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El plástico, un material maravilla que está hasta en el ADN – BBC Mundo

 

Cuando usted piensa en plástico, ¿qué le viene a la mente? ¿Juguetes baratos hechos en China? ¿Empaques? ¿Bolsas? Elemental, mi querido lector. Pero, ¿y si le hablara de suéteres lanudos? ¿O de cornflakes? ¿O de un armario antiguo de cedro?

Créalo o no, desde la perspectiva de un químico, todas estas cosas están hechas del mismo tipo de material: polímeros. Y la distinción entre aquellos que llamamos “plásticos” y los que no es bastante arbitraria. Los polímeros son moléculas repetitivas extremadamente largas que, en el caso de los plásticos, están hechas principalmente de carbono.

“Se toma una molécula orgánica simple y se la hace reaccionar consigo misma una y otra vez”, le explica a la BBC el profesor de química Andrea Sella, del University College de Londres. “Es un poco como una cadena de bicicleta: le unes un eslabón y lo engachas al próximo y al próximo y al próximo, casi ad infinitum“.

Los polímeros constituyen una categoría muy amplia. Al igual que el plástico, también incluyen los silicios -basados en silicona en vez de carbón- que se usan en toda clase de productos, desde implantes de seno hasta retardantes de fuego. Aún más: incluyen el ADN.

La forma de los polímeros es lo que le da al plástico su plasticidad, lo que permite que sean moldeados. Las hebras individuales “simplemente pueden deslizarse entre ellas”, dice Sella. “Como espaguetti frío”.

Desde tiempos inmemoriales

Los seres humanos han estado usando derivados naturales de plástico durante mucho más tiempo del que pueda imaginar.

Sin plástico, no habría cine.

Por ejemplo, artesanos medievales hacían faroles con rebanadas traslúcidas de cuernos de animal. Los cuernos están hechos de keratina, un polímero mixto de carbón y nitógeno, la misma clase de material de que están hechos la piel y el pelo, incluida la lana.

Pero la historia se remonta mucho más lejos.

Un milenio y medio antes del nacimiento de Cristo, los olmecas de México ya jugaban con pelotas hechas de otro polímero natural: el caucho.

No fue hasta el siglo XVIII que un europeo, el explorador francés Charles-Marie de la Condamine, se topó con los árboles de caucho en la cuenca del Amazonas.

Y en el siglo siguiente, en la década de 1840 el estadounidense Charles Goodyear y el británico Thomas Hancock registraron patentes a cada lado del Atlántico por el caucho “vulcanizado”, es decir, tratado con sulfuro para hacerlo más duradero.

La vulcanización hizo posible la invención de la rueda de caucho para la bicicleta, y más tarde la del automóvil (de ahí el nombre de la compañía de llantas Goodyear). Thomas Hancock, entretanto, trabajó con Charles Mackintosh para crear ropa impermeable.

Buen inventor, mal empresario

Pero la historia de los plásticos antecede incluso a los olmecas; de hecho comienza con el uso de la madera por parte del hombre. Y es que cerca de la mitad de un pedazo de madera normal es celulosa, un polímero que se encuentra en las fuertes paredes celulares de las plantas y que le da a la madera su dureza y durabilidad.

Son estas largas fibras de celulosa las que la industria de pulpa separa para hacer fuerta al papel.

También fue la celulosa la que aportó el material base para el siguiente avance en los plásticos modernos: la parkesina, así llamada por el inventor británico Alexander Parkes, quien la mostró al público en la exhibición internacional de Londres de 1862.

Muchos ejemplos de los primeros productos hechos de parkesina, como moldes para impresión, asas, botones y peines, pueden apreciarse en el Museo de Ciencia de Londres. “Aunque era un inventor fantástico, no era un hombre de negocios brillante”, explica la curadora de la muestra, la doctora Susan Mossman. “De modo que se fue a la quiebra”. Así las cosas, fueron dos estadounidenses, los hermanos Hyatt, quienes hicieron una fortuna con el material, para la desazón de Parkes. Los hermanos le añadieron alcanfor, mejorando la maleabilidad del plástico, y lo rebautizaron como “celoluoide” en 1870, proveyendo así lo que llegaría a ser la materia prima para la industria cinematográfica.

Llegan los sintéticos

Los autos y las películas no son las únicas tecnologías cuyo nacimiento se vio facilitado por estos primeros plásticos. La electrificación fue posible gracias al caucho, pues podía utilizarse para aislar switches eléctricos, mientras que los primeros cables submarinos de telecomunicaciones desde 1851 fueron recubiertos de una capa protectora de una prima del plástico, llamada gutapercha.

Pero el gran avance -podría decirse que marcó el nacimiento de la era de los plásticos modernos- ocurrió en 1907, con la invención de la baquelita por el estadounidense de origen belga Leo Baekeland.

Fue el primer plástico sintético: el primero que no derivaba de animales o plantas, sino de combustibles fósiles. Baekeland usó fenol, un ácido derivado de la brea. Su trabajo abrió las compuertas a un torrente de plásticos ahora muy conocidos: poliesterino en 1929, poliéster en 1930, cloruro de polivinilo (PVC) y polietileno en 1933 y nylon en 1935.

Estos nuevos materiales fueron una vez lo máximo en glamour. “Para la década de los 30, tenías plásticos sintéticos que podían producirse en blanco y en colores pálidos luminiscentes”, dice Mossman. “Ginger Rogers podía bailar en un bello salón laminado blanco”.

Baquelita

  • Desarrollada entre 1907 y 1909 por el químico belga Leo Baekeland.
  • Fue uno de los primeros plásticos hechos de componentes sintéticos.
  • Usada por sus propiedades no conductivas y resistentes al calor en aparatos de radio y teléfono y en aislantes eléctricos.
  • También se emplea en toda clase de productos desde utensilios de cocina hasta joyas, pasando por juguetes.
  • Designado como “hito químico histórico nacional” de la Sociedad Americana de Química en 1993, en reconocimiento a su importancia como primer plástico sintético del mundo.

Plástico y guerra

Con todo y esto, lo que realmente impulsó el crecimiento de la industria fue la guerra, cuando el plástico comenzó a utilizarse para todo, desde vehículos militares hasta aislamiento para radares.

