BIOLOGIA

ASPECTOS BÁSICOS DE LA BIOLOGIA MOLECULAR (I)
Dr. D. Miguel A. Dasi
INTRODUCCIÓN
La Biología Molecular es una ciencia cuyo objetivo fundamental es la comprensión de todos aquellos procesos celulares, que contribuyen a que la información genética se transmita eficientemente de unos seres a otros, y se exprese en los nuevos individuos.
Este conocimiento ha permitido cruzar barreras naturales entre especies y colocar genes de cualquier organismo, en un organismo hospedador no relacionado mediante el empleo de técnicas de ingeniería genética. Una de las consecuencias importantes derivadas, fue la producción de fragmentos de ácidos nucleicos a gran escala, abriendo las puertas a la secuenciación de los ácidos nucleicos, y por ende a nuevas disciplinas como el diagnóstico molecular, la terapia génica o la obtención de organismos superiores recombinantes.
Cronológicamente podemos citar una serie de hitos que contribuyeron decisivamente en su desarrollo: la historia de su conocimiento comienza en el año 1866 cuando Mendel publica sus experimentos conducentes a los principios de segregación y clasificación independiente de los genes. En 1869 el científico suizo Frederick Miescher descubrió en el núcleo de las células una sustancia de carácter ácido a la que llamó nucleina. En los años 20, el químico alemán Robert Feulgen, utilizando una tinción específica, descubrió que el DNA estaba situado en los cromosomas. A partir de este descubrimiento todo sucedió muy rápidamente. En 1944 Avery, McCleod y McCarty comprueban que el DNA es el portador de la información genética. En 1953 Watson y Crick revelan la estructura del DNA como una doble hélice complementaria que recuerda la estructura de una escalera de caracol. A partir de entonces y de manera exponencial, se suceden los descubrimientos (enzimas de restricción, polimerasas, etc...) que conducirán a lo que se conoce como tecnología del DNA recombinante.

El ADN (Acido Desoxi ribo Nucleico) contiene información almacenada en una larga cadena, cuya secuencia determina la naturaleza del organismo así sea una ameba, un tomate o una vaca. La información genética de cada uno de nosotros es como una huella digital, ya que es única y personificada. Los genes son secciones particulares de esta cadena de ADN, que determina las características de nuestro cuerpo. Por ejemplo, los genes responsables de la melanina harán que en el individuo se manifieste el rasgo "cabello oscuro" o "cabello claro". Los defectos de los genes pueden causar disfunciones en el metabolismo de las células, y es el origen de muchas enfermedades genéticas. Por ejemplo, el albinismo es un defecto de la melanina. La diabetes por su parte, puede ser causada por una mutación en el gen de la insulina. La hemofilia es un defecto en los factores de coagulación de la sangre.

El ADN se comunica con las proteínas a través de un intermediario, que se llama mensajero ARN. Digamos que el ARN es como una fotocopia de algunas páginas de la biblioteca que se le entrega a los trabajadores celulares para que sigan las instrucciones de los jefes nucleicos. Para que las ordenes nucleicas se transfieran a las proteinas celulares, existe un escritor oficial que es el Ribosoma y sus ayudantes de ARN, que son como pequeños diccionarios.
Afortunadamente, los biólogos moleculares han descubierto el significado de esos diccionarios, es decir, han descifrado la forma de traducir el idioma de los genes al lenguaje de las proteínas. A esa correspondencia o traducción de unas palabras con otras se le llama código genético universal. Una de los misterios de la evolución es que el lenguaje genético es el mismo para todos los organismos vivos, y es precisamente esa característica la que ha permitido el desarrollo de todo una gama de tecnologías moleculares. Digamos que si el código genético no fuera universal, no habría ninguna de las aplicaciones de la biología moderna.

