Nucleótidos: Los Ladrillos de la Vida (ADN y ARN)

Hemos explorado las grandes estructuras de la genética, como los cromosomas, e incluso cómo se manipulan. Pero, ¿alguna vez se han preguntado de qué están hechos esos gigantes moleculares como el ADNy el ARN? La respuesta está en unas unidades fundamentales y fascinantes: los nucleótidos.

Piensen en el ADN y el ARN como largas cadenas. Cada eslabón de esa cadena es un nucleótido. Entender su estructura es clave para comprender cómo funcionan la herencia y la vida misma.

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La Estructura de un Nucleótido: Tres Componentes Esenciales

Cada nucleótido es una pequeña molécula compleja compuesta por tres partes principales (Curtis et al., 2022):

1. Un Grupo Fosfato: Este es un grupo químico que contiene fósforo y oxígeno. Es lo que da a los ácidos nucleicos su carga negativa y es fundamental para formar el "esqueleto" de la cadena de ADN o ARN. Imaginen que es el "conector" de cada eslabón.

2. Una Azúcar de Cinco Carbonos (Pentosa): El tipo de azúcar es lo que distingue a los nucleótidos del ADN de los del ARN:

   • En el ADN, la azúcar es la desoxirribosa. Su nombre "desoxi" (sin oxígeno) se debe a que le falta un átomo de oxígeno en una posición específica de su estructura en comparación con la ribosa (Solomon et al., 2021).
   • En el ARN, la azúcar es la ribosa. Tiene un átomo de oxígeno adicional que no está presente en la desoxirribosa (Pierce, 2016).

3. Una Base Nitrogenada: Esta es la parte más variable del nucleótido y es la que "lleva" la información genética. Hay cinco tipos principales de bases nitrogenadas, que se clasifican en dos grupos (Griffiths, 2008):

   • Purinas: Tienen una estructura de doble anillo. Son la Adenina (A) y la Guanina (G).
   • Pirimidinas: Tienen una estructura de un solo anillo. Son la Citosina (C), la Timina (T) y el Uracilo (U).

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Composición del ADN: El Doble Hélice

El Ácido Desoxirribonucleico (ADN) es la molécula que contiene las instrucciones genéticas utilizadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos y algunos virus (Curtis et al., 2022). Su estructura es famosa: la doble hélice, descubierta por Watson y Crick.

La composición del ADN es la siguiente:

• Azúcar: Siempre desoxirribosa.
• Bases Nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Timina (T) (Ramos et al., 2016).
• Estructura: El ADN está formado por dos cadenas de nucleótidos que se enrollan una alrededor de la otra para formar la icónica doble hélice. Las bases nitrogenadas de una cadena se emparejan específicamente con las de la otra cadena: la Adenina (A) siempre se une con la Timina (T), y la Guanina (G) siempre se une con la Citosina (C). Este emparejamiento específico (conocido como complementariedad de bases) es crucial para la replicación del ADN y la herencia de la información (Solomon et al., 2021). El grupo fosfato y la azúcar forman el "esqueleto" externo de la hélice, mientras que las bases nitrogenadas se orientan hacia el interior.

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Composición del ARN: El Mensajero Versátil

El Ácido Ribonucleico (ARN) es otra molécula crucial en la biología. A diferencia del ADN, el ARN es generalmente una cadena sencilla de nucleótidos y participa en una variedad de funciones, principalmente en la expresión génica y la síntesis de proteínas (Curtis et al., 2022).

La composición del ARN es la siguiente:

• Azúcar: Siempre ribosa.
• Bases Nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) y Uracilo (U) (Pierce, 2016). ¡Aquí es donde vemos una diferencia clave con el ADN: el ARN tiene Uracilo (U) en lugar de Timina (T)!
• Estructura: Aunque el ARN es monocatenario (una sola cadena), puede plegarse sobre sí mismo y formar estructuras tridimensionales complejas, lo que le permite desempeñar diversas funciones (Griffiths, 2008). Existen varios tipos de ARN, como el ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosomal (ARNr), cada uno con un papel específico en la célula.

En resumen, los nucleótidos son los elementos fundamentales que, al unirse en largas cadenas, construyen el ADN y el ARN. Las pequeñas diferencias en su azúcar y una de sus bases nitrogenadas (Timina vs. Uracilo) son clave para las funciones distintas pero complementarias de estas dos macromoléculas esenciales para la vida.

