Curso dictado por la Dra. Teodora ZAMUDIO

 

2da. condición

 

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Presupuestos y Condiciones

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Hipótesis iniciales de investigación 

 

 

No hay trascendencia en la molécula de ácido desoxirribonucleico sino en el resultado de su interconectividad compleja.

Ante los avances de las investigaciones y conocimientos que aportan las biotecnologías la tentación ha sido la de asociar a una molécula (la de ácido desoxirribonucleico) la fuente de la condición de viviente, a los genes que soporta el diseño del destino de los seres vivos (incluido el hombre) y ceñir -a partir de este dogma- las reglas de la conducta humana.

Concebir la complejidad de lo viviente y pensar la ética en un mundo determinista manifiesta una tensión profunda en el seno de la sociedad, la que a la vez pretende promover un saber objetivo y afirmar el ideal humanista de responsabilidad y libertad.

Se impone una ciencia que permita que la creatividad humana se vivencie como la expresión singular de un rasgo fundamental, común en todos los niveles de la naturaleza, una racionalidad que reconozca el papel primordial de las fluctuaciones y la inestabilidad en todos los niveles de observación[1] que ya no identifique ciencia y certidumbre, probabilidad e ignorancia. Con la incorporación de la inestabilidad, las leyes de la naturaleza cobrarán un nuevo sentido. En adelante expresarán posibilidades complejas, interconectadas; y mostrarán resultados que trascenderán los elementos constitutivos de su composición. 

Organismo viviente: ¿Entidad compleja o entidad compuesta?

Los genes están soportados sobre las moléculas de ADN. Estas moléculas están organizadas en cadenas de doble hélice formadas por el enlace de nucleótidos (los que también conforman el ARN, la molécula encargada de transcribir el mensaje genético del ADN y traducirlo a proteínas).

Los nucleótidos son moléculas complejas, formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos (que puede ser ribosa[2] o desoxirribosa[3]) y una base nitrogenada (que puede ser de dos tipos: purinas o pirimidinas)[4]. Los enlaces son posibles merced a las reacciones de condensación[5] que implican a los grupos hidroxilo de las subunidades de fosfato y de azúcar [ver § 1.12] El esqueleto de la molécula de ADN[6] está dado por la secuencia fosfato-azúcar-fosfato de los nucleótidos[7] y su disposición en cada rama dependerá de los puentes de hidrogeno de su base nitrogenada -que está unida covalentemente al grupo fosfato y al azúcar- con la base nitrogenada del nucleótido complementario[8]. El ensamble, así logrado, mantendrá unidas a las dos ramas formando la doble cadena helicoidal, con gran variedad en la secuencia de bases y con una dirección (de 5´ a 3´), opuesta en cada rama, que son, así, antiparalelas.  Una secuencia de nucleótidos que permite la síntesis de una proteína constituye un gen -unidad de la herencia en un cromosoma-. Los genes están ubicados linealmente sobre la cadena de ADN y cada uno de ellos ocupa un lugar particular llamado locus, el que puede ser o no, continuo. El conjunto completo de genes asociados de un organismo es llamado genoma. [ver § 1.3.4.1]

Ese código sin embargo no será el único responsable del resultado final. A este fenónemo llamado degeneración del código (expresión para describir los estados múltiples de los tripletes) que, de hecho, puede producir cierta ambigüedad en la lectura de los codones (unidad de información), debe agregarse la existencia de las secuencias no codificantes, y, en las eucariotes, las secuencias repetidas, las interacciones y las recombinaciones espontáneas entre los genes. Otro fenómeno verificado es el solapamiento de genes impresos sobre las mismas bases. Durante el ínterin de su trascripción y traducción ocurrirán fenómenos que lo depurarán, ya que mucha de la información que contiene no es usada por el organismo. El engrosamiento o looping dejará atrás la información de nucleotidos que se considera inaplicable para la construcción de la proteína.

La nanotecnología requiere de auto reproducción, algo que podría ser resumido sencillamente en la siguiente orden: “haga otro igual a mi, entonces todo el mundo haga más de sí mismo, haga esto un millón de veces y luego finalice”.

