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¿Determinan por completo los genes el destino biológico?

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¿Determinan por completo los genes el destino biológico?

Área: Genética — Miércoles, 21 de Septiembre de 2011
Nuevas pruebas indican que las instrucciones epigenéticas de evolución rápida modifican la información genética y, por tanto, el destino biológico no está determinado por completo en los genes.
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Arabidopsis thaliana. Fuente: Salk Institute.
Los estudios sobre epigenética están en pañales. Sólo ahora se empieza a desentrañar en qué consiste. Hasta ahora, en la genética tradicional, todo estaba claro: a cada triplete de bases le correspondía un aminoácido y una secuencia de aminoácidos formaba una proteína (o una enzima). La cosa se complicaba un poco con los genes reguladores, pero en este caso el esquema principal está bastante estudiado, sobre todo si se desprecia todo el ADN no codificante o mal llamado ADN “basura”.
Pero hace poco se empezó a ver que no todas las instrucciones genéticas están en el ADN que forma genes. Se ha empezado a descubrir que existe una capa extra de información “por encima” que modifica estas instrucciones genéticas y que también sería heredable. Se cree que las modificaciones de histonas o la metilación de ADN forman parte de esta capa, pero puede haber más mecanismos. Estas hipótesis todavía están en estudio y no se puede explicar mucho sobre estos supuestos sistemas. Por eso hay distintos grupos de investigadores en el mundo que están tratando de estudiar esta capa de información. 
Uno de esos grupos de investigación, en concreto en el Instituto Salk, ha estudiado estos aspectos en la Arabidopsis thaliana, una planta que típicamente es usada en laboratorios para estudios genéticos.
Ha hallado que estas secuencias epigenéticas ligadas a ADN permiten a esta planta desarrollar y pasar a la siguiente generación rasgos de una manera más rápida. El estudio proporciona las primeras pruebas de que las instrucciones epigenéticas en un organismo pueden evolucionar más rápidamente que las secuencias genéticas tradicionales. Aunque el estudio se circunscribe a esta planta, se sospecha que muchas en otras especies, incluida la especia humana, la genética puede verse influenciada dramáticamente por esta capa de información epigenética.
Según Joseph Ecker su estudio demuestra que no todo está en los genes y que las instrucciones epigenéticas en esta planta son más flexibles e influyentes de lo que imaginaban. Según él, hay un componente de heredabilidad que no se entiende completamente. “Es posible que en humanos tengamos un mecanismo epigenético activo similar que controle nuestras características biológicas y que pase a los hijos”, añade.
Con el advenimiento de las técnicas de secuenciación rápida de ADN los científicos se han dado cuenta de que la información codificada en genes no siempre determina cómo un organismo se desarrolla y responde al medio ambiente. Cuantos más de genomas completos de distintos organismos se secuencian más discrepancias se descubren entre lo que dictan los genes y cómo el organismo realmente funciona o es.
Muchos de estos descubrimientos se han hecho en estudios basados en plantas, ya que los rasgos de anatómicos de las flores o la pigmentación de sus frutos están bajo el control de la epigenética. Estos rasgos, que desafían las predicciones clásicas mendelianas, se han encontrado también en mamíferos. Así por ejemplo, en algunos ratones su tendencia a la obesidad puede pasar de una generación a otra, aunque no haya diferencias entre los genes de los ratones obesos y delgados que expliquen esa diferencia.
También se han encontrado rasgos biológicos distintos en gemelos monocigóticos o gemelos univitelinos humanos, pese a que sus genes son exactamente los mismos. Se ha especulado que esas diferencias sin explicación podrían deberse a variaciones epigenéticas.
En suma, hay patrones de variación heredables que no encajan con las secuencias genéticas tradicionales y, por consiguiente, hay componentes de la herencia que no sabemos lo que son.
Ecker y sus colaboradores han estudiado estos misteriosos patrones y encontrando marcadores químicos que sirven de capa genética de control y que actúan sobre las secuencias de ADN normal. Al igual que aparecen las mutaciones espontáneas en la genética normal también aparecen en la capa epigenética. Si la mutación epigenética es beneficiosa puede propagarse por la población.
Aunque se han identificados cierto número de rasgos epigenéticos, se conoce muy poco sobre ellos, cómo de frecuentemente aparecen de manera espontánea, cómo de rápido se extienden por la población o cómo de influyentes pueden ser.
Este grupo de investigadores ha descubierto que, aunque la probabilidad es relativamente baja, en cada generación aparecen epimutaciones y que éstas aparecen a un ritmo muy superior al que aparecen las mutaciones tradicionales. Además tienen una influencia fuerte sobre la expresión de ciertos genes
En su estudio se analizó el paisaje bioquímico de clones de Arabidopsis durante 30 generaciones en busca de metilizaciones. La metilización es un cambio epigenético clave que altera la expresión de ciertos genes consistente en que a la base citosina se le añade un grupo metilo, acción asociada con el silenciamiento de genes*.
Observaron cómo estas metilizaciones cambiaban en el transcurso de esas generaciones. Como las plantas eran clones de la misma planta original, sus genomas eran idénticos y permitían estudiar la epigenética de manera más clara sin “ruido genético” de fondo.
Encontraron unos pocos miles de sitios en el ADN de la planta en los que la metilización se alteraba en cada generación. Aunque esto representa una pequeña parte de los 6 millones de sitios de metilización estimados para esta planta, es una tasa de cambio enorme (en cinco órdenes de magnitud) comparada con las mutaciones tradicionales en los genes.
El resultado sugiere que la epigénetica de esta planta (y posiblemente en otros organismos) es, de lejos, más ágil que la genética tradicional.
Fue todavía más sorprendente la influencia de estos cambios sobre la activación y desactivación de genes. Algunas de las plantas que sufrieron este tipo de cambios por metilización experimentaron cambios sustanciales en su expresión. Esto significa que no los solamente la epigenética altera rápidamente las plantas en ausencia de presión de selección, sino que estos cambios tienen una influencia poderosa en la forma y función de las plantas.
Según Ecker este estudio proporciona la primera prueba de que la epigenética puede rescribirse rápidamente y tener efectos dramáticos. “Esto significa que los genes no son el destino”, añade. Especula que si en este aspecto los humanos somos similares a estas plantas, entonces nuestro epigenoma tiene que sufrir cambios rápidos espontáneos que tengan una influencia poderosa sobre nuestros rasgos biológicos.
Este grupo de investigadores planea ahora estudiar en detalle los mecanismos bioquímicos que permiten estos cambios epigenéticos y cómo pueden pasar de una generación a otra. También esperan explorar cómo influyen las condiciones ambientales (por ejemplo la temperatura) sobre estos mecanismos y si la epigénetica es, por tanto, un sistema que tiene la planta para adaptarse muy rápidamente a los cambios ambientales contingentes.
* El grado de metilación puede verse alterado por la acción de efectos ambientales. Así por ejemplo, en los mamíferos se ha visto que sustancias de la dieta como la metionina, la colina, el ácido fólico y las piridoxinas pueden añadir grupos metilo.
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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

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