Anomalías Cromosómicas: Cuando el Manual de la Vida Tiene Errores Estructurales o Numéricos

Hemos recorrido un largo camino, desde la forma en que la información genética se guarda en los cromosomas hasta cómo podemos manipularla con técnicas como CRISPR. Hoy, vamos a hablar de lo que sucede cuando estos "manuales de la vida" tienen errores, no solo en la información de sus páginas (mutaciones puntuales), sino en la cantidad de páginas o en el orden de sus secciones: las anomalías cromosómicas.

Las anomalías cromosómicas son cambios significativos en el número o la estructura de uno o más cromosomas (Griffiths, 2008). Estos cambios pueden tener un impacto considerable en el desarrollo y la salud de un organismo.

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Anomalías Cromosómicas Numéricas: La Cantidad Importa

Comencemos con las anomalías numéricas, que ya hemos tocado brevemente al hablar de las aneuploidías en nuestro artículo sobre cariotipos. Estas anomalías se refieren a la presencia de un número anormal de cromosomas en una célula, es decir, más o menos del número usual (Pierce, 2016).

La causa principal de las anomalías cromosómicas numéricas es la no disyunción, un error durante la división celular (meiosis o mitosis) donde los cromosomas homólogos o las cromátidas hermanas no se separan correctamente (Curtis et al., 2022). Esto lleva a la formación de células con un número incorrecto de cromosomas.

Las aneuploidías son el tipo más común de anomalías numéricas e incluyen:

• Trisomía: Una célula tiene una copia extra de un cromosoma específico (tres copias en lugar de las dos habituales). El ejemplo más conocido es la trisomía 21, que causa el Síndrome de Down (Solomon et al., 2021).
• Monosomía: Una célula le falta una copia de un cromosoma específico (solo una copia en lugar de las dos habituales). El Síndrome de Turner, donde las mujeres tienen solo un cromosoma X (X0), es un ejemplo de monosomía (Pierce, 2016).

Existen también casos de poliploidía, donde un organismo tiene uno o más conjuntos completos de cromosomas adicionales (por ejemplo, triploidía con 69 cromosomas en humanos). Estas condiciones suelen ser letales en humanos, pero son comunes y beneficiosas en algunas plantas.

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Anomalías Cromosómicas Estructurales: El Orden y la Integridad

Además de los cambios en el número, las anomalías cromosómicas también pueden ser causadas por cambios en la estructura de uno o más cromosomas (Ramos et al., 2016). Estas alteraciones suelen ser el resultado de rupturas en los cromosomas, que pueden ocurrir debido a errores durante la replicación del ADN o la recombinación genética (Griffiths, 2008). Cuando un cromosoma se rompe, los fragmentos pueden unirse de manera incorrecta, dando lugar a cuatro tipos principales de cambios estructurales:

1. Deleciones: En una deleción, una parte de un cromosoma se pierde, llevando consigo los genes de ese segmento. Imagina que una sección importante del manual de instrucciones se arranca. Una deleción puede ocurrir en cualquier parte del cromosoma, ya sea en un extremo o en una parte interna (Griffiths, 2008). Por ejemplo, el Síndrome del Maullido de Gato es causado por una deleción en el cromosoma 5.

2. Duplicaciones: Una duplicación ocurre cuando un segmento de un cromosoma se repite una o más veces. Es como si una parte del manual de instrucciones se hubiera copiado y pegado varias veces. Estas repeticiones a menudo aparecen una al lado de la otra (en tándem), pero pueden estar en otras ubicaciones (Griffiths, 2008).

3. Inversiones: En una inversión, la orientación de un segmento cromosómico se altera, es decir, el segmento se rompe en dos puntos, gira 180 grados y se reinserta. Las instrucciones siguen ahí, pero en el orden inverso (Griffiths, 2008). Dependiendo de la ubicación de la inversión, puede o no tener efectos significativos.

4. Translocaciones: Una translocación sucede cuando un fragmento cromosómico se rompe y se une a un cromosoma diferente, no homólogo. Si lo pensamos como el manual, es como si una sección de un capítulo se pegara en un capítulo de otro libro completamente distinto. Un tipo especial es la translocación recíproca, donde dos cromosomas no homólogos intercambian segmentos entre sí (Griffiths, 2008). Algunas translocaciones son "balanceadas" (no hay pérdida ni ganancia neta de material genético) y pueden no tener efectos en el portador, pero sí aumentar el riesgo de producir descendencia con una aneuploidía o desbalance cromosómico. Un ejemplo clínico es la translocación entre los cromosomas 9 y 22, asociada con la leucemia mieloide crónica (Ramos et al., 2016).

