Biología. Dos resultados sorprendentes.

Tras el descubrimiento del último bosón predicho por el Modelo Estándar la física de partículas ha quedado en un estado muy cerrado. Los resultados que quedan en física fundamental (unificación) requieren complicada elaboración teórica y nadie los espera para pasado mañana (aunque nunca se sabe).

Sin embargo la Biología, y concretamente la Genética, poco elaborada desde el punto  teórico (la teoría de la evolución orienta pero deja todo muy abierto, por ejemplo nada decisivo tenía que decir sobre los dos resultados que comentamos hoy), es un campo abierto, en plena ebullición en el cual todavía caben sorpresas y casi todos los días hay descubrimientos nuevos relevantes. Dos destacados ejemplos muy recientes:

1. La idea de ADN basura, era ya casi un dogma en genética, pero parece que está siendo desmentida por los nuevos datos experimentales del proyecto ENCODE. (Cómo nota al margen, que alegría ver una noticia científica cómo primera noticia de portada en la edición electrónica de algunos periódicos de edición nacional. Desde hace ya varios años, cuando abre el periódico uno  sólo espera un escalón más hacía abajo en la crisis económica  que vivimos).

El ADN se puede dividir en codificante (aquel que contiene la información necesaria para producir una proteina que realizará alguna función en el organismo) y no codificante, que era la mayor parte.

Sobre el ADN no codificante se pensaba que en gran parte no tenía ninguna función biológica. Simplemente era ADN parásito acumulado, basura. Yo siempre había pensado que podía tener una función de protección frente a parásitos microbianos (minimizaba la probabilidad de que un microbio pudiese afectar a genes codificantes). Pero este resultado parece que desmiente la teoría del ADN basura o al menos reduce su cuantía: gran parte del ADN no codificante sí tiene una función biológica, la regulación de otros genes mediante su transcripción en ARN. Es decir gran parte del ADN que no se traduce en proteínas, se traduce en ARN, otro tipo de molécula biológica que puede tener una función de regulación (cuidado, también de desregulación) de otros genes.

Esta semana un equipo de investigadores internacional revela que el denominado ‘ADN basura’ en el genoma humano es, en realidad, un gran panel de control con millones de ‘interruptores’ que regulan la actividad de nuestros genes. Sin estos interruptores, los genes no funcionarían y se podrían originar mutaciones que, a su vez, podrían desencadenar enfermedades. Fuente.

Si el Proyecto Genoma Humano no era más que un catálogo (una lista de genes y posiciones) de genes codificantes que pese a todas las esperanzas que había levantado finalmente ha generado pocas aplicaciones terapéuticas, el Proyecto Encode nos muestra las relaciones entre genes codificantes y genes reguladores y por lo tanto cómo estructura de datos, más que una lista es un grafo (o lista de grafos). Ya veremos lo que da de si desde el punto de vista terapéutico. La terapia génica puede tener límites. Por un lado, un sistema biológico además de información. metabolismo y desarrollo tiene historia y no está tan claro que todos los eventos pasados de este sistema sean reversibles por terapia  génica.  Por otro lado incluso aunque se pueda dominar la historia del sistema, quizás este sea tan complejo que en algunas enfermedades nunca tengamos información suficiente para intervenir con posibilidades de éxito.

“Nuestro genoma sólo funciona gracias a los interruptores: millones de lugares que determinan si un gen se enciende o se apaga”, explica Ewan Birney del EMBL-EBI, coordinador de análisis del proyecto. “El proyecto Genoma Humano mostró que sólo el 2% de nuestro genoma contiene genes, que son las instrucciones para hacer proteínas. Pero con ENCODE podemos ver que cerca del 80% del genoma está activamente haciendo algo. Hemos encontrado que una gran parte del genoma – de hecho, una cantidad sorprendente – está implicada en controlar cuándo y dónde se producen las proteínas más allá de simplemente fabricarlas”. Fuente.

De hecho, la complejidad de este sistema biológico ha sido el motivo de que la red de investigadores implicados en este proyecto haya tenido que desarrollar un nuevo método de publicación sobre el que quizás hablemos otro día. Debido a la complejidad es realmente complicado seguir este tema en media hora que es el tiempo de que dispongo  y por eso le  dejamos en estas generalidades. Si te interesa un seguimiento de más profundidad puedes acceder a la web del Proyecto Encode, a la web de  Nature específica para este tema, o a este interesante Q&A en el blog de uno de los coordinadores del proyecto (mis felicitaciones, conozco de primera mano la gestión de proyectos públicos y no es tema sencillo).