Las compañías petroquímicas construyeron plantas para transformar el petróleo en plástico en cantidades industriales. Como era predecible, con el final de la guerra en 1945, la industria se vio a sí misma inundada de excedentes. Para mantener la producción, se vio forzada a salirse del molde -¿o será que, dado el caso, deberíamos decir “meterse al molde”?- y enfocarse en el mercado de consumo masivo, con nuevos productos como Tupperware, lanzado en 1948. Y, para Andrea Sella, el ejemplo del teraflato de polietileno (PET), inventado en 1941, demuestra cuán versátiles podían ser estos materiales baratos.

Hoy en día se usa para hacer botellas de bebidas gaseosas, debido a que es lo suficientemente fuerte para mantener dos presiones atmosféricas. Luego muestra un guante suave de invierno, así como una papel para envolver flores. “Es el mismo material”, dice. La única diferencia es la forma en que ha sido moldeado. Y estamos hablando de un sólo plástico.

“Literalmente hay cientos de miles de diferentes tipos de polímeros hoy en día”, dice Sella. Sus propiedades pueden cambiarse manipulando su estructura. “Una botella de leche estándar en el Reino Unido está hecha de polietileno, a partir del bloque C2H4. Si le añades sólo un carbono, y vas a polipropileno, lo que obtienes es un material mucho más robusto”, explica y saca una taza para darle de beber a los bebés y la deja caer en el piso de concreto. Rebota sin problema.

“Esto fue completamente transformador. Cuando los plásticos aparecieron, vinieron a reemplazar cosas como el peltre, que se se amella, y vidrio y cerámica, que tienen el terrible problema de que se quiebran”, resalta Sella.

Para siempre

Los plásticos sintéticos tienen la ventaja añadida de que aparentemente duran para siempre. Todavía no ha nacido el organismo capaz de digerir estos materiales complicados y extraños.No obstante, esta ventaja representa, por supuesto, también una gran desventaja. El plástico podría permanecer intacto, sin descomponerse, por miles de años en un basurero o en el medio de la calle.

Más preocupantes son los informes que hablan de que nuestra basura plástica -incluidos cantidades fabulosas de micropartículas plásticas diminutas que podrían haberse separado en nuestras lavadoras de prendas de vestir hechas a base de plástico- ha terminado en el océano, donde se agrupan en islas flotantes de desperdicios que giran en las corrientes océanicas.

Hay evidencia que apunta a que ciertas bacterias podrían estar evolucionando hacia alimentarse de esta basura, explotando la energía contenida en las cadenas de hidrocarbonos de los polímeros. Pero tiene que haber mejores soluciones, como plásticos diseñados para descomponerse.

El poliácido láctico (PLA), por ejemplo, deriva del almidón de maíz, de lo mismo de lo que están hecho los cornflakes. El almidón, como la celulosa, es un polisacárido: una larga cadena de moléculas fundidas de azúcar. El PLA puede usarse para hacer bolsas plásticas y fibras textiles. Entre tanto, la celulosa puede transformarse no sólo en celuloide, sino también en celofán o en fibra de rayón. Todos estos polímeros pueden descomponerse. A lo largo de los meses, o de los daños, serán deshechos gradualmente por microbios. Además de la creciente acumulación de basura de plástico, hay otro problema inminente: la fuente de la que obtenemos el plástico en primer lugar.

Vuelta al comienzo

Actualmente, la mayoría proviene del petróleo y el gas. Pero cuando estas fuentes no renovables se acaben, eventualmente, la solución obvia será regresar a los tiempos de Parkes y Goodyear, y buscar ayuda en la biología.

“El mercado está buscando más plásticos bioderivados que sean químicamente idénticos a los plásticos que usamos ahora”, le dice a la BBC Jeremy Tomkinson, un asesor del gobierno del Reino Unido en materia de biocombustibles y biomateriales, con oficinas en Nueva York.

“En parte esto viene impulsado por consideraciones de marca. Pepsi y Coca Coca compitieron en años recientes por tener la primera botella 100% bioplástica (Pepsi ganó)”, explica.

Normalmente derivado del petróleo, el material ahora lo produce la firma petroquímica brasileña Braskem a partir de la caña de azúcar. Para ello usa grandes cantidades de levadura genéticamente modificada para transformar el azúcar en etanol, lo cual puede convertirse por etapas en etileno, polietileno y PET.

Estos bioplásticos, agrega Tomkinson, también pueden ayudar a combatir el cambio climático, ya que la caña de azúcar absorbe dióxido de carbono de la atmósfera, atrapándolo en un producto que puede ser reciclado como cualquier otro, incluso si ultimadamente es quemado para generar energía y el dióxido de carbono es liberado de nuevo a la atmósfera.

Sin embargo, el experto cree que en el largo plazo el mayor impulsor del renacimiento de los bioplásticos no erá el altruismo ecologista, sino las ganancias. Las grandes compañías químicas saben que necesitan encontrar alternativas al petróleo, lo cual ya se refleja en la manera en que invierten los recursos destinados a la investigación y el desarrollo.

Por ahora, el precio del petróleo está estable. Y gracias a la revolución del gas de esquisto o fracking, los precios del gas en Estados Unidos son excepcionalmente bajos, lo cual ha convertido a ese país en uno de los principales productores de PVC.

“Pero cuando el petróleo alcance cierto precio por barril, se volverá demasiado caro”, dice. “Es entonces cuando la biotecnología a escala industrial puede comenzar a funcionar”. Y ahí es donde el breve romance de la Humanidad con los plásticos sintéticos se acabará.

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Ampliando el lenguaje de Dios

Científicos de California crean una bacteria con tres pares de bases de ADN en lugar de los dos naturales

El avance multiplica las aplicaciones de la biología sintética y plantea el debate de las patentes de seres vivos


 

El avance multiplica las aplicaciones de la biología sintética / UNIQUELY INDIA (GETTY IMAGES)

“Estamos aprendiendo el lenguaje con el que Dios creó la vida”, dijo Bill Clinton al presentar el primer borrador del genoma humano en el año 2000. De ser así, los científicos acaban de ampliar el lenguaje de Dios. El código genético natural está compuesto de solo dos pares de bases (el par A-T y el par G-C). Floyd Romesberg y sus colegas del Instituto Scripps en La Jolla, en California, han añadido ahora el par artificial d5SICSTP-dNaMPT. Ese tercer par de bases (o de letras) puede replicarse e incorporarse en el ADN de una bacteria sin ser reconocido como una anomalía, lo que demuestra que un organismo puede propagar establemente un alfabeto genético expandido, con tres pares de bases en lugar de los dos naturales.

