viernes, 29 de marzo de 2013

Epigenética computacional


El ácido desoxirribonucléico, específicamente los aproximados veinticinco mil genes identificados por el Proyecto del Genoma Humano, es ampliamente reconocido como el libro de instrucciones para el cuerpo humano. Sin embargo, los genes mismos requieren instrucciones de qué hacer, en dónde y cómo hacerlo. Una célula de hígado humano contiene el mismo ácido desoxirribonucléico que una célula cerebral, y aún así, de alguna manera sabe codificar únicamente aquellas proteínas necesarias para el funcionamiento del hígado. Esas instrucciones son encontradas no en las letras del ácido desoxirribonucléico mismo, sino encima de él, en todo un abanico de marcadores e interruptores químicos conocidos colectivamente como el epigenoma que se encuentra a lo largo de la doble hélice. Estos interruptores y marcadores epigenéticos a su vez ayudan a conectar y desconectar la expresión de un gen particular. Considere a un epigenoma como un código complejo de programación computacional capaz de inducir al equipo computacional del ácido desoxirribonucléico a manufacturar una variedad impresionante de proteínas, tipos de células e individuos.



La epigenética hace referencia, en un sentido amplio, al estudio de todos aquellos factores no genéticos que intervienen en la determinación de la ontogenia. El término fue acuñado por C. H. Waddington el año 1953 para referirse al estudio de las interacciones entre genes y entorno que producen los organismos. Dependiendo de la disciplina biológica, el término epigenética tiene diversos significados: (1) En genética del desarrollo, la epigenética hace referencia a los mecanismos de regulación genética que no implican cambios en la secuencias del ácido desoxirribonucléico. (2) En biología del desarrollo, el término epigenética hace referencia a la dependencia contextual de los procesos embriológicos. El contexto incluye factores epigenéticos tanto internos: materiales maternos, propiedades genéricas físicas y autoorganizativas de las células y los tejidos, procesos de regulación genética, dinámica celular y tisular, como externos: temperatura, humedad, luz, radiación y otros. (3) En biología evolutiva, el término herencia epigenética engloba a los mecanismos de herencia no genéticos. (4) En genética de poblaciones se emplea la expresión variación epigenética para denominar a la variación fenotípica que resulta de diferentes condiciones ambientales. Los cambios epigenéticos son cambios reversibles de ácido desoxirribonucléico que hace que unos genes se expresen o no dependiendo de las condiciones exteriores, lo que se conoce como polifenismo.

Un comentario realizado acerca de la epigenética, por el investigador alemán Jörn Walter, menciona lo siguiente: “Recurriendo a un símil informático, se diría que el disco duro es como el ácido desoxirribonucléico, y el software computacional es como el epigenoma. Es posible acceder a cierta información del disco duro con la utilización de los programas computacionales. Pero existen ciertas áreas protegidas por contraseñas y otras no. Con esto se diría entonces que se intentado entender por qué existen contraseñas para ciertas regiones y por qué otras regiones están abiertas.” La gestión de la información dentro del núcleo se traduce en que parte de la información genética se encuentra apiñada dentro del genoma, mientras que, por otro lado, existe información que necesita estar disponible y activa de forma continua, como ocurre con los llamados genes de mantenimiento. Por tanto, la epigenética puede compararse a la gestión de los papeles en una casa: no es razonable almacenar en un lugar poco accesible aquello que se va a necesitar muy a menudo, pero los viejos documentos pueden quedarse guardados en cajas en el trastero.”

La diferencia entre genética y epigenética probablemente puede compararse con la diferencia que existe entre escribir y leer un libro. Una vez que el libro ha sido escrito, el texto, los genes o la información almacenada en el ácido desoxirribonucléico, será el mismo en todas las copias que se distribuyan entre los lectores. Sin embargo, cada lector podría interpretar la historia del libro de una forma ligeramente diferente, con sus diferentes emociones y proyecciones que pueden ir cambiando a medida que se desarrollan los capítulos. De una forma muy similar, la epigenética permitiría diferentes interpretaciones de un molde fijo y resultaría en diferentes lecturas, dependiendo de las condiciones variables en las que se interprete el molde.

