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El Código del Genoma Construye el Caso para la Creación

Hace unos días, estaba haciendo algunas compras navideñas para mis nietos y me encontré con algunos kits de construcción realmente geniales, diseñados para enseñar a los niños los principios de ingeniería mientras fomentan el juego imaginativo. Para aquellos de ustedes que todavía tienen uno o dos niños en su lista de Navidad, estos son algunos de los productos que me llamaron la atención:

Estos conjuntos de bloques de construcción están muy lejos de los simples kits de Lego con los que jugaba cuando era niño.

Por geniales que puedan ser estos juguetes de construcción, no se acercan al sofisticado kit de construcción que usan las células para construir las estructuras cromosómicas de orden superior. Este punto está poderosamente ilustrado por los descubrimientos del investigador italiano Giorgio Bernardi. En el transcurso de los últimos años, los equipos de investigación de Bernardi han descubierto principios de diseño que explican la estructura cromosómica, un conjunto de reglas a las que él se refiere como el código del genoma.1

Para apreciar estos principios y sus implicaciones teológicas, se requiere un poco de información básica. (Para aquellos lectores familiarizados con la estructura de los cromosomas, pasen directamente a El código del genoma).

Cromosomas

El ADN y las proteínas interactúan para formar cromosomas. Cada cromosoma consta de una sola molécula de ADN envuelta alrededor de una serie de complejos de proteínas globulares. Estos complejos se repiten para formar una estructura supramolecular que se asemeja a una cadena de perlas. Los bioquímicos se refieren a las “perlas” como nucleosomas.

Figura 1: Estructura del nucleosoma. Crédito de la imagen: Shutterstock

La cadena de nucleosomas se enrolla aún más para formar una estructura llamada solenoide. A su vez, el solenoide se condensa para formar estructuras de orden superior que constituyen el cromosoma.

Figura 2: Estructura cromosómica Crédito de la imagen: Shutterstock

Entre los eventos de división celular (llamados la interfase del ciclo celular), el cromosoma existe en una forma difusa extendida que no es fácilmente detectable cuando se observa con un microscopio. Justo antes y durante la división celular, el cromosoma se condensa para formar sus estructuras compactas fácilmente reconocibles.

Los biólogos han descubierto que hay dos regiones distintas, denominadas eucromatina y heterocromatina para los cromosomas en estado difuso. La eucromatina es resistente a la tinción con tintes que ayudan a los investigadores a verla con un microscopio. Por otro lado, la heterocromatina se tiñe fácilmente. Los biólogos creen que la heterocromatina está más empaquetada (y, por lo tanto, se tiñe más fácilmente) que la eucromatina. También han aprendido que la heterocromatina se asocia con la envoltura nuclear.

Figura 3: Estructura del Núcleo que Muestra la Distribución de Eucromatina y Heterocromatina. Crédito de la imagen: Wikipedia

El Código del Genoma

Históricamente, los biólogos han considerado que los cromosomas consisten en unidades composicionalmente distintas llamadas isocoras. En los genomas de vertebrados existen cinco isocoras (L1, L2, H1, H2 y H3). Las isocoras difieren en la composición de los desoxirribonucleótidos que contienen guanina y citosina (dos de los cuatro componentes básicos del ADN). La composición de GC aumenta de L1 a H3. La densidad de genes también aumenta, siendo la isocora H3 la que posee el mayor número de genes. Por otro lado, el tamaño de las piezas de ADN de homogeneidad composicional disminuye de L1 a H3.

Bernardi y sus colaboradores han desarrollado pruebas de que las isocoras reflejan una unidad fundamental de organización cromosómica. Las isocoras H corresponden a eucromatina rica en GC (que contiene la mayoría de los genes) y las isocoras L corresponden a heterocromatina pobre en GC (caracterizada por desiertos de genes).

Los equipos de investigación de Bernardi han demostrado que los dos grupos de isocoras se caracterizan por diferentes distribuciones de elementos de secuencia de ADN. Las isocoras pobres en GC contienen un nivel desproporcionadamente alto de secuencias de oligonucleótidos A, mientras que las isocoras ricas en GC albergan un nivel desproporcionadamente alto de secuencias de oligonucleótidos G. Estos dos tipos diferentes de elementos de secuencia de ADN forman estructuras rígidas que moldean la arquitectura tridimensional general de los cromosomas. Por ejemplo, las secuencias de oligonucleótidos A introducen curvatura en la doble hélice del ADN. Esta topología permite que la doble hélice se envuelva alrededor del núcleo de la proteína que forma los nucleosomas. Los elementos de la secuencia de oligonucleótidos G adoptan una topología que debilita la unión a las proteínas que forman el núcleo del nucleosoma. Como señala Bernardi, «Existe un vínculo fundamental entre la estructura del ADN y la estructura de la cromatina, el código genómico».2

En otras palabras, el código genómico se refiere a un conjunto de elementos de secuencia de ADN que:

  1. Codifica y moldea directamente la estructura cromosómica (mientras define la unión del nucleosoma),
  2. Es omnipresente en todo el genoma, y
  3. Superpone el código genético al restringir la composición de la secuencia y la estructura del gen.

Debido a la existencia del código genómico, las variaciones en la secuencia de ADN causadas por mutaciones alterarán la estructura de los cromosomas y provocarán efectos nocivos.

En conclusión: la mayor parte de la secuencia genómica juega un papel en el establecimiento de las estructuras de orden superior necesarias para la formación de cromosomas.