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La Importancia de Comprender las Anomalías Cromosómicas

El estudio de las anomalías cromosómicas es crucial para el diagnóstico de muchas enfermedades genéticas, el asesoramiento genético a familias y la investigación sobre la etiología de diversas condiciones médicas. Nos permite entender cómo los cambios en la "arquitectura" de nuestros cromosomas pueden influir profundamente en nuestra salud y desarrollo.

Estas anomalías, ya sean numéricas o estructurales, nos recuerdan la complejidad y la precisión necesarias para que el "manual de la vida" funcione correctamente.

Edición del Genoma (CRISPR-Cas): Reescribiendo el Libro de la Vida

Hemos viajado a través de las mutaciones, los cromosomas, las leyes de Mendel, e incluso hemos aprendido a recombinar y clonar ADN. Ahora, es el momento de hablar de la tecnología que ha revolucionado la biología en la última década: la edición del genoma, con un protagonista estrella, el sistema CRISPR-Cas.

Si el ADN recombinante es como cortar y pegar frases de diferentes libros, y la clonación molecular es como fotocopiar esas frases, la edición del genoma es como tener un editor de texto extremadamente preciso que puede ir directamente a una palabra, una letra, o incluso un espacio, y cambiarlo, borrarlo o añadir algo nuevo.

¿Qué es la Edición del Genoma y Por Qué es Tan Poderosa?

La edición del genoma (o edición genética) es un conjunto de tecnologías que permiten a los científicos modificar el ADN de un organismo, incluyendo animales, plantas y microorganismos, de forma precisa y dirigida (Curtis et al., 2022). Estas tecnologías permiten añadir, eliminar o alterar el material genético en puntos específicos del genoma.

Antes de CRISPR, existían otras herramientas de edición genética, como las nucleasas de dedos de zinc (ZFNs) y las nucleasas efectoras tipo activador de transcripción (TALENs). Sin embargo, eran más complejas, costosas y menos eficientes. La llegada de CRISPR-Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats y su proteína asociada Cas) ha cambiado el juego por su simplicidad, eficiencia y versatilidad (Pierce, 2016).

¿Cómo Funciona CRISPR-Cas? El Sistema Inmune de las Bacterias

Lo más fascinante es que CRISPR-Cas no fue diseñado originalmente por humanos. Es un sistema de defensa natural de las bacterias y arqueas contra los virus (bacteriófagos). Funciona así:

1. Adquisición: Cuando una bacteria es infectada por un virus, captura pequeños fragmentos del ADN viral y los inserta en su propio genoma, en una región llamada CRISPR. Estos fragmentos actúan como "memoria" de infecciones pasadas.
2. Expresión: Si el mismo virus vuelve a atacar, la bacteria transcribe el ADN de la región CRISPR en pequeñas moléculas de ARN guía (sgRNA). Este sgRNA es la clave de la precisión de CRISPR (Solomon et al., 2021).
3. Localización y Corte: El sgRNA se une a una proteína llamada Cas (comúnmente Cas9). Este complejo sgRNA-Cas9 actúa como un "misil teledirigido": el sgRNA "guía" a la proteína Cas9 hasta la secuencia de ADN viral complementaria. Una vez que Cas9 encuentra la secuencia objetivo, actúa como una "tijera molecular" y corta ambas hebras del ADN viral (Griffiths, 2008). Esto inactiva el virus.

¡La Aplicación Humana: La Revolución!

Los científicos se dieron cuenta de que podían adaptar este sistema bacteriano para editar cualquier secuencia de ADN. Simplemente diseñando un sgRNA que sea complementario a la secuencia de ADN que queremos editar, podemos guiar la proteína Cas9 (u otras enzimas Cas) para cortar el ADN en un lugar preciso en el genoma de cualquier organismo (Ramos et al., 2016).

Una vez que se realiza el corte, la célula intenta reparar el ADN. Podemos aprovechar estos mecanismos de reparación celular para:

• Inactivar un gen (knock-out): Si el corte se repara de forma imperfecta, se puede introducir una mutación que "apague" el gen.
• Insertar un gen nuevo o corregir uno defectuoso (knock-in): Podemos proporcionar un molde de ADN con la secuencia deseada, y la célula lo usará para reparar el corte, incorporando la nueva información.