Finalmente, las moléculas de ADN también resultan atractivas porque pueden diseñarse átomo a átomo, confiriendo así el control necesario para crear puertas que funcionen de acuerdo con los requerimientos de una aplicación. Parece razonable pronosticar que la técnica híbrida, que conjuga microcircuitos semiconductores y moléculas biológicas, pasará bastante pronto del dominio de la fantasía científica a las aplicaciones comerciales. La pantallas de cristal líquido ofrecen un espléndido ejemplo del sistema híbrido que ha triunfado. Casi todos los ordenadores portátiles de nuestros días se basan en pantallas de cristal líquido, que combinan dispositivos semiconductores con moléculas orgánicas para controlar la intensidad de la imagen en la pantalla. Son varias las moléculas biológicas que se podrían utilizar con vistas a su utilización en componentes informáticos, pero de todas ellas, es una proteína bacteriana, la bacteriorrodopsina la que suscita mayor interés. [ver § 2.5. ]

Lograr dirigir el movimiento atómico dentro de la molécula de ADN  permite generar sistemáticamente cada molécula al menos dos estados, cada uno puede representar, ora 0, ora 1. Esta fue la hipótesis de la que se partió y los éxitos aunque modestos de apariencia han sido rotundos. Las moléculas biológicas confieren así el control necesario para crear puertas que funcionen de acuerdo con los requerimientos de una aplicación. Parece razonable pronosticar que la técnica híbrida, que conjuga microcircuitos semiconductores y moléculas biológicas, pasará bastante pronto del dominio de la fantasía científica a las aplicaciones comerciales.

Una cadena de ADN se programa para forzar moléculas dejando que uniones covalentes se formen sólo en áreas muy específicas. Las formas resultantes se pueden manipular para permitir el control posicional y la fabricación de nanoestructuras.

Actualmente, en algunos laboratorios han construido prototipos de dispositivos de procesamiento en paralelo, elementos de almacenamiento volumétrico y redes neuronales que se basan en esta proteína. La bacteriorrodopsina (BOD) exhibe insólitas propiedades al ser expuesta a la luz. La BOD, que se encuentra en la membrana de Halobacterium salinarium, permite el crecimiento de la bacteria cuando la concentración de oxígeno es insuficiente para mantener al microorganismo. Al incidir la luz sobre ella, la proteína modifica su estructura y transporta un protón a través de la membrana, aportando así energía [9]. Esta aptitud sería la usada para lograr la respuesta positiva a la diagramación deseada.

El 11 de noviembre de 1994 un artículo en Science[10] describía la "Computación Molecular da Soluciones a Problemas Combinatorios". Esta fue la primera vez que se implementó una computadora basada en ADN, y el título quiere decir que un problema que requiere buscar varias posibles soluciones (un problema combinatorio) fue resuelto con moléculas (ADN). Aún con su respectiva complejidad, las operaciones biológicas y matemáticas tienen algunas similitudes: La muy compleja estructura de un ser viviente es el resultado de aplicar operaciones simples a la información inicial codificada en una secuencia de ADN (genes). Todos los problemas matemáticos complejos se pueden reducir a operaciones simples como la suma y la resta[11]

Por las mismas razones por las que el ADN fue supuestamente seleccionado para los organismos vivientes como material genético, el ser estable y predecible en reacciones, las cadenas de ADN también pueden ser usadas para codificar información para sistemas matemáticos.

El ADN es un soporte lógico versátil, aún no muy bien comprendido del que se han acumulado datos importantes e innumeras aplicaciones.

En definitiva, la molécula de ADN todo lo que proporciona es una cadena larga de diagramas binarios, por lo demás poco informativa.

Hasta ahora, casi todos los desarrollos se han fundado en el crudo sistema del ensayo y error: los millares de productos químicos se prueban para descubrir cuál es su fuerza interactiva con las máquinas moleculares para corregir sus defectos.

El Consorcio Internacional, integrado por 20 grupos de diferentes países y por otro lado la empresa privada Celera, hizo público el 12 de febrero del 2001, el mapa provisional del genoma humano que aporta una extraordinaria información acerca de las bases genéticas del ser humano[12].

► El Consorcio Internacional calcula que el genoma humano contiene 31.780 genes codificadores de proteínas, hasta la fecha ha descubierto 22.000. Celera afirma tener indicios de la existencia de 26.000 genes y cree que la cifra total sería de 38.000.