La creación de vida artificial se acerca así un paso más, después de la creación de los genomas completos de una bacteria y de un cromosoma de la levadura, en ambos casos a partir de productos químicos de bote. Pero el nuevo avance plantea cuestiones inéditas, y no solo para los ingenieros. Por ejemplo, como el alfabeto ampliado permite construir genes y proteínas con componentes nunca vistos en la naturaleza, ¿se pueden patentar seres vivos con estas letrasartificiales?

A estas alturas del siglo XXI sigue sin estar claro que haya leyes universales de la biología, pero si alguna puede aspirar a ese título es la naturaleza de la información genética. Desde la más humilde bacteria hasta el lector de este artículo, todos los seres vivos del planeta Tierra utilizan para ese propósito la doble hélice del ADN y un código genético de cuatro ‘letras’ (a, g, t, c), las cuatro bases o nucleótidos con que se escribe todo texto biológico, o “el lenguaje de Dios”, en la peculiar nomenclatura del presidente Clinton.

Ese lenguaje de cuatro letras ha resultado muy servicial a los seres vivos desde hace al menos 3.500 millones de años. Pero la razón, sabemos ahora, no es que sea el único posible, porque la bacteria creada por Romesberg y sus colegas parece funcionar igual de bien con seis letras que con las cuatro naturales. Animados por este hecho, los científicos ya están pensando en añadir aún más bases artificiales al código genético de sus criaturas. Aunque no es eso, desde luego, lo que más prisa les corre.

La bacteria parece funcionar igual de bien con seis letras que con las cuatro naturales

El trabajo de Romesberg, que se presenta en Nature, es una prueba de principio, pero tanto él como otros expertos en la emergente disciplina de la biología sintética –el diseño de organismos a partir de principios básicos— lo consideran un gran paso adelante. Creen que facilitará mucho los objetivos a corto plazo de esta tecnología, que son la síntesis de medicamentos, la producción de biocombustibles, la alimentación y la regeneración de los entornos dañados por toda clase de vertidos.

La biología sintética pretende crear desde cero sistemas biológicos –como circuitos genéticos, bacterias y células superiores— que no existen en la naturaleza, y que están diseñados para algún propósito práctico concreto. Pese a ser un campo de investigación con apenas 10 años de historia, ya se ha apuntado algunos logros: bacterias que funcionan como biosensores; otras que sintetizan artemisina (un fármaco contra la malaria), y una serie de fagos (virus bacteriófagos, o que infectan a las bacterias) diseñados para disolver los biofilms que forman los microorganismos.

Entre las perspectivas más inmediatas, los biólogos biosintéticos se plantean facilitar la producción de más fármacos –cuyas rutas sintéticas son a veces de una complejidad mareante, y de un precio disuasorio—, y también etanol y otros productos útiles como combustibles. “La capacidad de construir organismos fotosintéticos puede llegar incluso a permitirnos utilizar la luz solar como la fuente de energía última, y el dióxido de carbono (CO2) como la única fuente de carbono”, dice el bioquímico Andy Ellington, de la Universidad de Texas en Austin.

Entender el avance de Romesberg y su equipo de La Jolla requiere un somero repaso de los elementos de la biología molecular. La doble hélice del ADN consiste en dos muelles imbricados entre sí (‘hélice’ no es más que el nombre matemático de un muelle). A lo largo de cada muelle discurre la secuencia de bases (ctaacgttaa…), el ‘texto’ que contiene la información genética. Y lo que mantiene unidos los dos muelles es la afinidad selectiva: ‘a’ se aparea con ‘t’, ‘c’ se aparea con ‘g’. Este apareamiento específico es la clave de la replicación: al separar los dos muelles, cada uno puede reconstruir al otro.

Las nuevas bases artificiales también se aparean una con otra (d5SICSTP con dNaMPT), y gracias a ello pueden replicarse como sus colegas naturales. Un logro esencial de los biólogos de California ha sido garantizar que la bacteria pueda conseguir del entorno las nuevas bases en su forma simple, para luego incorporarlas a su ADN. Ello ha requerido situar en su membrana un transportador con las suficientes tragaderas, que han tomado de un alga.

Dentro de cada muelle, la información se organiza en grupos de tres letras (tripletes, o codones, como agt o ccc). Cada codón de un gen significa un aminoácido de una proteína (las proteínas son rosarios de 20 tipos de aminoácidos). Con las cuatro bases naturales, se pueden formar 64 (4 elevado a 3) codones distintos. Con las seis bases que resultan al añadir las dos artificiales, se pueden formar 216 (6 elevado a 3) codones distintos. El nuevo par de letras, por tanto, triplica con creces la capacidad de código del ADN.

“Es posible que la maquinaria biológica que han usado Romesberg y sus colegas permita a la bacteria, con el tiempo, adoptar las dos bases artificiales como parte de su propio alfabeto genético”, escriben enNature Ross Thyer y Jared Ellefson, del Centro de Biología Sintética y de Sistemas de la Universidad de Texas en Austin. “De ser así se abriría un nuevo panorama en el que la ingeniería humana podría saltar sobre un abismo que previamente había sido insondable para la evolución”. Habría que preguntarse entonces por qué la vida se paró en cuatro letras y ha seguido así durante 3.500 millones de años.

Thyer y Ellefson tienen claro cuál será el siguiente paso. El ADN no se traduce a proteínas directamente: hay un paso intermedio, lla mado transcripción, que saca una copia de trabajo de uno de los muelles de la doble hélice y produce una molécula muy similar al ADN, pero con solo una hilera de bases: el ARN, que es quien accede a las maquinarias celulares que traducen la secuencia de bases (ggtacctt…) a la secuencia de aminoácidos que forma las proteínas. Los científicos de California no han mostrado aún que las dos nuevas bases se puedan transcribir como ARN, y eso es lo próximo que tienen que comprobar.