Aplicaciones y Desafíos de CRISPR

Las posibilidades de CRISPR-Cas son inmensas y ya están en desarrollo:

• Medicina: Desarrollo de terapias para enfermedades genéticas como la fibrosis quística, la anemia falciforme, la enfermedad de Huntington, el cáncer y el VIH (como vimos en el caso de He Jiankui).
• Agricultura: Creación de cultivos más resistentes a enfermedades, plagas o sequías, y plantas con mejores propiedades nutricionales.
• Investigación: Herramienta invaluable para entender la función de los genes en diversos organismos.

Sin embargo, CRISPR-Cas también plantea importantes desafíos éticos, especialmente cuando se aplica en células germinales humanas (embriones, óvulos, espermatozoides), ya que los cambios serían heredables. El caso de He Jiankui subrayó la necesidad urgente de un debate público y regulaciones estrictas sobre su uso.

CRISPR-Cas ha abierto una nueva era en la biología, dándonos un poder sin precedentes para reescribir el libro de la vida. El reto ahora es utilizar esta tecnología de forma responsable, ética y para el mayor beneficio de la humanidad.

Referencias:
1.  Curtis, H., Barnes, N., Schnek, A., y Massarini, A. (2022). Biología en contexto social. Editorial Médica Panamericana.
2.  Griffiths A. J. (2008). Genética. McGraw Hill - Interamericana.
3.  Pierce B. (2016) Genética un enfoque conceptual. Editorial Médica Panamericana.
4.  Ramos M. A. et al. (2016). Biología y Geología 4 ESO. McGraw Hill Interamericana de España. 
5. Solomon E., Berg, L., y Martin, D. (2021). Conceptos Fundamentales de Biología. McGraw Hill.

Clonación Molecular: Creando Copias Idénticas de ADN

Si el ADN recombinante es como combinar piezas de Lego, la clonación molecular es como hacer fotocopias idénticas de una pieza específica. Es una técnica esencial en la biotecnología que nos permite obtener millones de copias de un fragmento de ADN de interés.

No confundamos la clonación molecular con la clonación reproductiva (como la oveja Dolly), que implica crear un organismo genéticamente idéntico. La clonación molecular se refiere específicamente a la creación de múltiples copias idénticas de una molécula de ADN, como un gen o un fragmento de ADN (Curtis et al., 2022).

¿Por Qué Queremos Clonar Moléculas de ADN?

Piénsenlo de esta manera: si quieren estudiar un libro muy raro o una página específica de ese libro, y solo tienen una copia, es difícil trabajar con ella. Pero si tienen miles o millones de copias, pueden analizarla a fondo, hacer experimentos con ella y entenderla mejor. En genética, clonar ADN nos permite:

• Estudiar genes específicos: Conocer su secuencia, dónde se expresan y cuál es su función.
• Producir proteínas: Si clonamos un gen que codifica para una proteína (como la insulina o una vacuna), podemos hacer que las bacterias o levaduras produzcan esa proteína en grandes cantidades para uso médico o industrial (Griffiths, 2008).
• Preparar ADN para otras técnicas: El ADN clonado es la base para la secuenciación, la edición genética (como CRISPR) y la creación de organismos transgénicos.
• Terapia génica: Insertar genes funcionales en células de pacientes para corregir defectos genéticos.

El Proceso Básico de la Clonación Molecular

El proceso de clonación molecular comparte muchos pasos con la tecnología del ADN recombinante, ya que la creación de un ADN recombinante es, a menudo, el primer paso para la clonación:

1. Obtener el Fragmento de ADN de Interés: Primero, se aísla el gen o fragmento de ADN que se desea clonar. Esto puede hacerse a partir de un genoma completo, o sintetizándolo en el laboratorio (Pierce, 2016).
2. Selección de un Vector de Clonación: Se elige un vector de clonación, que es una molécula de ADN capaz de replicarse de forma independiente dentro de una célula huésped. Los plásmidos bacterianos son los vectores más utilizados debido a su pequeño tamaño, facilidad de manipulación y capacidad para replicarse de forma autónoma (Solomon et al., 2021). Los vectores tienen características clave:
   • Sitio de clonación múltiple (MCS): Una región con varios sitios de reconocimiento para enzimas de restricción, lo que facilita la inserción de diferentes fragmentos de ADN.
   • Gen de resistencia a antibióticos: Permite seleccionar las bacterias que han tomado el plásmido.
   • Origen de replicación (Ori): Una secuencia que permite al plásmido replicarse dentro de la célula huésped.
3. Corte y Ligación: Tanto el fragmento de ADN de interés como el vector se cortan con las mismas enzimas de restricción. Luego, la enzima ADN ligasa une el fragmento al vector, creando una molécula de ADN recombinante (Curtis et al., 2022).
4. Transformación de la Célula Huésped: La molécula de ADN recombinante (el plásmido con el fragmento insertado) se introduce en una célula huésped, generalmente una bacteria Escherichia coli. Las bacterias son "transformadas" para que puedan captar el ADN externo.
5. Selección de Células Transformadas: Las bacterias que han incorporado el plásmido se seleccionan, típicamente cultivándolas en un medio con el antibiótico al que el plásmido confiere resistencia (Ramos et al., 2016). Solo las bacterias con el plásmido crecerán.
6. Amplificación (Copias Múltiples): Una vez seleccionadas, las bacterias se cultivan en grandes volúmenes. A medida que las bacterias se dividen, también lo hace el plásmido, generando millones de copias idénticas del fragmento de ADN clonado.

La Base para la Biotecnología Moderna

La clonación molecular es la técnica base para casi toda la ingeniería genética. Sin la capacidad de crear múltiples copias de genes específicos, muchas de las aplicaciones que hoy damos por sentadas, desde la producción de medicamentos hasta la investigación fundamental, no serían posibles. Es la herramienta que nos permite trabajar con el ADN a gran escala. 

Referencias:
1.  Curtis, H., Barnes, N., Schnek, A., y Massarini, A. (2022). Biología en contexto social. Editorial Médica Panamericana.
2.  Griffiths A. J. (2008). Genética. McGraw Hill - Interamericana.
3.  Pierce B. (2016) Genética un enfoque conceptual. Editorial Médica Panamericana.
4.  Ramos M. A. et al. (2016). Biología y Geología 4 ESO. McGraw Hill Interamericana de España. 
5. Solomon E., Berg, L., y Martin, D. (2021). Conceptos Fundamentales de Biología. McGraw Hill.

ADN Recombinante: Construyendo Moléculas con un Nuevo Propósito

Hemos hablado de cómo la información genética se organiza y hereda, e incluso de las audaces (y controvertidas) incursiones en su modificación. Hoy, vamos a explorar una de las herramientas más fundamentales y poderosas de la biotecnología moderna: el ADN recombinante.

Imaginen que tienen piezas de Lego de diferentes sets y quieren construir algo completamente nuevo combinando esas piezas. El ADN recombinante es precisamente eso: la capacidad de unir fragmentos de ADN de diferentes fuentes (especies, virus, organismos, etc.) para crear una nueva molécula de ADN con una combinación única de genes(Curtis et al., 2022). Esta tecnología ha transformado la medicina, la agricultura y la investigación científica.

¿Cómo se "Recombina" el ADN? Los Pasos Clave

La creación de ADN recombinante, a menudo llamada ingeniería genética, sigue una serie de pasos bien definidos, que actúan como un verdadero rompecabezas molecular:

1. Aislamiento del Gen de Interés: Lo primero es identificar y aislar el gen específico que queremos transferir. Por ejemplo, el gen de la insulina humana si queremos producir esta proteína en bacterias. Para ello, se utilizan enzimas que "cortan" el ADN en lugares específicos.
2. Selección de un Vector: Necesitamos un "vehículo" que transporte nuestro gen de interés a la célula huésped.Los vectores más comunes son los plásmidos, pequeñas moléculas circulares de ADN que se encuentran en bacterias, o virus modificados (Griffiths, 2008). Estos vectores tienen la capacidad de replicarse de forma independiente dentro de una célula.
3. Corte con Enzimas de Restricción: Tanto el ADN que contiene nuestro gen de interés como el plásmido vector se cortan con las mismas enzimas de restricción. Estas enzimas son como "tijeras moleculares" que reconocen secuencias específicas de ADN y las cortan, creando extremos "pegajosos" o "romos" que son complementarios.Esto es clave para que los fragmentos se puedan unir (Pierce, 2016).
4. Unión con ADN Ligasa: Una vez que el gen de interés y el plásmido han sido cortados, se mezclan. Debido a sus extremos complementarios, los fragmentos se "pegan" temporalmente. Luego, la enzima ADN ligasa actúa como un "pegamento molecular", formando enlaces covalentes permanentes y uniendo el gen de interés al plásmido, creando así la molécula de ADN recombinante (Solomon et al., 2021).
5. Introducción en la Célula Huésped (Transformación): El plásmido con el ADN recombinante se introduce en una célula huésped, generalmente una bacteria (como Escherichia coli). Este proceso se llama transformación y permite que la bacteria "incorpore" el nuevo ADN.
6. Selección y Multiplicación: Las bacterias que han incorporado el plásmido recombinante se seleccionan (a menudo utilizando genes de resistencia a antibióticos incluidos en el plásmido). Una vez identificadas, estas bacterias se multiplican rápidamente, creando muchas copias del plásmido recombinante y, por lo tanto, del gen de interés. Si el gen codifica para una proteína, las bacterias también producirán esa proteína (Curtis et al., 2022).

