Biología-Molecular

El ADN puede no ser el libro de instrucciones de la vida: solo una lista confusa de ingredientes.

La visión común de la herencia es que toda la información transmitida de generación en generación se almacena en el ADN de un organismo. Pero Antony Jose, profesor asociado de biología celular y genética molecular en la Universidad de Maryland, no está de acuerdo.

En dos nuevos artículos, José argumenta que el ADN es solo la lista de ingredientes, no el conjunto de instrucciones utilizadas para construir y mantener un organismo vivo. Las instrucciones, dice, son mucho más complicadas, y se almacenan en las moléculas que regulan el ADN de una célula y otros sistemas de funcionamiento.

José describió un nuevo marco teórico para la herencia, que se desarrolló a través de 20 años de investigación sobre genética y epigenética, en artículos revisados por pares en el Journal of the Royal Society Interface y la revista BioEssays. Ambos artículos fueron publicados el 22 de abril de 2020.

El argumento de José sugiere que los científicos pueden estar pasando por alto importantes vías para estudiar y tratar enfermedades hereditarias, y las creencias actuales sobre la evolución pueden estar demasiado centradas en el papel del genoma, que contiene todo el ADN de un organismo.

«El ADN no puede ser visto como el ‘modelo’ para la vida», dijo José. «Es, en el mejor de los casos, una lista de ingredientes superpuestos y potencialmente codificados que las diferentes células usan de manera diferente en diferentes momentos».

Por ejemplo, el gen para el color de los ojos existe en cada célula del cuerpo, pero el proceso que produce la proteína para el color de los ojos solo ocurre durante una etapa específica de desarrollo y solo en las células que constituyen la porción coloreada de los ojos. Esa información no se almacena en el ADN.

Además, los científicos no pueden determinar la forma compleja de un órgano, como un ojo, o que una criatura tendrá ojos, al leer el ADN de la criatura. Estos aspectos fundamentales de la anatomía están dictados por algo fuera del ADN.

José argumenta que estos aspectos del desarrollo, que permiten que un óvulo fertilizado crezca de una sola célula a un organismo complejo, deben verse como una parte integral de la herencia. 

El nuevo marco de Jose reestructura la herencia como un sistema de información complejo y en red en el que todas las moléculas reguladoras que ayudan a la célula a funcionar pueden constituir un almacén de información hereditaria.

Michael Levin, profesor de biología y director del Centro Tufts de Biología Regenerativa y del Desarrollo y del Centro Allen Discovery de la Universidad Tufts, cree que el enfoque de José podría ayudar a responder muchas preguntas que no se abordan en la visión actual de la biología centrada en el genoma. Levin no participó en ninguno de los artículos publicados.

«Comprender la transmisión, el almacenamiento y la codificación de la información biológica es un objetivo fundamental, no solo para la ciencia básica sino también para los avances transformadores en la medicina regenerativa», dijo Levin.

«En estos dos documentos, Antony Jose aplica magistralmente un enfoque informático para proporcionar una visión general y un análisis cuantitativo de posibles dinámicas moleculares que podrían servir como medio para la información heredable «.

José propone que las instrucciones no codificadas en el ADN estén contenidas en la disposición de las moléculas dentro de las células y sus interacciones entre ellas. Esta disposición de las moléculas se conserva y se transmite de una generación a la siguiente.

En sus documentos, el marco de trabajo de José redefine la herencia como los efectos combinados de tres componentes: entidades, sensores y propiedades.

Las entidades incluyen el genoma y todas las demás moléculas dentro de una célula que se necesitan para construir un organismo. Las entidades pueden cambiar con el tiempo, pero se recrean con su estructura, disposición e interacciones originales al comienzo de cada generación.

«Ese aspecto de la herencia, que la disposición de las moléculas es similar a través de las generaciones, se subestima profundamente y conduce a todo tipo de malentendidos sobre cómo funciona la herencia», dijo José.

Los sensores son entidades específicas que interactúan y responden a otras entidades o a su entorno. Los sensores responden a ciertas propiedades, como la disposición de una molécula, su concentración en la célula o su proximidad a otra molécula.

Juntas, las entidades, los sensores y las propiedades permiten que un organismo vivo detecte o «sepa» cosas sobre sí mismo y su entorno. Parte de este conocimiento se usa junto con el genoma en cada generación para construir un organismo.

«Este marco se basa en años de investigación experimental en muchos laboratorios, incluido el nuestro, sobre epigenética y silenciamiento genético multigeneracional combinado con nuestro creciente interés en la biología teórica», dijo José. 

«Dado que dos personas que contraen la misma enfermedad no muestran necesariamente los mismos síntomas, realmente necesitamos comprender todos los lugares donde dos personas pueden ser diferentes, no solo sus genomas».

La locura de mantener una visión de la herencia centrada en el genoma, según José, es que los científicos pueden estar perdiendo oportunidades para combatir las enfermedades hereditarias y comprender los secretos de la evolución.

En medicina, por ejemplo, la investigación de por qué las enfermedades hereditarias afectan a los individuos se enfoca de manera diferente en las diferencias genéticas y en las diferencias químicas o físicas en las entidades. 

Pero este nuevo marco sugiere que los investigadores deberían buscar diferencias no genéticas en las células de las personas con enfermedades hereditarias, como la disposición de las moléculas y sus interacciones. 

Actualmente, los científicos no tienen métodos para medir algunas de estas cosas, por lo que este trabajo apunta a nuevas vías potencialmente importantes para la investigación.

En la evolución, el marco de referencia de José sugiere que los organismos podrían evolucionar a través de cambios en la disposición de las moléculas sin cambios en su secuencia de ADN. Y en la ciencia de la conservación, este trabajo sugiere que los intentos de preservar especies en peligro a través de bancos de ADN solo carecen de información crítica almacenada en moléculas que no son de ADN.

José reconoció que habrá mucho debate sobre estas ideas, y se necesitan experimentos para probar sus hipótesis. Pero, dijo, los comentarios preliminares de científicos como Levin y otros colegas han sido positivos.

«La generalización de la memoria y la codificación de Antony Jose a través del marco entidad-sensor-propiedad arroja nuevos conocimientos sobre la evolución y la complejidad biológica y sugiere revisiones importantes de los paradigmas existentes en genética, epigenética y desarrollo», dijo Levin.

El documento, «Un marco para analizar información heredable», A. José, se publicó en el Journal of the Royal Society Interface, el 22 de abril de 2020.

El documento, «Los cambios epigenéticos heredables alteran las formas de onda transgeneracionales mantenidas por las tiendas de información de ciclismo», A. José, fue publicado en la revista BioEssays el 22 de abril de 2020.

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