► De los 300.000 clones de partida fueron válidos 30.000 clones  que representan un total de 3.200 Megabases. Estos resultados alcanzados en octubre del 2000, representan el 90% del genoma y son los que se han publicado. El 10% restante se pretende completar en el año 2002. La secuencia obtenida es de enorme trascendencia y son muchos y variados los puntos de interés pudiendo destacarse algunos datos:

► El ser humano tiene solo el doble de genes que la mosca del vinagre, un tercio más que el gusano común y apenas 5.000 genes más que la planta Arabidopsis. El ADN humano es al menos en un 98% idéntico al de los chimpancés y otros primates.

► 3200 millones de pares de bases forman genes, repartidos entre los 23 pares de cromosomas. Los cromosomas más densos (con más genes codificadores de proteínas) son el 17, 19 y el 22. Los cromosomas X, Y, 4, 18 y 123 son los más áridos.

► El equipo de Celera Genomics utilizó para secuenciar el genoma humano muestras de ADN de tres mujeres y dos hombres (un afroamericano, un chino, un asiático, un hispanomexicano y un caucasiano). El equipo de Celera utilizo DNA perteneciente a doce personas. Cada persona comparte un 99,99 por ciento del mismo código genético con el resto de los seres humanos. Sólo 1.250 letras separan una persona de otra.

► Hasta ahora se han encontrado 223 genes humanos que resultan  similares a los genes bacterianos.

► Sólo un 5 % del genoma codifica proteínas. El 25% del genoma humano está casi desierto, existiendo largos espacios libres entre un gen y otro.

► Se calcula que existen unas 250-300.000 proteínas distintas. Por tanto cada gen podría estar implicado por término medio en la síntesis de unas diez proteínas.

► Algo más del 35% del genoma contiene secuencias repetidas. Lo que se conoce como DNA basura.

► Se han identificado un número muy elevado de pequeñas variaciones en los genes que se conocen como polimorfismos nucleótidos únicos, SNP de su acrónimo inglés. Celera ha encontrado 2,1 millones de SNP en el genoma y el Consorcio 1,4 millones. La mayoría de estos polimorfismos no tienen un efecto clínico concreto pero de ellos depende, por ejemplo, el que una persona sea sensible o no a un determinado fármaco y la predisposición a sufrir una determinada enfermedad.  

Para superar los "azarosos" procesos de aprendizaje y aplicación es necesario entender cada proteína: el proteoma. humano. Aunque el esqueleto del proteoma está allí en el genoma -cada gen codifica para una proteína- su plegamiento y doblamiento es aún un misterio.

El conocimiento de los contenidos de la famosa molécula constituye una invaluable adquisición científica y tecnológica (especialmente porque aún se desconoce el 90 % de la importancia de ese contenido). Pero además porque permite re-situar al objeto de conocimiento de la ciencia fuera de los planteos simplistas de las aprehensiones reduccionistas. Ver en el ADN más que una molécula es despreciar su riqueza. [ ver § 2.2.5.]

 

Si las letras que representan las secuencias de los aminoácidos de proteínas se alinean se puede ver que algunos modelos los aminoácidos se repiten, incluso en todas las secuencias en las mismas posiciones (estas posiciones se llaman "conservadas"). En otros modelos las posiciones de los aminoácidos, en las secuencias, son diferentes en la alineación de la proteína (se llaman posiciones “no-conservados”). La  predicción de la estructura de la proteína Tirosina-fosfatasa sobre la base de la alineación se ha logrado reconstruir la cadena de aminoácidos. Los métodos automatizados que toman un acercamiento similar han sido desarrollados por Burkhard Rost y la Chris Sander, en Alemania. Fuente: Fields, Stanley; Proteomics in Genomeland, Science  2001.

Comprender el funcionamiento del ADN en su totalidad sólo es posible si se lo aborda como un sistema o combinación de varios sistemas en constante movimiento y autoorganización transformadora, cuyos horizontes siempre se están desplazando. Y, si parte de que no es posible acceder a un sistema desde sí mismo. Ahora bien, sí se puede intentar comprender -por medio de principios complejos- cómo es posible que funcionen tales sistemas, su dinámica.

El reduccionismo a un solo nivel de observación se muestra letal en contextos en los que no sólo es lo científico sino también lo social, lo cultural lo que hay que tener en cuenta. Superar la reducción a lo especializado que practican los decisores y gestores modernos de la política (los especialistas) para implementar una política que tome en cuenta y en conciencia la realidad creadora. La expresión concreta de la vida es configurada por la interactividad onto-antropológica, donde lo molecular tiene su espacio pero no la constituye.