El Tribunal Supremo de EE UU sentenció en 2013 que “los productos de la naturaleza” no se pueden patentar

De hecho, el ARN no es solo un intermediario para fabricar proteínas: también es capaz de plegarse en sofisticadas estructuras tridimensionales que tienen funciones propias. Por ejemplo, pueden reconocer pequeñas moléculas del entorno celular y activar o desactivar genes en consecuencia (los llamadosriboswitches). También se asocian a las proteínas formando complejos esenciales para la vida (las ribonucleoproteínas).

La incorporación de las dos bases artificiales a estas estructuras abriría un nuevo campo para los bioingenieros. Y ello mucho antes de empezar a hablar de nuevas proteínas con inéditos aminoácidos que resulten útiles, e incluso patentables. Pero a la larga habrá que considerar esa posibilidad también. “Un alfabeto genético expandido conducirá a un alfabeto de proteínas expandido”, predicen Thyer y Ellefson. Es un tiro largo, pero no muy arriesgado.

En junio del año pasado, el Tribunal Supremo de Estados Unidos sentó un precedente muy importante al dictaminar, en un caso contra la comercialización de un test para el cáncer de mama por la firma Myriad Genetics, que “los productos de la naturaleza” no se pueden patentar. Los jueces se referían a la secuencia de los genes que confieren susceptibilidad al cáncer, que en efecto son productos de la naturaleza, si bien no de los más brillantes.

Pero el nuevo ADN con seis letras es cualquier cosa menos un producto de la naturaleza, y tal y como está hoy la jurisprudencia, al menos en Estados Unidos, será tan patentable como la fórmula de la viagra, aunque seguramente no tan rentable.

Ampliando el lenguaje de Dios | Sociedad | EL PAÍS

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Mara Dierssen: «Los avances en el síndrome de Down abren una ventana a la esperanza»

Las líneas terapéuticas persiguen corregir el efecto sobre el cerebro del exceso de proteínas que provoca la trisomía


 

Mara Dierssen investiga las alteraciones cerebrales en la discapacidad intelectual en el Centro del Regulación Genómina de Barcelona

El pasado 21 de marzo se celebró el día mundial del Síndrome de Down, una alteración genética originada por una copia extra del cromosoma 21 o un fragmento del mismo. En total, unos 300 genes de más que provocan discapacidad intelectual y en ocasiones cardiopatías, hipertensión pulmonar, problemas auditivos o visuales, anomalías intestinales, neurológicas, endocrinas. Cada vez se avanza más en el conocimiento de esta alteración genética que afecta a más de 30.000 personas en España. Mara Dierssen, del Centro de Regulación Genómica de Barcelona y presidenta de la Sociedad Española de Neurociencia, lleva a cabo una destacada investigación que ha permitido determinar el impacto del exceso de la dosis del gen Dyrk1A, uno de los candidatos principales para explicar las alteraciones cognitivas durante desarrollo y de la neurodegeneración asociada a la edad.

-¿Qué ha aportado este descubrimiento?

-Nos ha permitido diseñar nuevas estrategias terapéuticas para normalizar la actividad de este gen y para potenciar la plasticidad cerebral. La idea es que mediante agentes farmacológicos que incrementen la «eficacia plástica» del cerebro podremos potenciar la intervención educativa y social.

-¿Hay aplicaciones terapéuticas cercanas?

-En los últimos años la investigación sobre síndrome de Down ha identificado los genes cuya triple presencia pueden explicar la deficiencia cognitiva. que por tanto son posibles dianas farmacológicas. En este momento hay abiertas diversas líneas de investigación. Unas van dirigidas a la normalización de los desequilibrios entre neurotransmisores excitadores e inhibidores y otras a mejorar la plasticidad cerebral, como proponemos en mi laboratorio. Nosotros pretendemos normalizar la excesiva dosis de proteínas del cromosoma 21 implicadas en esa plasticidad, que es fundamental para la memoria y el aprendizaje.

-¿Será posible corregir esta patología en el futuro con terapia génica?

-En mi opinión aún no estamos en ese punto, pero es indudable que los avances en investigación abren una ventana de esperanza. Experimentos en modelos animales han demostrado que el tratamiento mediante terapia génica puede revertir algunos defectos cognitivos.

-¿Por qué hay tanta diferencia en la capacidad intelectual en personas con Down?

-La variabilidad individual es un rasgo constitutivo del síndrome de Down. La característica común a todas ellas es la disminución del nivel intelectual. Aunque sabemos poco de los factores que controlan esta variabilidad, está cada vez más claro que además de la dotación genética del individuo, que en sí ya es variable, las influencias de su entorno también contribuirán a determinar el nivel de competencia final. La estimulación ambiental en el síndrome de Down tiene como objetivo que cada uno logre el mejor nivel de competencia posible aprovechando la neuroplasticidad. Sin embargo, hay una «limitación genética» a la hora de responder al entorno. Esta limitación puede ser muy diferente en cada persona. En los casos de mosaicismo no todas las células presentan la trisomía del cromosoma 21, y las alteraciones suelen ser más leves.

-¿Cómo influye la estimulación que reciben en la capacidad intelectual?

-El ambiente es capaz de modificar la función y la estructura del cerebro, especialmente durante las primeras etapas de la vida. Es decir, requiere de la estimulación del entorno para producirse correctamente y desarrollar conexiones adecuadas. Una estimulación inadecuada, por exceso o por defecto, puede ser perjudicial. Pero además, en el síndrome de Down no sólo hay problemas biológicos en las etapas de formación y desarrollo sino durante toda la vida. Por eso la atención a estas personas ha de ser permanente.

Síndrome de Down y Enfermedad de Alzheimer

Más del 75% de las personas con síndrome de Down desarrollan alzhéimer después de los 40 años, un riesgo 6 veces superior al general. La actividad de un gen del cromosoma 21 (Dyrk1A) implicado en el fenotipo cognitivo en Down, regula tamibén la fosforilación de la proteína precursora del amiloide, que forma las placas en el cerebro, y la proteína Tau, que forma los ovillos. Dos procesos clave en el desarrollo del alzhéimer

Los avances en síndrome de Down abren una ventana a la esperanza» – ABC.es.

