Descubriendo los secretos de los cromosomas

1993/11/01 Alargunsoro, F. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Genetika

Durante dos años, 147 investigadores trabajaron en 35 laboratorios europeos para secuenciar el tercer cromosoma de levadura de pan (es decir, Saccharomyces cerevisiae). Por primera vez en el mundo conocen todas las bases de un cromosoma.

Tiene dieciséis cromosomas y aquí se muestran separados por electroforesis. Contiene un total de 13.612.00 nucleótidos. Se observa que el tercer cromosoma secuenciado hasta ahora es uno de los más pequeños.

¿Por qué eligieron esta levadura para realizar un estudio tan importante? Esta levadura, que ha servido durante miles de años para hacer pan, puede servir de ejemplo a todas las plantas y animales de todo el mundo. En su patrimonio genético hay también genes de insectos, plantas y seres humanos. No obstante, dado que tan sólo se ha aclarado el tercero de los 16 cromosomas de la levadura, esperamos que todavía tengamos muchas sorpresas. Es posible encontrar el gen de la insulina (que regula la tasa de azúcar en la sangre) o que produce cáncer. ¿No es el hombre el ser humano el ser que tiene todos los genes de este hongo microscópico y además los suyos?

Digamos que los organismos vivos se clasifican en grupos denominados procarioto y eucarario. En los procariotas (por ejemplo, bacterias y algas azules), el conjunto de genes o el genoma no se encuentra en el núcleo de la célula que la delimita y en los eucariotas (en todas las demás especies) el genoma se encuentra en el núcleo de la célula. La levadura de pan es un eucarioto simple y el hombre un eucarioto más complejo. Por ello, si en la levadura, por ejemplo, se encontraran genes de cáncer o oncogenes, sería una oportunidad única para analizar su influencia en el ser humano.

Sin embargo, la levadura de pan no es de interés exclusivamente médico. Las distintas cepas o escorias de Saccharomyces cerevisiae se utilizan también en la industria, además de en panaderías, en la industria vitivinícola y de cerveza, y en estas actividades se mueven miles de millones de dólares. Por eso, alrededor de cuatro mil científicos en el mundo investigan si uno de los 600 que hay en la naturaleza es uno de los tipos de levadura.

Actualmente se está estudiando en Europa el segundo y undécimo cromosoma de levadura, con más de la mitad de los genes secuenciados. Los cromosomas primero, quinto, sexto y noveno están siendo explorados por investigadores de Canadá, Estados Unidos, Japón y Gran Bretaña respectivamente. En breve, otros cinco cromosomas 7, 8, 10, 14 y 15 comenzarán a secuenciarse en la red europea de laboratorios y se espera que para el año 2000 descubran todos los secretos del genoma de la levadura. El alto nivel de información y los sistemas de trabajo que entonces se van a dominar van a permitir acometer tareas mayores. Por ejemplo, para estudiar completamente el genoma humano será necesario secuenciar más de 50.000 genes y miles de investigadores en todo el mundo tendrán que hacerlo.

Pero debido a la cantidad de dinero y al trabajo que supone explorar por completo el genoma humano, esta tarea no estará terminada mañana o pasado. En el momento de su realización se identificarán los genes que producen más de 3.000 enfermedades genéticas actualmente inventariadas. De esta forma se consigue una mejor comprensión, tratamiento y, tal vez, prevención de estas enfermedades.

La levadura de pan tiene algunas ventajas para la investigación. Al igual que las bacterias (como Escherichia coli, por ejemplo), es un organismo unicelular fácilmente manipulable, pero al ser eucariota tiene núcleo y funciones biológicas como los seres vivos superiores. A pesar de ser doscientas veces menor que el genoma humano, el genoma de la levadura contiene toda la información necesaria para la vida de la célula. En otras palabras, es un modelo de tamaño reducido de la célula.

El núcleo de la levadura puede considerarse un libro formado por una molécula (ADN o ácido desoxirribonucleico) que transmite el mensaje genético. Sólo se utilizan cuatro letras (base o nucleótido) para escribir el libro: A (adenina), C (citosina), G (guanina) y T (timina). El libro de la levadura consta de dieciséis capítulos o cromosomas, con un total de 7.000 párrafos o genes, cada uno con el mensaje de una característica genética heredable. El volumen total estimado del libro es de 13.600.000 letras o nucleótidos.