La genética, como toda lengua, tiene abecedario, sintaxis, gramática y ortografía. Pocas son las letras que constituyen el abecedario genético: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Pero las lenguas con poquísimas letras no son tan extrañas como puede parecer a primera vista. El código Morse, imprescindible para la comunicación radiofónica durante muchas décadas, únicamente tenía seis letras. Qué se haría en este momento sin una computadora personal y su sistema operativo, todas las alegrías y penas que proporciona la ciencia de la computación están escritas en un lenguaje de tan sólo dos letras: el cero y el uno. Estas cuatro letras que componen el abecedario genético son las bases nitrogenadas que se enlazan entre sí en largas cadenas de azúcares en forma de espiral o doble hélice.

Las palabras de esta lengua están formadas por tres letras. Es decir, que cada serie “ACT” o “GGC” tiene un significado y, si en inglés “dog” significa “un individuo perteneciente a una subespecie doméstica del lobo, mamífero de la familia Canidae del orden Carnivora”, en Genética “ACG” viene a decir “Treonina”, que no es otra cosa que un aminoácido. Uno de los veinte ladrillos de los cuales se compone las proteínas del cuerpo humano. Las proteínas, a su vez, forman la materia prima y las herramientas que componen dicho cuerpo. Ya se tiene las letras y las palabras. Ahora, la sintaxis que ordena las palabras para que la frase tenga sentido es la secuencia del gen, algo parecido a la siguiente secuencia: “AATGTCCCAGCTA…”. Cuando la sintaxis falla, se pierde el sentido de la frase y el gen no se expresa correctamente. En la fibrosis quística, la mayoría de los que la padecen nacieron con una “palabra” tres letras menos en el gen CFTR. Al faltarle ese elemento, la proteína que se produce, también llamada CFTR, queda deformada y no funciona correctamente. Todo esto acaba por provocar graves trastornos respiratorios, complicaciones en el crecimiento y una muerte temprana.

La ortografía del ácido desoxirribonucléico es del dominio de la epigenética. Las letras que forman los genes de los seres vivos pueden ser acentuadas y puntuadas, a veces con un gran signo de exclamación, a veces con un lóbrego paréntesis. Esta ortografía genética es la responsable de que una determinada célula “lea” o exprese más, menos o nada un gen en concreto, regulando el metabolismo celular. “Encender” o “apagar” un gen, es una manera económica que ha encontrado la evolución de producir un organismo tan complejo como un ser humano, con sus más de doscientos tipos de células diferentes, a partir de un solo juego de planos. La receta es brillante, para conseguir una persona se necesita: un juego de planos compuesto por 23 pares de cromosomas, mitad del padre, mitad de la madre, una célula denominada zigoto y un lugar donde cocinarlo, es decir el útero. La maravilla de la naturaleza reside en que, a medida que el zigoto va dividiéndose, las nuevas células se centran más en unos planos que en otros. Al final, aunque todas tengan el manual completo, solamente necesitan una pequeña parte del mismo para desempeñar su papel en el cuerpo.

Durante casi un siglo después que el término “epigenética” apareció por primera vez en la literatura, investigadores, médicos y otros hurgaron en las oscuras grietas del gen, tratando de desenredar los indicios que sugerían que la función del gen podía ser alterada por algo más que simples cambios en la secuencia. Actualmente, una amplia variedad de enfermedades, conductas y otros indicadores de salud ya tienen algún nivel de evidencia que los conecta con mecanismos epigenéticos, incluyendo cánceres de casi todos los tipos, disfunción cognitiva y enfermedades respiratorias, cardiovasculares, reproductivas, autoinmunes y neuroconductuales. Entre los causantes conocidos o sospechosos de estar detrás de los procesos epigenéticos se cuentan muchos agentes, incluyendo metales pesados, pesticidas, gases de escape diesel, humo de tabaco, hidrocarburos policíclicos aromáticos, hormonas, radioactividad, virus, bacterias y nutrientes básicos. En los últimos años, varios estudios innovadores han enfocado nueva atención en la epigenética. Ha aumentado el interés en la medida en que se ha hecho evidente que comprender la epigenética y la epigenómica será esencial en el trabajo relacionado con muchos otros tópicos que requieren una comprensión cabal de todos los aspectos de la genética, tales como células troncales, clonación, envejecimiento, biología sintética, conservación de las especies, evolución y agricultura.

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