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El Down excede el cromosoma 21

El estudio de dos gemelos abre un nuevo enfoque para buscar terapias contra esta enfermedad

Las alteraciones se extienden a los demás paquetes de genes

 

Cromosomas de un varón con síndrome de Down donde se ven las tres copias del 21. / JOUBERT PHANIE (CORDON PRESS)

Como el síndrome de Down se debe a una copia extra del cromosoma 21, los investigadores biomédicos han puesto sus mejores esfuerzos en analizar a fondo los genes de ese cromosoma, con la esperanza de encontrar en ellos la clave para idear tratamientos paliativos de los síntomas de esta enfermedad, que es la causa genética más común de deficiencia cognitiva. El cuadro, por desgracia, se acaba de complicar.

Científicos de Ginebra, Florida y otras universidades —incluida la Pompeu Fabra de Barcelona— han analizado a un par de gemelos idénticos en el que solo uno tiene una copia extra del cromosoma 21 (trisomía 21, el fundamento genético del síndrome de Down). El estudio revela que, en elgemelo Down, la actividad de los genes está alterada en todos los cromosomas, no solo en el 21. Las alteraciones se organizan en dominios, o grandes regiones cromosómicas, que son los mismos en el ratón y el humano, y por tanto se han conservado a lo largo de cientos de millones de años de evolución. El trabajo se presenta en el artículo principal de la revista Nature.

La trisomía 21 no siempre es total. A veces basta la duplicación de un segmento de ese cromosoma para causar el síndrome de Down. En cualquier caso, el conjunto de las trisomías 21 totales y parciales constituye la aneuploidía (alteración del número de cromosomas) más frecuente de cuantas permiten al bebé nacer vivo: afecta a uno de cada 750 bebés.

Ningún científico está buscando una cura del Down, pero sí hay muy buenas razones para buscar tratamientos paliativos de sus síntomas. Los afectados no solo presentan una discapacidad cognitiva de magnitud variable, sino que también sufren otras neuropatologías, un escaso tono muscular (hipotonía), defectos congénitos en el corazón y alzhéimer de aparición temprana, además de los rasgos físicos peculiares que los hacen reconocibles de inmediato.

Todos estos síntomas son muy variables de un individuo a otro, aun cuando la causa última sea la misma duplicación del mismo cromosoma. Por eso Stylianos Antonarakis y sus colegas del departamento de Genética Médica y del Desarrollo de la Universidad de Ginebra y otra decena de centros europeos y norteamericanos han supuesto que el paisaje genético (las variaciones dentro de la horquilla de normalidad en el resto del genoma) son las responsables de esa variabilidad.

Y por eso han utilizado una pareja de gemelos discordantes para la trisomía 21, es decir, dos individuos idénticos en todo el genoma excepto por el número de cromosomas 21. Esta es la clase de investigación que uno no puede programar, sino que se tiene que limitar a aprovechar. “Es un caso rarísimo”, admite David González, el investigador del Centro de Regulación Genómica (CRG) de la Universidad Pompeu Fabra que ha contribuido al trabajo. “Normalmente, la trisomía ocurre ya en el cigoto (la célula que resulta de la fusión del óvulo y el espermatozoide); en este caso el embrión ya había empezado a dividirse, y la trisomía solo se produjo después de la gemelación (la partición del embrión en dos mitades, cada una de las cuales da lugar a un individuo completo), y solo en uno de los dos gemelos”. Es un suceso realmente improbable que los científicos no dudaron en aprovechar para arrojar luz sobre el síndrome de Down.

El cromosoma 21 es bastante pequeño: solo contiene unos 500 de los 20.000 genes humanos (más otros 500 de los llamados genes no codificantes, que no significanproteínas). Como algunos de estos genes son factores de transcripción, o genes que regulan a otros genes, y como suelen ser sensibles a dosis, ya cabía esperar que la trisomía 21 tuviera ciertos efectos sobre la actividad de los genes en otros cromosomas. Pero los efectos observados han ido mucho más allá, con grandes regiones o dominios cromosómicos afectados de una forma global, que afecta a la geometría de todo el núcleo celular.

Que en vez de tratar con solo 500 genes haya que hacerlo con todo el genoma y sus dominios topológicos parece una mala noticia. ¿Lo es? “Solo en parte”, responde González, “porque es cierto que ha habido mucha investigación sobre los genes del cromosoma 21, pero también que sus funciones no explican ni mucho menos todos los síntomas del síndrome de Down”. Los nuevos resultados conducen a los dominios genómicos que sí los explican.

Casos estables

♦ Frecuencia. La trisomía del cromosoma 21 (que las células del niño tengan tres copias en vez de dos de ese cromosoma), conocida popularmente como Síndrome de Down, es la alteración cromosómica más famosa. Se da aproximadamente en uno de cada 750 nacimientos. Se calcula que en España viven unas 30.000 personas con esta anomalía genética.

♦ Efectos. La trisomía causa retraso intelectual, unos rasgos físicos característicos (ojos achinados, lengua grande), problemas cardiacos congénitos, inmunológicos y en las articulaciones. De mayores, tienen gran riesgo de alzhéimer.

♦ Variaciones. Hay muchos grados en los efectos, dependiendo de la proporción de células que presentan trisomía. Por eso entre las personas con síndrome de Down las hay universitarias u otras con una gran discapacidad intelectual.

♦ Causa. Se desconoce el proceso que causa la trisomía. Se sabe que la edad de la madre es determinante (el riesgo se multiplica a partir de los 35 años). Pero también hay una relación con la edad del padre, con el número de embarazos previos y hay un mayor riesgo si hay antecedentes familiares.

El Down excede el cromosoma 21 | Sociedad | EL PAÍS.

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La vida artificial ya está aquí | EL PAÍS

El ensamblaje del ADN permite fabricar una levadura con una parte de su genoma sintética

El avance permitirá conseguir mejores antibióticos o biocombustibles

 

Científicos de varias universidades norteamericanas y europeas han logrado “el monte Everest de la biología sintética”, como dicen los editores de Science: el primer cromosoma eucariótico fabricado en el laboratorio. Se trata de un cromosoma de levadura, el hongo que se usa para hacer cerveza, pan, biocombustible y la mitad de la investigación sobre los organismos eucariotas, como nosotros. La capacidad de introducirle un cromosoma sintético a ese organismo permitirá mejorar todo lo anterior, como hacer biocombustibles más sostenibles para el entorno o diseñar nuevos antibióticos, además de un nuevo continente de investigación sobre la pregunta del millón: cómo construir el genoma entero de un organismo superior. La reconstrucción de un neandertal, por ejemplo, sería imposible sin este paso esencial.