Terminamos con algunos datos de sociología científica sobre el proyecto:  Encode en su segunda fase tras la fase piloto ha sido liderado por dos instituciones (de EEUU y de UK), ha durado 5 años, ha costado unos 250 millones de euros financiados seguramente por fondos públicos (no tengo datos para evaluar si esto es un éxito de la investigación pública…), y ha implicado a más de 400 científicos. Se espera que se implementen más fases.

Actualización 24 de febrero de 2013.

Un artículo que pone en cuestión el resultado de ENCODE sobre el ADN basura.

Título. On the immortality of television sets: “function” in the human genome according to the evolution-free gospel of ENCODE.

Abstract.

A recent slew of ENCODE Consortium publications, specifically the article signed by all Consortium members, put forward the idea that more than 80% of the human genome is functional. This claim flies in the face of current estimates according to which the fraction of the genome that is evolutionarily conserved through purifying selection is under 10%. Thus, according to the ENCODE Consortium, a biological function can be maintained indefinitely without selection, which implies that at least 80 – 10 = 70% of the genome is perfectly invulnerable to deleterious mutations, either because no mutation can ever occur in these “functional” regions, or because no mutation in these regions can ever be deleterious. This absurd conclusion was reached through various means, chiefly

(1) by employing the seldom used “causal role” definition of biological function and then applying it inconsistently to different biochemical properties,

(2) by committing a logical fallacy known as “affirming the consequent,”

(3) by failing to appreciate the crucial difference between “junk DNA” and “garbage DNA,”

(4) by using analytical methods that yield biased errors and inflate estimates of functionality,

(5) by favoring statistical sensitivity over specificity, and

(6) by emphasizing statistical significance rather than the magnitude of the effect.

Here, we detail the many logical and methodological transgressions involved in assigning functionality to almost every nucleotide in the human genome. The ENCODE results were predicted by one of its authors to necessitate the rewriting of textbooks. We agree, many textbooks dealing with marketing, mass-media hype, and public relations may well have to be rewritten.

El debate está servido.

Fin de actualización 24 febrero de 2012.

2. El otro resultado es menos conocido, no ha merecido portadas de periódicos, no está totalmente confirmado pero aporta informaciones muy relevantes para un misterio ya antiguo en biología / antropología humana relacionado con el cariotipo o número de cromosomas del hombre.  Parece confirmarse que otras especies del género Homo (cómo los Denisovianos y posiblemente los Neandertales) también tenían 23 cromosomas.  Cómo es sabido otros homínidos tienen uno más, 24. Ver extracto 1. Gracias a la misma linea de investigación se podrá confirmar las diferencias del hombre moderno con sus primos con respecto a la función cerebral. Ver extracto 2.

Yo siempre he pensado, que por este fenómeno de fusión cromosómica el hombre compensa el cromosoma que le falta con la sociedad y su producto / subproducto, la cultura. Este resultado ni confirma ni desmiente esta hipótesis. Pudiera ser que esta diferencia cromosómica sea completamente insustancial, sin consecuencias.

Extracto 1. Of more relevance may be examination of aspects of the Denisovan karyotype. The great apes have 24 pairs of chromosomes while humans have 23. This difference is caused by a fusion of two acrocentric chromosomes that formed the metacentric human chromosome 2 (25), and resulted in the unique head-to-head joining of the telomeric hexameric repeat GGGGTT. A difference in karyotype would likely have reduced the fertility of any offspring of Denisovans and modern humans. We searched all DNA fragments sequenced from the Denisovan individual and identified twelve fragments containing joined repeats. By contrast, reads from several chimpanzees and bonobos failed to yield any such fragments (8). We conclude that Denisovans and modern humans (and presumably Neandertals) shared a karyotype consisting of 46 chromosomes.

Extracto 2One way to identify changes that may have functional consequences is to focus on sites that are highly conserved among primates and that have changed on the modern human lineage after separation from Denisovan ancestors. We note that among the 23 most conserved positions affected by amino acid changes (primate conservation score ≥ 0.95), eight affect genes that are associated with brain function or nervous system development (NOVA1, SLITRK1, KATNA1, LUZP1, ARHGAP32, ADSL, HTR2B, CBTNAP2). Four of these are involved in axonal and dendritic growth (SLITRK1, KATNA1) and synaptic transmission (ARHGAP32, HTR2B) and two have been implicated in autism (ADSL, CNTNAP2). CNTNAP2 is also associated with susceptibility to language disorders (27) and is particularly noteworthy as it is one of the few genes known to be regulated by FOXP2, a transcription factor involved in language and speech development as well as synaptic plasticity (28). It is thus tempting to speculate that crucial aspects of synaptic transmission may have changed in modern humans.

2 comentarios to “Biología. Dos resultados sorprendentes.”

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