichos extremos, es posible colocar casi cualquier gen que se quiera
transferir. De la misma manera, nuevas técnicas de transformación genética han
sido implementadas, donde se bombardea a la planta con partículas de tungsteno
u oro recubiertas del ADN que se quiere transferir [5, 6]. Una vez en las células las partículas de ADN se
integran en los cromosomas del genoma hospedero. Es posiblemente acá donde está
el meollo del asunto: ¿y donde se integra este ADN foráneo y que hace?
Bueno, dicho ADN se integra
de manera más o menos aleatoria [7] (aunque actualmente se están generando técnicas de
direccionamiento [8]), lo cual quiere decir que podría terminar en casi cualquier
región del genoma del hospedero. Si la integración de dicho fragmento ocurre en
un gen esencial para la supervivencia del organismo entonces el resultado será
que el organismo morirá o no podrá desarrollarse. Así mismo, el fragmento puede
ser insertado en un gen no tan esencial, pero que puede ser crítico para una
función fisiológica o de desarrollo. Por ejemplo si uno de los genes de defensa
contra una enfermedad es interrumpido, es posible que la planta tenga rutas
metabólicas alternas para tratar de contrarrestar el patógeno, pero su
susceptibilidad ante el agente infeccioso específico puede aumentar. Es de
recalcar que los genes no actúan como entidades individuales sino que son parte
de un sistema; todos las partes de una célula incluyendo genes, proteínas y
metabolitos actúan en sinergia para lograr una función específica. En ese
sentido, la introducción de una variable foránea de forma espontánea puede producir
modificaciones tan grandes como la alteración de una ruta metabólica, pero si
es bien controlada y estudiada, entonces la adición de la variable génica,
puede adicionar una función sin perturbar el resto del sistema. La inserción
aleatoria de ADN foráneo puede entonces resultar en distintas variaciones del
genoma hospedero.
Sin embargo, sería
irresponsable por parte de los científicos incrementar una característica
deseable mediante la introducción de un gen, y no hacer un seguimiento
detallado del contexto genómico donde el ADN foráneo se inserta, o de las
repercusiones en el desarrollo o fisiología de la planta. Esta es una de las
razones por las cuales los programas de mejoramiento genético usando
transgénicos están sometidos a largos procesos de evaluación internos, y los
productos derivados (por ejemplo: alimentos provenientes de plantas
transgénicas) deben ser aprobados por las entidades estatales sanitarias [9], antes de poder ser comercializados. Es evidente que
por la aleatoriedad de las inserciones de ADN foráneo un gran porcentaje de
transformaciones genéticas pueden resultar en mutaciones fatales o
detrimentales para la planta, pero no son dichas plantas las que son escogidas
para seguir en el programa de mejoramiento. Las plantas son seguidas a veces
durante varias generaciones para asegurarse de que la característica
introducida (ejemplo: gen de defensa a insectos o resistencia a
pesticidas) este transmitiéndose de
padres a hijos, y de que no exista ninguna alteración adicional en el
funcionamiento normal de la planta.
¿Es la introducción de ADN foráneo un proceso ideado
por los humanos y que irrumpe con la evolución biológica natural?
Sí y no… como vimos
anteriormente el proceso de transgénesis usando A. tumefaciens fue posible gracias a un proceso natural
preexistente. Aunque los humanos estemos ahora introduciendo genes específicos
de organismos divergentes, es poco probable que las personas que consuman plantas
infectadas naturalmente por esta bacteria, u otras que transfieren así mismo su
ADN, crean que se está jugando con la evolución o que comer dicha planta tenga
repercusiones directas en su salud (en gran medida porque cuando estos procesos
se dan de manera natural, no los podemos controlar o ver).
Existen además, dentro de
casi todos los organismos estudiados a la fecha, unos fragmentos de ADN llamados
elementos transponibles [10], los cuales se movilizan a nuevas regiones genómicas
de una manera más o menos aleatoria (esto depende de la familia de transposones
que se estudia), pero que tienen un comportamiento de cierta manera muy similar
al T-ADN de A. tumefaciens. De hecho
esta similitud llevó a los científicos a utilizar a los transposones como
herramientas de transgénesis y mutagénesis insercional [2]. Mientras que la función de transgénesis se asimila
mucho a lo que se hace con el T-ADN de Agrobacterium, la mutagenesis se
vió como una función natural que podía ser implementada para descubrir la
función de los genes como describimos anteriormente. De cierta manera tanto
transposones como las secuencias de T-DNA pueden tener los mismos efectos en un
genoma hospedero.