El Código Genómico Desafía el Concepto de ADN Basura

Según Bernardi, el descubrimiento del código genómico explica los altos niveles de secuencias de ADN no codificantes en los genomas. Mucha gente ve tales secuencias como vestigios de una historia evolutiva. Debido a la existencia y la importancia del código genómico, la gran proporción de ADN no codificante que se encuentra en los genomas de vertebrados debe considerarse funcionalmente vital. Según Bernardi:

Ohno, centrándose en los pseudogenes, propuso que el ADN no codificante era «ADN basura». Doolittle y Sapienza y Orgel y Crick sugirieron la idea de un «ADN egoísta», que involucra principalmente transposones visualizados como parásitos moleculares en lugar de tener una función adaptativa para sus anfitriones. Por el contrario, el proyecto ENCODE afirmó que la mayoría (~80 %) del genoma participa «en al menos un evento bioquímico asociado con el ARN y/o la cromatina en al menos un tipo de célula»…. A primera vista, la participación generalizada de isocoras en la formación de dominios de cromatina y compartimentos espaciales parece dejar poco o ningún espacio para el ADN «basura» o «egoísta».3

El Proyecto ENCODE

Durante la última década, los científicos del Proyecto ENCODE han estado tratando de identificar los elementos funcionales de la secuencia de ADN en el genoma humano. El hito más importante para el proyecto se produjo en el otoño de 2012 cuando el Proyecto ENCODE informó los resultados de la fase II. (Actualmente, ENCODE se encuentra en la fase IV). Para sorpresa de muchos, el proyecto informó que alrededor del 80 por ciento del genoma humano muestra actividad bioquímica, por lo tanto, función, y muchos científicos anticiparon que ese porcentaje aumentaría a medida que las fases III y IV avanzaran hacia su terminación.

Los resultados de ENCODE han generado bastante controversia, por decir lo menos. Algunos investigadores aceptan las conclusiones de ENCODE. Otros argumentan con vehemencia que las conclusiones van en contra del paradigma evolutivo y, por lo tanto, no pueden ser válidas. Por supuesto, si las conclusiones del Proyecto ENCODE son correctas, se convierte en una bendición para los creacionistas y los defensores del diseño inteligente.

Una de las quejas más destacadas sobre las conclusiones de ENCODE se relaciona con la forma en que el consorcio determinó la función bioquímica. Los críticos argumentan que los científicos de ENCODE combinaron la actividad bioquímica con la función. Estos críticos afirman que, como máximo, alrededor del diez por ciento del genoma humano es verdaderamente funcional, y que el resto de la actividad refleja ruido bioquímico y artefactos experimentales.

Sin embargo, como señala Bernardi, su trabajo (independiente del Proyecto ENCODE) afirma las conclusiones del proyecto. En este caso, el llamado ADN basura juega un papel fundamental en el moldeado de las estructuras de los cromosomas y debe considerarse funcional.

Función para el «ADN basura»

El trabajo de Bernardi no es el primero en reconocer la función generalizada del ADN no codificante. Otros investigadores han identificado otros atributos funcionales del ADN no codificante. Hasta la fecha, los investigadores han identificado al menos cinco roles funcionales distintos que desempeña el ADN no codificante en los genomas.

  1. Ayuda en la regulación de genes
  2. Funciona como un amortiguador mutacional
  3. Forma un nucleoesqueleto
  4. Sirve como sitio de unión para el aparato mitótico.
  5. Dicta la arquitectura tridimensional de los cromosomas

Una Nueva Visión de los Genomas

Este tipo de ideas nos obligan a repensar radicalmente nuestra visión del genoma humano. Parece que los genomas son sistemas bioquímicos increíblemente complejos y sofisticados y la mayoría de los genes cumplen funciones útiles y necesarias.

Hemos recorrido un largo camino desde los primeros días del proyecto del genoma humano. Hace solo 15 años, muchos científicos estimaron que alrededor del 95 por ciento del genoma humano consiste en basura. Eso aparentemente proporcionó evidencia convincente de que los humanos deben ser el producto de una historia evolutiva. Hoy en día, la evidencia sugiere que cuanto más aprendemos sobre la estructura y función de los genomas, más elegantes y sofisticados parecen ser. Es muy posible que la mayor parte del genoma humano sea funcional.

Para los creacionistas y los defensores del diseño inteligente, esta visión cambiante del genoma humano brinda razones para pensar que es obra de nuestro Creador. Un escéptico podría preguntarse por qué un Creador crearía genomas llenos de tanta basura. Pero si una gran proporción de los genomas consiste en secuencias funcionales, entonces este desafío ya no tiene peso y se vuelve cada vez más razonable interpretar los genomas dentro de un modelo de creación/diseño inteligente.

¡Qué gran regalo de Navidad!

Recursos

Junk DNA Regulates Gene Expression

El ADN Basura Sirve como Amortiguador Mutacional

El ADN Basura Cumple una Función Nucleoesquelética

El ADN Basura Juega un Papel en la División Celular

Proyecto ENCODE

Estudios que Afirman los Resultados de ENCODE

Notas
  1. Giorgio Bernardi, “The Genomic Code: A Pervasive Encoding/Molding of Chromatin Structures and a Solution of the ‘Non-Coding DNA’ Mystery,” BioEssays 41, no. 12 (November 8, 2019), doi:10.1002/bies.201900106.
  2. Bernardi, “The Genomic Code.
  3. Bernardi, “The Genomic Code.