El atlas de la actividad genética
Una investigación reúne el uso que hacen las células del genoma y que explica la vida humana
Los datos serán esenciales para la medicina regenerativa
El proyecto de secuenciación del genoma humano hizo accesible universalmente el conocimiento de todos los genes de la cadena del ADN. / CORDON PRESS
Todas las células del cuerpo tienen el mismo genoma, y si unas se desarrollan como neuronas del cerebro, otras como hepatocitos del hígado y otras hacen músculo o hueso es solo porque en cada una se activa o reprime un conjunto distinto de genes: en eso se basa la maravillosa complejidad organizada del cuerpo humano que nos permite ver y actuar, razonar e imaginar, prosperar y enfermar. Un consorcio de 250 científicos de 20 países presenta hoy en 18 trabajos el atlas de todos los elementos genéticos, o tramos de ADN, que controlan la actividad de todos los genes, y que son los responsables de que un solo genoma produzca el universo de variedad que nos mantiene vivos y nos hace humanos.
Las neuronas, los hepatocitos y las células de la piel o del hueso son solo unos pocos ejemplos vistosos de los 400 tipos de células que constituyen nuestro cuerpo. El atlas de la actividad genética que erige toda esa diversidad —pero que también la coordina en sistemas integrados y autorregulados— es el primer gran resultado de Fantom, uno de los grandes consorcios científicos dedicados a interpretar el genoma de nuestra especie, su sentido profundo y las razones últimas de la enfermedad humana.
ampliar fotoResultados del proyecto Fantom. /FANTOM (NATURE)
El consorcio se llama Fantom —un trabajoso acrónimo de functional annotation of the mammalian genome, o anotación funcional del genoma de los mamíferos— y ha logrado ensamblar un minucioso atlas de los 180.000 promotores y 44.000enhancers del genoma humano. Son los tramos o segmentos de ADN que activan distintos subconjuntos de genes en unas regiones del cuerpo u otras, y generan así la abigarrada variedad funcional del cuerpo. Los promotores actúan junto a los genes, y los enhancers (estimuladores) lo hacen a distancia, a veces desde posiciones muy alejadas en el cromosoma, o incluso desde un cromosoma distinto. El trabajo se presenta en dos artículos de Nature y otros 16 trabajos en otras revistas científicas.
Fantom tiene 14 años de existencia, que es más o menos la edad máxima que puede tener una investigación genómica (los primeros borradores de genoma humano se presentaron a comienzos del milenio). Fue una iniciativa del genetista Yoshihide Hayashizaki, delinstituto Riken de Yokohama, y desde entonces ha sido liderado por esa gran institución científica japonesa. Su objetivo no es tanto el genoma en sí mismo (formado por ADN), sino los productos de su activación (constituidos por ARN, una molécula similar).
El genoma es un texto (ttgaccta…), pero "¿qué es lo que está escrito allí?", se pregunta Hayashizaki, fundador y director general de Fantom. "Responder esta cuestión ha sido el objetivo final del consorcio desde su mismo comienzo; la biblioteca básica de definición celular producida por Fantom 5 (la quinta edición del proyecto, que es la que se presenta ahora) es un paso notable hacia la manipulación de las células; estos datos serán un recurso esencial para desarrollar un amplio abanico de tecnologías en las ciencias de la vida, unos métodos que conducirán al desarrollo de la medicina regenerativa y personalizada en el futuro inmediato".
La forma de los genes es la famosa doble hélice del ADN, donde cada hilera (cada hélice simple) es complementaria a la otra. Esta complementariedad es el fundamento de la capacidad de todo ser vivo de sacar copias de si mismo, porque, si se separan las dos hileras, cada una es capaz de reconstruir a la otra. Activar un gen consiste en separar momentáneamente sus dos hileras y sacar una copia de trabajo de una de ellas, esta vez no hecha de ADN, sino de una molécula similar llamada ARN, formada por una sola hilera, y que es la que usa la célula para leer la información contenida en el gen.