La biología sintética es una disciplina emergente que trata no ya de modificar organismos, sino de diseñarlos a partir de principios básicos. En los últimos cinco años ha logrado avances espectaculares, como la síntesis artificial del genoma completo de una bacteria y varios virus. Pero esta es la primera vez que consigue fabricar un cromosoma completo y funcional de un organismo superior, o eucariota (una célula buena, en griego, la que forma los humanos). El consorcio liderado por Jef Boeke, director del Instituto de Genética de Sistemas de la Universidad de Nueva York, presenta su rompedor resultado en la revista Science.

“Nuestra investigación mueve la aguja de la biología sintética desde la teoría hasta la realidad”, dice Boeke, uno de los pioneros de este campo. “Este trabajo representa el mayor paso que se ha dado hasta la fecha en el esfuerzo internacional para construir el genoma completo de una levadura sintética”.

Boeke empezó este proyecto hace siete años en otra universidad, la Johns Hopkins de Baltimore, enrolando a 60 estudiantes universitarios en un proyecto llamado Build a genome (construye un genoma). Las técnicas para sintetizar ADN han mejorado mucho en la última década, pero suelen producir tramos bastante cortos de secuencia, no mucho más allá de 100 o 200 letras (tgaagcct…). Los estudiantes se ocuparon de ir pegando esas secuencias sintéticas en tramos cada vez mayores. El cromosoma final mide cerca de 300.000 letras.

Que un hito científico se refiera a la levadura (Saccharomyces cerevisiae),un hongo unicelular que ya utilizaban los antiguos egipcios para hacer la cerveza, parece una buena paradoja o un mal chiste, pero no es así. La división fundamental entre todos los seres vivos de la Tierra no es la que existe entre plantas y animales, ni entre microorganismos y especies grandes o macroscópicas: es entre procariotas (bacterias y arqueas) y eucariotas (todos los demás, incluidos nosotros).

Y lo importante de la levadura es que, por mucho que sea un organismo unicelular, cae en nuestro lado de la barrera. No es exagerado decir que la mayor parte de lo que sabemos sobre la biología humana se debe a la investigación de este familiar hongo de apariencia modesta. La levadura tiene unos 6.000 genes, y comparte un tercio de ellos con el ser humano, pese a los 1.000 millones de años de evolución que nos separan.

Los cromosomas son los paquetes en que se reparte el genoma de los organismos superiores, o eucariotas. Son mucho más que un trozo de ADN: están empaquetados en complejas arquitecturas formadas por centenares de proteínas que interactúan con el material genético, como las histonas. Están dotados de un centrómero, la maquinaria especializada en distribuir una copia del genoma a cada célula hija en cada ciclo de división celular; y sus extremos están protegidos por unos sistemas singulares, los telómeros, que garantizan la integridad de la información genética en cada ciclo de replicación. De ahí que el logro actual vaya mucho más allá que la síntesis del genoma de una bacteria que se había logrado hasta ahora.

Los humanos tenemos el genoma dividido en 23 cromosomas (o pares de cromosomas); la levadura lo tiene distribuido en 16, y los científicos se han centrado en el más pequeño de ellos, el número 3. Han extraído al hongo su cromosoma 3 natural y lo han sustituido por su versión sintética, llamada synIII, que cubre las funciones de su colega natural pese a estar extensivamente alterado con toda clase de elementos artificiales diseñados para facilitar su manipulación en el futuro inmediato.

La fabricación de antibióticos es actualmente obra de microorganismos

Que el cromosoma sintético funcione en su entorno natural, una célula viva de levadura, es el verdadero hito del trabajo, según los investigadores. “Hemos mostrado”, dice Boeke, “que las células de levadura que llevan el cromosoma sintético son notablemente normales; se comportan de forma casi idéntica a las levaduras naturales, salvo por que ahora poseen nuevas capacidades y pueden hacer cosas que sus versiones silvestres no pueden hacer”.

La versión natural del cromosoma 3 de Saccharomyces cerevisiae tiene 316.667 bases (las letras del ADN a, g, t, c). La versión sintética es un poco más corta, con 273.871 bases, como consecuencia de las más de 500 alteraciones que los científicos han introducido en él. Entre estas modificaciones se encuentra la eliminación de muchos tramos de ADN repetitivo que no tienen función alguna, ya estén situados entre un gen y otro (secuencias intergénicas) o dentro mismo de los genes (intrones).

También han eliminado los transposones, o genes que saltan de una posición a otra en el genoma de todos los organismos eucariotas. El cromosoma artificial synIII también lleva muchos tramos de ADN añadidos por los investigadores. El número total de cambios de un tipo u otro se acerca a los 50.000, pese a lo cual el cromosoma sintético sigue siendo funcional.

Pese a sus evidentes implicaciones para la biología fundamental –¿puede construirse el genoma de un organismo superior, incluido el ser humano, a partir de compuestos químicos sacados de un bote de la estantería?—, el proyecto tiene sobre todo objetivos aplicados. Y no solo en las áreas industriales, como la fabricación de pan y bebidas, en las que este organismo se ha utilizado siempre.

Ya ha habido virus y bacterias de laboratorio

Una de las aplicaciones que resaltan los autores es la mejora en la manufactura de medicinas como la artemisina para la malaria o la vacuna para la hepatitis B. Como la mayoría de los antibióticos provienen de hongos, y la levadura es uno de ellos, también cabe predecir avances en el diseño y producción de estos medicamentos.

Más a largo plazo, las levaduras sintéticas pueden facilitar la síntesis de medicamentos anticancerosos como el Taxol, cuya vía de síntesis es tan complicada e implica a tantos genes que supone un formidable escollo para las tecnologías convencionales. En un área industrial muy distinta, esta tecnología, según esperan sus autores, servirá para desarrollar biocombustibles más eficaces que los actuales, entre ellos alcoholes como el butanol, y también diésel de origen biológico.