Sin embargo los transposones
son parte de cada genoma y su influencia mutagénica y en la evolución biológica
es, sin lugar a dudas, mucho mayor que la que un único gen (o unas pocas
copias) introducido por ingeniería genética pueda tener. En plantas como las
gramineas entre el 50 y el 80% del genoma puede estar compuesto por
transposones [11, 12]. Estos elementos están separados en familias
divergentes [13] cada una de las cuales actúa de forma distinta y
pueden movilizarse a secciones específicas del genoma con más o menos
efectividad. Los transposones son activados por estrés ambiental y aunque por
su taza de mutación suelen inactivarse rápidamente, siempre permanecen en el
genoma algunas copias activas que se mueven y pueden tener una fuerte
influencia en la restructuración del genoma y la expresión génica. En Arabidopsis thaliana por ejemplo, la
movilización de transposones a regiones cercanas de los genes, causa
inactivación de dichos genes [14]. Así mismo la inserción de transposones dentro de
genes puede producir nuevas funcionalidades génicas mediante un proceso por el
cual ciertas proteínas del transposon son incorporadas a las funciones normales
del gen y la célula [15, 16]. Los elementos transponibles también pueden
localizarse en zonas específicas del genoma donde se especula que pueden ayudar
a la evolución de familias génicas específicas, lo cual ha sido mostrado para
genes de resistencia en plantas y otros organismos [17]. Si bien es cierto que la movilidad de un transposón
en el marco de lectura del gen que produce la proteína resulta en la mayoría de
las ocasiones en la disfunción génica, es de recalcar que el mismo genoma tiene
mecanismos, por ejemplo de origen epigenético [18], para mutar o apagar rápidamente los transposones que
puedan ir en detrimento de la expresión génica.
Es interesante ver la
cantidad de similitudes entre el proceso de movilización y mutagénesis de los
transposones y el proceso de ingeniería utilizado por el hombre para la
transgénesis. Y aunque se podría decir que la transposición es un proceso
natural y la transgénesis no, la verdad es que el nivel de mutagénesis y cambio
genómico producidos por los cientos o miles de transposones en un genoma supera
ampliamente al proceso controlado utilizado en los organismos genéticamente
modificados.
Para pensar…
No todo está dicho sobre los
organismos transgénicos: si el proceso de manipulación génica es homologable a
lo que pasa en la naturaleza o si estos pueden llegar a provocar efectos
secundarios no previstos.
Aunque existen procesos
naturales de transferencia de genes de bacterias y transferencia horizontal de
secciones de ADN (como por ejemplo gracias a agentes infecciosos), dichos
procesos no son tan comunes, y la selección natural posiblemente fija solo
algunos de estos cambios naturales en los organismos. Por otro lado los errores
naturales en la replicación y reparación del ADN y las inserciones debidas a la
movilidad de los elementos transponibles están omnipresentes en la naturaleza y
causan mutaciones continuamente y a un nivel muy superior a una inserción única
de un transgen.
Los procesos mediante los
cuales se producen organismos transgénicos tienen un fuerte control de calidad,
pero uno podría preguntarse si la velocidad de transferencia y la presión para
fijar un gen que no es seleccionado por la naturaleza pueda llegar a tener
repercusiones imprevistas, más cuando se cruzan barreras interespecíficas poco usuales.
Si bien es necesario confiar en los hechos presentados hasta el día de hoy que
muestran que la mayoría de los estudios en transgénicos no han resultado en
consecuencias negativas para la salud, es importante mantener un cierto nivel
de escepticismo que nos permita hacer estudios concienzudos y más profundos
para prever posibles consecuencias de nuestros avances tecnológicos.
Referencias
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9. ¿Podemos morir si comemos alimentos transgenicos? [http://biogenic-colombia.blogspot.fr/2013/11/podemos-morir-si-comemos-alimentos_7.html]
10. Los intrincados movimientos del ADN [http://biogenic-colombia.blogspot.ca/2012/08/los-intrincados-movimientos-del-adn-por.html]
11. Schnable PS, Ware D, Fulton RS, Stein JC, Wei F, Pasternak S, Liang C, Zhang J, Fulton L, Graves T a, Minx P, Reily AD, Courtney L, Kruchowski SS, Tomlinson C, Strong C, Delehaunty K, Fronick C, Courtney B, Rock SM, Belter E, Du F, Kim K, Abbott RM, Cotton M, Levy A, Marchetto P, Ochoa K, Jackson SM, Gillam B, et al.: The B73 maize genome: complexity, diversity, and dynamics. Science (New York, NY) 2009, 326:1112–5.
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17. Richter TE, Ronald PC: The evolution of disease resistance genes. Plant molecular biology 2000, 42:195–204.
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