"Los humanos somos complejos organismos multicelulares compuestos por al menos 400 tipos celulares distintos", explica el coordinador de Fantom 5, Alistair Forrest, del grupo de análisis de información genómica del Riken. "Esta bella diversidad de tipos celulares nos permite ver, pensar, oír, movernos y combatir las infecciones, y sin embargo todo ello está cifrado en el mismo genoma; la diferencia entre todas estas células está en qué parte del genoma usa cada una, y ahora hemos investigado sistemáticamente, por primera vez, exactamente qué genes usa cada tipo de célula a lo largo del cuerpo humano, y las regiones genómicas que determinan dónde se activa cada gen del genoma".
Las partes de un todo misterioso
La biología ha dado en la última década un salto cuantitativo abrumador. Las ómicas —genómica, proteómica, metabolómica y varias otras disciplinas— están explotando el mapa del genoma humano y toda una serie de galopantes desarrollos tecnológicos y matemáticos sirven para describir los componentes de los sistemas vivos con una minuciosidad y precisión que hubieran parecido ciencia ficción hace tan solo 10 años. El afán catalogador de la biología no es nuevo: en tiempos de Linneo se clasificaban especies animales o vegetales y ahora se compilan inventarios de genes, secuencias, proteínas o metabolitos con el mismo espíritu abarcador. Pero los biólogos saben que catalogar es solo la primera parte de la faena, y no la más importante.
La turbamulta de especies, géneros, familias y reinos de organismos no adquirió su pleno sentido hasta que Darwin y la teoría de la evolución ofrecieron un esquema racional —una explicación de alto nivel— para generar toda esa diversidad abrumadora y barroca. Y las modernas ómicastodavía están esperando a su Darwin: una teoría simple y razonablemente elegante que las haga encajar en su sitio. “Las ciencias ómicas han generado una sorpresa reveladora detrás de otra”, dice el director de Fantom, Yoshihide Hayashizaki. “La vida, sin embargo, permanece huidiza en gran medida”. Mientras llega la luz, habrá que profundizar en las aplicaciones médicas.
Las mutaciones típicas que ocurren en los genes generan enfermedades como el Huntington y los miles de enfermedades raras que afectan a una minoría de individuos. Pero las grandes dolencias, entre las que se cuentan las principales causas de mortalidad y pérdida de calidad de vida —cardiovasculares, neurodegenerativas y muchos cánceres— tienen muy a menudo relación con el tipo de elementos genómicos que describe el proyecto Fantom: tramos de ADN como los promotores y los enhancers que no alteran la secuencia de los genes en sí, pero afectan al dónde y al cuándo de su activación.
La turbamulta de especies, géneros, familias y reinos de organismos no adquirió su pleno sentido hasta que Darwin y la teoría de la evolución ofrecieron un esquema racional —una explicación de alto nivel— para generar toda esa diversidad abrumadora y barroca. Y las modernas ómicastodavía están esperando a su Darwin: una teoría simple y razonablemente elegante que las haga encajar en su sitio. “Las ciencias ómicas han generado una sorpresa reveladora detrás de otra”, dice el director de Fantom, Yoshihide Hayashizaki. “La vida, sin embargo, permanece huidiza en gran medida”. Mientras llega la luz, habrá que profundizar en las aplicaciones médicas.
Las mutaciones típicas que ocurren en los genes generan enfermedades como el Huntington y los miles de enfermedades raras que afectan a una minoría de individuos. Pero las grandes dolencias, entre las que se cuentan las principales causas de mortalidad y pérdida de calidad de vida —cardiovasculares, neurodegenerativas y muchos cánceres— tienen muy a menudo relación con el tipo de elementos genómicos que describe el proyecto Fantom: tramos de ADN como los promotores y los enhancers que no alteran la secuencia de los genes en sí, pero afectan al dónde y al cuándo de su activación.
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