Aplicaciones Asombrosas del ADN Recombinante

Las posibilidades del ADN recombinante son vastas y han dado lugar a avances revolucionarios:

• Medicina: Producción de insulina humana para diabéticos, hormona del crecimiento, factores de coagulación,vacunas (como la del VPH) y terapias génicas (Griffiths, 2008).
• Agricultura: Creación de cultivos resistentes a plagas, herbicidas o condiciones ambientales adversas, así como plantas con mayor valor nutricional (Ramos et al., 2016).
• Investigación: Estudio de la función de genes específicos, creación de modelos animales de enfermedades y desarrollo de nuevas herramientas biotecnológicas.
• Industria: Producción de enzimas para detergentes, procesamiento de alimentos y biocombustibles.

El ADN recombinante es una prueba del ingenio humano para manipular la información fundamental de la vida. Ha abierto un sinfín de puertas para mejorar nuestra salud, alimentación y comprensión del mundo biológico.

Referencias:
1.  Curtis, H., Barnes, N., Schnek, A., y Massarini, A. (2022). Biología en contexto social. Editorial Médica Panamericana.
2.  Griffiths A. J. (2008). Genética. McGraw Hill - Interamericana.
3.  Pierce B. (2016) Genética un enfoque conceptual. Editorial Médica Panamericana.
4.  Ramos M. A. et al. (2016). Biología y Geología 4 ESO. McGraw Hill Interamericana de España. 
5. Solomon E., Berg, L., y Martin, D. (2021). Conceptos Fundamentales de Biología. McGraw Hill.

CRISPR en China: El Caso de He Jiankui y el Dilema Ético de la Edición Genética en Bebés

 Hemos hablado de mutaciones, cromosomas y las leyes de Mendel, la base de cómo se hereda la vida. Ahora, vamos a abordar un tema que llevó a la genética a los titulares de todo el mundo y que nos obliga a reflexionar sobre los límites de la ciencia: el uso de la tecnología CRISPR en bebés, y el controvertido caso del científico chino He Jiankui.

¿Qué es CRISPR y Por Qué es Tan Revolucionario?

Antes de adentrarnos en el caso, recordemos brevemente qué es CRISPR. Es una herramienta molecular que permite a los científicos editar el ADN con una precisión sin precedentes (Curtis et al., 2022). Piensen en ella como unas "tijeras moleculares" extremadamente precisas que pueden cortar y pegar ADN en lugares específicos. Esta tecnología ha revolucionado la biología, abriendo puertas a tratamientos para enfermedades genéticas, mejoras en cultivos y mucho más.

El Anuncio que Sacudió al Mundo Científico

A finales de 2018, en la Segunda Cumbre Internacional sobre Edición del Genoma Humano en Hong Kong, el científico chino He Jiankui hizo un anuncio que dejó a la comunidad científica y al mundo entero en estado de shock: había modificado genéticamente a dos bebés gemelas, Lulu y Nana, utilizando la tecnología CRISPR.

Su objetivo, según He Jiankui, era hacer que las niñas fueran resistentes al VIH (el virus que causa el SIDA). Para ello, modificó un gen llamado CCR5, que codifica para una proteína que el VIH utiliza como "puerta de entrada" para infectar las células. La idea era eliminar o inactivar esta "puerta", haciendo que las células de las bebés fueran menos susceptibles a la infección.

Los Detalles y las Irregularidades Éticas

El experimento de He Jiankui se llevó a cabo en secreto y fuera del escrutinio público o regulatorio habitual. Las gemelas, Lulu y Nana, nacieron de padres donde el padre era VIH positivo. El equipo de He Jiankui utilizó la edición genética en embriones obtenidos mediante fertilización in vitro.