Y, en palabras de Edgar Morin, si quien actúa y juzga, proyecta y ejecuta, crea y conoce, es el homo sapiens/demens (aquel sujeto que no tiene una seguridad absoluta sobre lo que piensa ni sobre las consecuencias de sus acciones), al conocimiento del conocimiento debe añadírsele la antropología del conocimiento y la antropologización del conocimiento. [ver § 7.2.1]

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Summa Theologiae. Thomas de Aquinas

 


NOTAS:


[1] Las cuestiones se vinculan directamente al problema del tiempo. Una de ellas es el papel que la física cuántica otorga al observador. La paradoja del tiempo hace que el observador sea responsable de la rotura de simetría temporal observada en la naturaleza

[2] En la ribosa, el carbono 2´ lleva un átomo de hidrógeno por encima del plano del anillo y un grupo hidroxilo por debajo del plano. Es la subunidad que forma el ácido ribonucleico (ARN)

[3] En la desoxirribosa, el carbono 2´ reemplaza el grupo hidroxilo por un átomo de hidrógeno. Es la subunidad que forma el ácido desoxirribonucleico (ADN).

[4] Las  purinas (adenina y guanina) tienen una estructura de dos anillos; y las pirimidinas (timina, citosina y uracilo -éste está presente en las cadenas de ARN en lugar de la timina del ADN-) tienen una estructura de un solo anillo.

[5] La condensación es un tipo de reacción química en la cual dos moléculas se unen para formar una más grande, escindiéndose simultáneamente una molécula de agua. Son ejemplos de este tipo de biosíntesis la formación de polímeros (v.gr., polisacáridos y polipétidos) a partir de monómeros (v.gr., monosacáridos y aminoácidos).

[6] Explicado en 1953, por James Watson (norteamericano) y Francis Crick (inglés) de acuerdo a un modelo construído en el laboratorio Cavendish de la Universidad inglesa de Cambridge sobre la base de las fotografías de difracción del ADN por rayos X tomadas, poco antes, por Maurice Wilkind y Rosalind Franklin en el King´s College de la Universidad de Londres. El ADN fue aislado por primera vez en 1869 por un médico alemán, Friedrich Miescher, (contemporáneo de Darwin y Mendel) y responsabilizado de la transmisión hereditaria por O.T. Avery de la Universidad Rockefeller, en 1943.

[7] Cada grupo fosfato está unido al carbono 5´ de una subunidad de azúcar y al carbono 3´ de la subunidad de azúcar del nucleótido contiguo (así cada rama de la cadena de ADN siempre comenzará en un extremo 5´ y concluirá en uno 3´).

[8] Los nucleótidos no pueden ser ligados de dos en dos de cualquier manera, sino por uniones débiles de hidrógeno (uniones hidrogenadas que involucran una purina y una pirimidina), que sólo pueden dar como complementarios a adenina (A) con timina (T) -formando dos puentes de hidrógeno- y guanina (G) con citosina (C) -formando tres puentes de hidrógeno-. Las parejas de base apareadas que se sitúan perpendicularmente al esqueleto molecular o eje de la rama conforman la hélice o escalones de la escalera en espiral.

[9] Las aguas salobres de ciertos lagos presentan un matiz azulado, causado por bacterias que contienen bacteriorrodopsina. Son portadoras de un cromóforo que absorbe la luz. Cuando este segmento se excita por la luz, su estructura cambia. Puesto que responde a la luz adoptando estados diferentes y fácilmente detectables, puede servir para puertas lógicas o conmutadores, en ordenadores ópticos de base proteínica.

[10] Adleman, L. Molecular computation of solutions to combinatorial problems. Science 266:1021-1024. 1994.

[11] Kari, L. DNA computing: the arrival of biological mathematics. The mathematical intelligencer 19:9-22. 1997

[12] El equipo del Consorcio público Internacional dirigido por Eric Lander, del Sanger Centre (Cambridge, Reino Unido) publicó la secuencia en la revista Nature y la empresa estadounidense Celera Genomics, dirigida por Craig Venter lo publica en la revista Science.


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ISSN 2362-6518