Y, por supuesto, synIII es solo el primero de los 16 cromosomas de la levadura que los investigadores logran sintetizar. Los intentos de repetir la hazaña con los otros 15 cromosomas ya están en proyecto, y forman parte de un programa internacional llamado Sc 2.0 que implica a científicos de Estados Unidos, China, Australia, Singapur y el Reino Unido. En el nombre del proyecto, Sc es por Saccharomyces cerevisiae,el nombre científico de la levadura de la cerveza, y el 2.0 quiere enfatizar lo mucho que los seres vivos están a punto de parecerse a cualquier otro desarrollo tecnológico. El objetivo es construir un genoma completo de levadura, o el primer organismo complejo sintetizado en el tubo de ensayo.

Echando la vista más hacia el futuro, cabe especular sobre la resurrección de especies extintas como el mamut o el neandertal, cuyos genomas ya han sido secuenciados a partir de sus restos fósiles. Si estos proyectos llegan a abordarse alguna vez, tendrán que basarse en una técnica similar a la que Boeke y sus colegas acaban de poner a punto para este engañosamente simple hongo que tan servicial ha resultado a la especie humana desde los albores del neolítico.

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El ADN más antiguo está en Atapuerca

Secuenciados los genes de homínidos de hace 400.000 años

El fósil los aleja del neandertal y los vincula a un linaje siberiano

Ilustración de un grupo de homínidos de la Sima de los Huesos. / KENNIS&KENNIS (SCIENTIFIC FILMS)

Los fósiles de Atapuerca vuelven a pulverizar las fronteras de la ciencia. Y esta vez de la mano de las más avanzadas técnicas genéticas. Un equipo internacional formado por los paleontólogos de Atapuerca y los máximos expertos mundiales en ADN antiguo, en Alemania, han logrado obtener ADN de un fósil humano del yacimiento de la Sima de Los Huesos, de hace 400.000 años (Pleistoceno Medio), y obtener la secuencia casi completa de sus genes.

Se trata del ADN mitocondrial, un orgánulo de la célula que se hereda solo por vía materna con un único cromosoma. Y ha proporcionado una gran sorpresa a los investigadores porque, al compararlo con los genomas de humanos modernos, neandertales, chimpancés y bononos, han descubierto que los individuos de la sima están emparentados, no con los neandertales, como esperaban por los rasgos que comparten, sino con una oscura población de los montes Altai, en Siberia, de hace unos 40.000 años, los denisovanos, de los que se han encontrado muy pocos fósiles. Tan desconcertante es el resultado que los investigadores plantean cuatro hipótesis para explicar esta relación genética entre poblaciones tan distantes, los humanos de la sima y los denisovanos, un linaje hermanado con los neandertales pero del este eurasiático.

Fuente: Nature. / EL PAÍS

Este logro supone retrasar la más antigua secuencia genética humana más de 200.000 años, señala la revista Nature, en la que los científicos dan a conocer esta semana los resultados de su investigación. Hasta ahora solo se había secuenciado ADN tan antiguo en animales, en concreto, de un caballo de hace 700.000 años, conservado en permafrost en Canadá.

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Descubrimientos en el yacimiento de Atapuerca

“Solo hay progreso en el conocimiento cuando se encuentra lo inesperado. Todo apunta a una complejidad mayor de lo que se suponía en el Pleistoceno Medio. Esperemos que futuras investigaciones aclaren las relaciones entre los fósiles de la sima, los neandertales y los denisovanos”, señala Juan Luis Arsuaga, codirector de Atapuerca y responsable de las excavaciones de la Sima de los Huesos. “Este trabajo muestra que ahora podemos estudiar el ADN de fósiles con varios cientos de miles de años de antigüedad, abriéndose la posibilidad de conocer genes de los antepasados de neandertales y denisovanos. Es tremendamente emocionante”, afirma. Svante Päabo, director del Instituto Max Planck de Antropología Evolutiva. Ignacio Martínez, profesor de la Universidad de Alcalá de Henares y uno de los científicos de Atapuerca lo sintetiza: “Con esta investigación unimos la grandiosa colección de fósiles de la sima, la mejor del mundo de la paleontología, con el equipo de Svante Pääbo, el mejor del mundo en ADN antiguo”.

Una investigación de este tipo se va fraguando poco a poco, avanzando con mucha cautela cuando lo que uno tiene entre manos son unos valiosísimos y frágiles fósiles de hace 400.000 años. Los investigadores primero probaron con hueso de oso, cuyos fósiles aparecen mezclados en la Sima de los Huesos con los de los homínidos. Y la clave ha estado en aplicar una nueva técnica de secuenciación del ADN desarrollada por Matthias Meyer en el prestigioso laboratorio de Pääbo, que ha logrado hacer, entre otros, el genoma del neandertal y de los individuos de Denisova. El éxito con el oso, dado a conocer este mismo año en la revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias estadounidenses, ya apuntaba claramente cuál sería el siguiente paso: los humanos de la sima. Pero es mucho más difícil hacer la secuencia genética de los humanos, recalca Martínez, porque es mayor el riesgo de contaminación con ADN actual. Tomaron varias muestras de un fémur de la sima, en total 1,98 gramos, haciendo unas microscópicas perforaciones en el fósil, explican los investigadores en Nature. Y después, una vez obtenido el ADN mitocondrial, aplicaron la avanzada técnica puesta a punto por Meyer que permite obtener buenos resultados con ADN antiguo deteriorado.

El equipo de Arsuaga ha desenterrado hasta ahora más de 6.500 fósiles en la sima, pertenecientes al menos a 28 individuos, con todas las piezas esqueléticas representadas, de distintas edades y de ambos sexos. Es una colección única, que permite, señala Martínez, aplicar a su estudio las técnicas más refinadas, ahora y en el futuro.

En el desconcierto del triunfo con el ADN, los investigadores de Atapuerca apenas han tenido tiempo de elaborar una explicación científica de los resultados que esbozan con varias hipótesis en su compacto artículo, de tres páginas y media incluidas las referencias. El problema es que los humanos de la Sima de los Huesos, clasificados oficialmente como Homo heidebergensis, una especie tal vez demasiado amplia para ser eficaz, muestran rasgos distintivos de los neandertales, por ejemplo en los dientes, las mandíbulas y la morfología del cráneo, pese a ser muy anteriores a ellos.