Las reacciones fueron inmediatas y abrumadoramente negativas:

• Falta de necesidad médica urgente: Las tecnologías existentes, como la fertilización in vitro con lavado de esperma, ya pueden prevenir la transmisión del VIH de padres a hijos. La modificación del genoma de un embrión sano se consideró innecesaria y con riesgos desconocidos a largo plazo para la salud de las niñas.
• Riesgos inaceptables: La tecnología CRISPR, aunque precisa, no es perfecta y puede tener "efectos fuera del objetivo" (off-target effects), es decir, cortar el ADN en lugares no deseados. Los posibles efectos secundarios o consecuencias a largo plazo en la salud de las niñas eran desconocidos y no justificados.
• Transmisión a futuras generaciones: Las modificaciones genéticas realizadas en embriones son heredables. Esto significa que los cambios en el gen CCR5 podrían transmitirse a la descendencia de Lulu y Nana, con implicaciones éticas y biológicas que van más allá de los individuos tratados.
• Violación de principios éticos: El experimento se realizó sin una revisión ética adecuada y transparente, sin un consentimiento informado verdaderamente libre por parte de los padres, y en un entorno con claras presiones. La comunidad científica global había establecido un consenso de que la edición genética en embriones humanos para reproducción era prematura y éticamente inaceptable.

Las Consecuencias para He Jiankui

La respuesta fue contundente. He Jiankui fue ampliamente condenado por la comunidad científica y ética internacional. Las autoridades chinas lo investigaron, lo despidieron de su universidad y, en diciembre de 2019, fue sentenciado a tres años de prisión y una multa por "práctica médica ilegal". También se le impuso una inhabilitación para trabajar en tecnología de reproducción asistida humana de por vida.

Lecciones y el Futuro de la Edición Genética Humana

El caso de He Jiankui fue un momento crítico en la historia de la genética. Sirvió como una llamada de atención global sobre la necesidad urgente de establecer marcos éticos y regulatorios robustos para la edición genética en humanos, especialmente en la línea germinal (es decir, cambios que se transmiten a la descendencia).

Aunque la edición genética ofrece un potencial inmenso para curar enfermedades devastadoras, el caso de las gemelas CRISPR nos recordó que la ciencia debe avanzar con responsabilidad, transparencia y un profundo respeto por la ética y la dignidad humana. La comunidad científica sigue debatiendo y trabajando en directrices globales para asegurar que el futuro de la edición genética beneficie a la humanidad de manera segura y responsable.

Las Leyes de Mendel: La Base de la Herencia Genética

En nuestros artículos anteriores, hemos explorado los cromosomas y las mutaciones, esos cambios en el ADN que nos hacen únicos. Pero, ¿cómo se transmiten todas esas características de padres a hijos? La respuesta nos lleva a un monasterio en el siglo XIX, donde un monje llamado Gregor Mendel sentó las bases de lo que hoy conocemos como genética.

Antes de Mendel, se creía en la "herencia por mezcla", una idea de que los rasgos de los padres simplemente se combinaban en la descendencia, como si mezcláramos pinturas. Mendel, con sus ingeniosos experimentos con guisantes, demostró que la herencia no funciona así. En cambio, las características se transmiten a través de "factores hereditarios" (lo que hoy llamamos genes) que mantienen su individualidad. Sus descubrimientos se resumen en las famosas Leyes de Mendel.

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Un Poco de Vocabulario Clave

Antes de sumergirnos en las leyes, recordemos algunos términos importantes:

• Gen: Un segmento de ADN que codifica para una característica específica (Curtis et al., 2022).
• Alelo: Las diferentes versiones de un gen. Por ejemplo, para el color de una flor, puede haber un alelo para el color púrpura y otro para el blanco.
• Homocigoto: Un individuo que tiene dos alelos idénticos para un gen (por ejemplo, dos alelos para flor púrpura).
• Heterocigoto: Un individuo que tiene dos alelos diferentes para un gen (por ejemplo, un alelo para flor púrpura y otro para flor blanca).
• Dominante: Un alelo que expresa su característica incluso si solo hay una copia presente (Pierce, 2016). Lo representamos con una letra mayúscula (Ej: P para púrpura).
• Recesivo: Un alelo que solo expresa su característica si hay dos copias presentes (es decir, el individuo es homocigoto para ese alelo) (Pierce, 2016). Lo representamos con una letra minúscula (Ej: p para blanco).
• Genotipo: La combinación específica de alelos que tiene un individuo (Ej: PP, Pp, pp).
• Fenotipo: La característica observable que resulta del genotipo (Ej: flor púrpura, flor blanca).