El tercer cromosoma analizado en treinta y cinco laboratorios europeos, de 182 genes, es uno de los capítulos más breves de todo el libro, con sólo un 2,5%. Sus 315.356 nucleótidos forman los 182 genes, pero también las secuencias genéticas que no aparecen en la propia misión. Secuencias de regulación, partes repetidas, intrusiones, etc. son. No tienen código pero son importantes para expresar el gen. En la levadura los genes se consideran más de dos tercios del genoma y el resto está formado por secuencias no codificadas.

Por cada gen que ha destacado en el tercer cromosoma de la levadura, investigadores de diferentes laboratorios han consultado tres grandes bases de datos: la alemana de Heidelberg, la estadounidense de Los Alamos y la japonesa de Mishima. Tras la consulta, han descubierto que 37 de estos 182 genes eran conocidos por haber sido encontrados previamente con métodos de genética clásica.

Hay que decir que después de que Pasteur descubriera el papel de la levadura en la fermentación del alcohol, este microorganismo se ha analizado constantemente en los laboratorios. La bacteria Escherichia coli es otro microorganismo que se investiga constantemente en los laboratorios. Tanto una como otra son fáciles de manipular y reproducir. Hasta el momento, por tanto, los 37 genes descritos se han encontrado sin ningún plan concreto, pero los 117 restantes 145 genes del tercer cromosoma no tienen semejanza en la naturaleza y los genéticos codifican funciones que aún no conocen. Otros 14 genes son similares a los conocidos en cromosomas distintos al tercero. Por último, los 14 genes restantes son los presentes en algunas especies animales y vegetales.

Estas similitudes a veces son imprevisibles y sorprendentes. Por ejemplo, en la levadura hay un gen que codifica el pigmento blanco del ojo de la mosca de vinagre (drosofila), aunque la levadura no tenga ojo. También contiene un gen que determina el sexo en el ser humano y que recientemente se ha encontrado en el cromosoma Y. También le han encontrado un gen para fijar nitrógeno en la simbiosis con algunas plantas lacadas. Aunque la levadura no fija nitrógeno, estos genes eran esenciales para la levadura.

Genes del tabaco, de los ratones y funciones superiores de la vida celular (respiración, sexualidad, síntesis de proteínas, metabolismo, etc.) en el tercer cromosoma de levadura que han encontrado similares a los que aseguran.

Todo ello indica que animales y plantas son consecuencia de seres celulares muy simples y similares creados hace cuatro mil millones de años. En estos organismos primitivos hay unos genes comunes en todas las especies, incluso las más complejas.

Está por desvelar por qué han evolucionado muy poco al nacer unos seres vivos de origen y otros han evolucionado por su constante evolución. Por otro lado, es necesario aclarar cómo se han añadido aditivos al programa genético inicial y se ha llegado a la diversidad de especies existentes. Estos misterios de la evolución se entenderán mejor cuando se lleve a cabo la secuenciación de la levadura y otras especies vegetales y animales. La secuenciación de los procariotas Escherichia coli y Bacillus subtilis (por tanto, menos evolucionados que la levadura) puede estar terminada para el año 2000.

Además, en Europa, Estados Unidos y Japón se están secuenciando en los laboratorios los siguientes eucariotas: Schizosaccharomyces pombe (levadura utilizada en África para la captura de bebidas), Arabidopsis thaliana (planta pequeña como la colza y los reflejos, con sólo cinco cromosomas, con 70 millones de nucleótidos “más”), Cænorhabditis elegans (un milímetro de talla rápida que vive en la tierra) y un milímetro de melodá malagudo de laboratorio,

Actualmente las investigaciones de Saccharomyces cerevisiae, Bacillus subtilis, Cænorhabditis elegans y Arabidopsis thaliana están funcionando a buen ritmo. Sólo hay planificación del resto por problemas de financiación. De hecho, identificar un nucleótido cuesta una media de dos dólares, y hay que tener en cuenta que el hombre tiene tres mil millones.