Todas las personas presentamos unas características comunes que nos definen como seres humanos. Sin embargo, no hay dos seres humanos exactamente iguales. Las diferencias que se observan entre las distintas personas, por ejemplo en los rasgos de la cara u otros caracteres como el grupo sanguíneo, el color de la piel o el tipo de cabello, son consecuencia directa de la herencia. Otros caracteres, a pesar de ser hereditarios, pueden estar influidos por el ambiente. Así, la altura de un individuo está determinada por la herencia, pero puede variar dependiendo de la alimentación recibida durante su infancia.
Algunos caracteres que exhibimos, como las cicatrices, los adquirimos a lo largo de nuestra vida. No obstante, gran parte de los caracteres que observamos en los individuos son hereditarios, es decir, se transmiten de generación en generación mediante la reproducción. Estos caracteres van apareciendo durante el desarrollo y el crecimiento de un individuo y se manifiestan a lo largo de su vida.
Los caracteres que son el resultado exclusivamente de la acción del ambiente no se transmiten a los hijos y se denominan caracteres adquiridos.
A veces, es difícil determinar si la variación de un carácter es hereditaria o tiene un origen ambiental. Por ejemplo, la estatura de las personas es un carácter hereditario; los hijos de padres altos suelen ser también altos; sin embargo, una correcta alimentación también influye en la estatura alcanzada.
Muchos de los caracteres heredados se manifiestan de una manera diferente según las condiciones ambientales en las que vive o se ha desarrollado un individuo. Sin embargo, las variaciones en los caracteres provocadas por el ambiente se caracterizan por no ser heredables, es decir, por no transmitirse a la descendencia.
Para que la variación de un carácter sea heredable ha de afectar al material hereditario, es decir, a la información que los padres transmiten a los hijos.
Algunas anomalías genéticas tienen una herencia de carácter recesivo. En estos casos son necesarias dos copias del gen recesivo para que la enfermedad se manifieste. Una persona que tiene sólo una copia del gen recesivo es portadora de ese gen pero no manifiesta la enfermedad. En la ilustración, el gen dominante se representa en color verde y el recesivo en azul. En la pareja de la izquierda el padre tiene una copia del gen dominante y otra del gen recesivo. La madre tiene dos copias del gen dominante. Cada padre sólo puede transmitir un gen a los hijos. Los cuatro hijos de esta pareja representan las probabilidades de las distintas combinaciones que pueden surgir. Los hijos de la parte izquierda reciben el gen recesivo de su padre y el dominante de la madre y son, por tanto, portadores. Por tanto hay un 50% de posibilidades de que los niños que nazcan de esta pareja sean portadores. Como ninguno de los hijos puede recibir dos copias del gen recesivo ninguno desarrollará la enfermedad. Cuando los dos padres son portadores, como se muestra en la pareja de la derecha, hay un 25 % de posibilidades de que los niños nazcan con la enfermedad, un 50 % de posibilidades de que los niños sean portadores y un 25 % de posibilidades de que los niños no sean ni portadores ni desarrollen la enfermedad.
Los cromosomas contienen la información genética del organismo. Cada tipo de organismo tiene un número de cromosomas determinado; en la especie humana, por ejemplo, hay 23 pares de cromosomas organizados en 8 grupos según el tamaño y la forma. La mitad de los cromosomas proceden del padre y la otra mitad de la madre. Las diferencias entre individuos reflejan la recombinación genética de estos juegos de cromosomas al pasar de una generación a otra.