Así, se han considerado durante años como antepasados de los neandertales, esa población típica europea que desapareció hace unos 30.000 años, sin que se haya encontrado una explicación definitiva y contundente de ese callejón sin salida evolutivo cuando la especie humana actual dominó el continente.

Femur de hominido de hace 400.000 años de la Sima de los huesos (Atapuerca). / JAVIER TRUEBA (SCIENTIFIC FILMS)

Sin embargo, la secuencia del ADN mitocondrial indica que el humano de la sima “está muy relacionado con el linaje del genoma de los denisovanos, un grupo hermano de los neandertales en el este Eurasiático”, escriben los investigadores. Y aquí lanzan las cuatro hipótesis para explicar esta extraña relación tan aparentemente lejana en el espacio (de Europa Occidental al sur de Siberia) y en el tiempo (los escasos restos denisovanos recuperados tienen unos 40.000 años, frente a los 400.000 de la sima).

La primera idea es que los ancestros de los humanos de la sima podrían estar relacionados con los de los denisovanos, pero Meyer, Arsuaga, Pääbo, Martínez y sus colegas consideran esta hipótesis poco probable porque implicaría un solapamiento espacial en Europa Occidental de los antepasados de los siberianos con los de los neandertales y, entonces, habría que explicar (difícilmente) la divergencia genética posterior de las dos especies compartiendo territorio. Además, los humanos de la sima seguramente son anteriores a la separación evolutiva entre denisovanos y sus primos los neandertales.

El segundo escenario considera que los de la sima serían un grupo distinto de los otros dos y que posteriormente contribuyó de alguna manera con su ADN mitocondrial a los denisovanos. Pero esto supondría la emergencia de varios grupos independientes cn rasgos neandertales en especies no neandertales. Parece difícil.

La tercera hipótesis “es plausible”, dicen los investigadores: los hombres de la sima pueden estar relacionados con los ancestros comunes de denisovanos y neandertales, pero entonces hay que explicar la semejanza del genoma mitocondrial con los primeros y no con los segundos. La cuarta idea sugiere que el flujo de genes de otra población llevó el ADN mitocondrial a los denisovanos y a la Sima de los Huesos o a sus ancestros… entonces, más de un linaje evolutivo humano andaría por Europa hace en torno a 400.000 años.

Las respuestas deben de llegar de la mano de más investigación. En el frente genético los siguientes pasos a dar están claros: los investigadores quieren analizar más ADN mitocondrial para estudiar su variabilidad en diferentes individuos e intentar dar el salto al ADN del núcleo de la célula, mucho más escaso en los fósiles. Y, por qué no, atreverse con otros fósiles. “Aunque la conservación del ADN de hace tanto tiempo puede estar favorecida por las condiciones de conservación únicas de la Sima de los Huesos, estos resultados muestran que las técnicas de secuenciación de ADN antiguo se han hecho ya suficientemente sensibles como para hacer futuras investigaciones de ADN remanente en yacimientos en los que se encuentran homínidos del pleistoceno medio”, concluyen Meyer y sus colegas.

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Autoridades de EE UU exigen el cese de la venta de una prueba de ADN

La Agencia de Control de Alimentos urge a 23andMe a que pare de comercializar y fabricar este producto porque viola las leyes federales

La Agencia de Control de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés) ha pedido el cese de la venta de una prueba personalizada de ADN, un análisis de saliva, fabricada por la empresa 23andMe. “La compañía viola las leyes federales ya que el test, denominado PGS, no tiene la autorización necesaria para ser comercializado”, explica la FDA en una carta enviada a la compañía el pasado viernes y publicada este lunes.

La empresa 23andMe está financiada por Google; dirigida por Anne Wojcicki, mujer de uno de los fundadores del gigante tecnológico, y está reconocida mundialmente como una de las mejores en cuanto a test genéticos se refiere. Mientras esta compañía defiende el derecho de los consumidores a contar con información de su propio ADN, la FDA crítica que “esta prueba debe ser regulada de forma oficial, ya que no se puede asegurar que los resultados obtenidos sean adecuados”.

“Según explica 23andMe en su página web, el test está dirigido a diagnosticar enfermedades u otras patologías con el fin de conseguir la curación, la mitigación de los síntomas y el inicio de tratamiento o la prevención de enfermedades; unos resultados que también pueden provocar una alteración del funcionamiento normal del cuerpo”, añade el organismo federal en el texto.

Los ensayos de saliva de 23andMe ya han sido utilizados por más de medio millón de personas, consumidores a los que se les ha dicho si contaban con un alto o bajo riesgo de padecer algún tipo de enfermedad, además de otros datos. Para la FDA, esto es muy preocupante. “Por ejemplo, en el caso de la detención de la mutación genética BRCA -mutación que indica el riesgo de padecer cáncer de mama o de ovarios- puede conllevar un doble riesgo, tanto en cuanto a la respuesta del individuo a los medicamentos, cómo al tener que enfrentarse a un resultado erróneo, como pueden ser los falsos negativos y los falsos positivos”.

En el caso de un falso positivo, continúa la agencia, el paciente se puede someter a una cirugía de mamas u ovarios o a tratamiento de quimioterapia, entre otros, siendo estos innecesarios. Mientras que el caso de un falso negativo, este resultado ocultaría el riesgo real del paciente a padecer la enfermedad.

La FDA habría notificado a la compañía la situación mediante “14 teleconferencias cara a cara, intercambios de cientos de correos electrónicos y docenas de cartas”, según explica el texto. “A pesar de todas estas interacciones, la empresa ha hecho oídos sordos y no ha mostrado ninguna intención de cambiar su situación. Es más, ha aumento los usos de la prueba y los ha anunciado en la Red y en la televisión”.

Por su parte, 23andMe solicitó la aprobación de algunos de los usos del PGS en 2012, pero no rellenó de forma correcta la solicitud; por lo que el organismo federal la rechazó. La prueba personalizada de ADN cuesta 99 dólares y el objetivo de la compañía era superar el millón de clientes este próximo año, según explica la empresa en su página web.

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