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La Primera Ley de Mendel: Principio de la Uniformidad (o Dominancia)

Cuando Mendel cruzó plantas de guisantes puras para una característica (homocigotas), por ejemplo, plantas de flores púrpura (PP) con plantas de flores blancas (pp), observó algo fascinante: ¡todas las plantas de la primera generación (F1) tenían flores púrpura!

Esto lo llevó a establecer el la primera ley de Mendel o Principio de la Uniformidad: "Cuando se cruzan dos individuos de dos líneas puras que difieren en una sola característica, la primera generación filial (F1) es uniforme en todos sus individuos, manifestando el rasgo dominante" (Ramos et al., 2016).

Esto significa que, si el alelo púrpura (P) es dominante sobre el alelo blanco (p), incluso las plantas heterocigotas (Pp) mostrarán el fenotipo púrpura. El alelo recesivo (blanco) queda "oculto" en esta primera generación.

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La Segunda Ley de Mendel: Principio de la Segregación

Mendel no se detuvo ahí. Tomó las plantas de la primera generación (F1) de flores púrpura (que eran todas Pp) y las cruzó entre sí. Para su sorpresa, en la segunda generación (F2), reaparecieron las flores blancas, en una proporción de 3 flores púrpura por cada 1 flor blanca (3:1).

Esto llevó a la segunda ley de Mendel o el Principio de la Segregación: "Los dos alelos de un gen se separan (segregan) durante la formación de los gametos, de modo que cada gameto recibe solo uno de ellos" (Curtis et al., 2022).

En otras palabras, cuando las plantas F1 (Pp) producen gametos, la mitad llevará el alelo P y la otra mitad llevará el alelo p. Durante la fecundación, estos alelos se combinan al azar, permitiendo que el alelo recesivo (p) se manifieste cuando se encuentra con otro alelo p (pp), dando el fenotipo blanco.

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La Tercera Ley de Mendel: Principio de la Segregación Independiente (o Herencia Independiente)

Mendel se volvió aún más ambicioso y estudió la herencia de dos características al mismo tiempo, por ejemplo, el color de la semilla (amarillo o verde) y la forma de la semilla (lisa o rugosa). Cruzó plantas de semillas amarillas lisas puras con plantas de semillas verdes rugosas puras.

Observó que, en la F2, las características se heredaban de forma independiente una de la otra. Es decir, el color amarillo no siempre iba acompañado de la forma lisa, y viceversa.

Esto dio lugar a la tercera ley de Mendel o Principio de la Segregación Independiente: "Los alelos de diferentes genes se distribuyen de forma independiente unos de otros durante la formación de los gametos" (Solomon et al., 2021).

Esto significa que la herencia del color de la semilla no influye en la herencia de la forma de la semilla; cada par de alelos segrega de forma independiente (Griffiths, 2008). Esto explica la gran diversidad de combinaciones de características que podemos observar en los descendientes.

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El Legado de Mendel

Las Leyes de Mendel, aunque formuladas hace más de un siglo sin conocer la estructura del ADN o los cromosomas, son la base fundamental de la genética moderna. Nos explican cómo se transmiten los rasgos hereditarios de generación en generación y son la clave para entender fenómenos como las enfermedades genéticas, el mejoramiento de cultivos y la diversidad de la vida.

Aunque hoy sabemos que hay excepciones y extensiones a las leyes de Mendel (como la dominancia incompleta, la codominancia o la herencia ligada al sexo), sus principios siguen siendo la piedra angular de nuestro conocimiento sobre la herencia.

Referencias:

1. Curtis, H., Barnes, N., Schnek, A., y Massarini, A. (2022). Biología en contexto social. Editorial Médica Panamericana.
2. Griffiths A. J. (2008). Genética. McGraw Hill - Interamericana.
3. Pierce B. (2016) Genética un enfoque conceptual. Editorial Médica Panamericana.
4. Ramos M. A. et al. (2016). Biología y Geología 4 ESO. McGraw Hill Interamericana de España. 
5. Solomon E., Berg, L., y Martin, D. (2021). Conceptos Fundamentales de Biología. McGraw Hill.