El redescubrimiento en 1900 de las leyes de la mutación genética, establecidas por Mendel en 1865, cambió radicalmente la perspectiva sobre el problema de la evolución de las especies. Las cuestiones en torno a la variación y la herencia dejaron de ser contempladas desde la visión morfológica que había dominado a la teoría darwinista y al neolamarckismo. Por otra parte, se encontró una explicación consistente dentro de la genética mendeliana a la presencia de caracteres no adaptativos. Hugo de Vries fue el reintroductor de la genética mendeliana al postular su teoría de la mutación, que no hacía referencia a la selección al afirmar que eran los factores internos y no los externos los fundamentales en la evolución. Si bien es cierto que en los primeros pasos de la genética mendeliana, como en el caso de De Vries, no enlazaron con las teorías darwinistas, fue el desarrollo de la genética la que posibilitó la recuperación del darwinismo, eso sí con algunas importantes correcciones, a la hora de explicar el origen y evolución de los organismos vivos. Neolamarckismo y ortogénesis terminaron por desaparecer de la escena ante su imposibilidad de incorporar satisfactoriamente los resultados de la genética mendeliana. Apareció así la nueva síntesis moderna.
La actual teoría de la evolución cristalizó a partir de las obras de Theodosius Dobzhansky Genetics and the Origin of Species (1937 y 1941); Ernst Mayr Sistematics and the Origin of Species (1942) y George G. Simpson Tempo and Mode in Evolution (1944), que en el campo de la genética, la zoología y la paleontología sentaron las bases de la nueva síntesis moderna. La genética de poblaciones se ha constituido en una de las disciplinas centrales de la moderna teoría evolutiva al suministrar modelos y parámetros relevantes del cambio evolutivo, mediante la distribución de las frecuencias de los genes en las poblaciones. Los desarrollos más recientes de Clegg y Epperson (1985) y Lewontin (1985) han puesto de manifiesto la inmensa variabilidad genética de las poblaciones naturales, al menos para genes estructurales que codifican enzimas, incorporando modelos estocástico-poblacionales (modelos de conducta de las poblaciones que se rigen probabilísticamente con dirección al azar). El potencial evolutivo de una población está determinado por la variabilidad genética presente en la población. La evolución se presenta cuando por mutación aparece un alelo más eficaz que el alelo salvaje correspondiente.
El desarrollo de la biología molecular ha contribuido decisivamente a la nueva teoría de la evolución. El gen ha dejado de ser un punto en el cromosoma para transformarse en una secuencia de información bioquímica. El establecimiento del modelo estructural del DNA por Watson y Crick en 1953 permitió fijar el contenido informacional de los genes sobre la base de las secuencias de aminoácidos. El conocimiento de la estructura del DNA ha permitido avanzar la importancia de los procesos de replicación en la variabilidad molecular que dan lugar a mutaciones, así como la importancia de las regiones no codificadoras en el control de la expresión génica.
El proyecto del genoma humano actualmente en marcha ha sido posible gracias al desarrollo de la biología molecular. El alcance del proyecto del genoma constituye una de los grandes debates científicos del final del milenio. El conocimiento exacto de la estructura de cada uno de los genes y sus funciones y anomalías están permitiendo ya avanzar en el combate contra algunas de las enfermedades irreversibles del hombre, incluso antes de que se manifiesten. Son los casos del aislamiento del gen que interviene en el cáncer de colon, el problema de la hemofilia...
La genética permite detectar la existencia de genes desencadenantes de enfermedades y establecer técnicas analíticas para la prevención precoz de enfermedades, como el cáncer, que de otra forma serían irreversibles. La ingeniería genética está a las puertas de lograr la corrección o eliminación de los genes defectuosos que están en la base de una variada gama de enfermedades. Sin embargo, la controversia surge ante el peligro de que el conocimiento preciso del genoma humano y el desarrollo de la ingeniería genética, posibiliten modificaciones dirigidas a alterar algunos de los rasgos de la herencia genética del hombre. En la actualidad la creación de nuevas especies vegetales o animales con el fin de incrementar la producción agraria es objeto de serios debates. Los criterios productivistas vinculados a los laboratorios de las grandes empresas del sector han provocado en numerosas ocasiones efectos perversos, por la sustitución de especies autóctonas que han terminado en la degradación del lecho ecológico con el consiguiente empobrecimiento del ecosistema.

Un método anticonceptivo es cualquier forma de impedir la fecundación o concepción al mantener relaciones sexuales. También se llama contracepción o anticoncepción. Los métodos anticonceptivos son una forma de control de la natalidad.
Los métodos naturales de conocimiento de la fertilidad, se basan en la observación de síntomas asociados a los procesos fisiológicos que dan lugar a la ovulación y a la adaptación de la sexualidad a las fases fértiles o infértiles del ciclo en función de que se desee o no una concepción. Superados ya los métodos predictivos, como el famoso método de Ogino/Knauss, y técnicas ancestrales como el Coitus interruptus; hoy en día su fiabilidad es similar a la de otros métodos no quirúrgicos.{Frank-Herrmann y cols. Hum Reprod 2007}ffffffffeeeeeeee
La Organización Mundial de la Salud clasifica los métodos modernos de planificación familiar natural como buenos o muy buenos, con valores de índice de Pearl menores de 1. La Sociedad Española de Ginecología y Obstetricia ha publicado un documento consenso sobre los métodos naturales de PFN.
Estos métodos de planificación familiar son apoyados y promovidos por la Iglesia Católica para la vivencia y el ejercicio de lo que esa institución denomina una paternidad responsable, como queda reflejado en la Encíclica Humanae Vitae. Son métodos que, para que puedan ser utilizados como métodos seguros de control de la fertilidad, requieren cierto grado de disciplina en la autoobservación/anotación y un correcto aprendizaje con materiales y personal bien preparado. Una crítica a estos métodos es la de que no previenen el SIDA o cualquier otra enfermedad de transmisión sexual, ya que al igual que la píldora anticonceptiva, el anillo vaginal y otros métodos no naturales, que implican contacto físico directo, no se protegen de dichas enfermedades.
De los métodos naturales no son recomendables el método Ogino/Knauss ni el coitus interruptus por falta de eficacia. En cuanto a los métodos modernos, el más eficaz es el síntotérmico con doble control, significativamente superior en eficacia sobre el Método de la Ovulación

Temperatura basal: El método de la temperatura basal se sirve del aumento que la progesterona induce en la temperatura corporal interna de la mujer durante la ovulación y determina, una vez diagnosticada, infertilidad postovulatoria. Para ello la mujer deberá determinar la temperatura corporal interna a lo largo del ciclo menstrual. El método de la temperatura basal estricto circunscribe el periodo de infertilidad a los días posteriores a la subida de temperatura exclusivamente. El método de la temperatura basal extendido define, cumplidas ciertas condiciones, 6 días de infertilidad preovulatoria. El método de la temperatura basal es áltamente fiable en el periodo postovulatorio, y supone la base de la mayoría de los métodos naturales modernos. Sin embargo tiene limitaciones a la hora de determinar la infertilidad preovulatoria.
Método de la ovulación (método Billings y otros): El método de la ovulación se basa en la observación diaria de los cambios del moco cervical a lo largo del ciclo femenino, cambios que se asocian a los aumentos en los niveles de estrógenos previos al momento de la ovulación. Normalmente, las fases de infertilidad de la mujer se caracterizan por una ausencia de moco cervical visible y una sensación de sequedad vaginal. Conforme se acerca el momento de la ovulación el moco cervical se hace a lo largo de varios días y de forma progresiva, cada vez más líquido, elástico y transparente. Próximo al momento de la ovulación se produce el llamado pico de moco caracterizado por un cambio abrupto de las propiedades el moco y su posible desaparición. El moco cervical es un signo de fertilidad y por ello su observación puede ser utilizado para el control de la fertilidad. Aunque, aplicado correctamente, puede ser considerado un método seguro, es inferior al método de la temperatura en fase postovulatoria. Su utilización es especialmente apto para la consecución del embarazo en casos de hipofertilidad ya que permite concentrar las relaciones sexuales en torno al momento de mayores probabilidades de embarazo. Como método anticonceptivo es especialmente inseguro en mujeres con ciclos monofásicos (durante la menarquia o antes de la menopausia.
Método de la amenorrea de la lactancia (MELA) Después de parto existe un período más o menos largo de inactividad ovárica y, por tanto, de infertilidad. Dicho tiempo de infertilidad depende básicamente de si la mujer amamanta o no al bebé, así como de la intensidad de la lactancia materna. El método MELA define los criterios que deben cumplirse para una aplicación segura del método para la regulación de la fertilidad.