¿ADN Basura?

Mucho se habla sobre la basura del ADN, pero ¿realmente hay basura almacenada en nuestro genoma? ¿Qué es realmente el ADN Basura? ¿No será que aún nos falta por desentrañar sus secretos y atribuimos que es basura a aquello que desconocemos? Hoy analizamos estos misterios en Biocuriosidades.

A qué nos referimos cuando hablamos de ADN Basura

En los años 90 se inició el llamado Proyecto Genoma Humano. Un ambicioso estudio que pretendía leer la molécula de ADN humana para analizar cada uno de nuestros genes. Cuál fue la sorpresa de los investigadores al encontrar que, de millones de pares de bases en el ADN, un humano solo tenía unos 20000 genes que codificaban para proteínas. Esto supone solo un 5% del ADN total.

El ADN se compone de dos cadenas, que tienen como unidades bases nitrogenadas como puedes ver el dibujo anterior. Hablamos de pares de bases porque estas bases se agrupan por pares, fusionándose una cadena con la otra. De toda la secuencia de millones de bases de una cadena, se leen algunos fragmentos que tendrán una utilidad conocida, nuestros genes. 

El resto, se denominó en un principio ADN basura, aunque se sospechaba que tendría alguna utilidad. ¿Quizás solo fuera estructural para sujetar esas secuencias válidas de los genes? Para esclarecer qué había dentro del 95% de ADN no codificante, surgió en 2005 el proyecto ENCODE.

ENCODE se mete en las sombras del ADN

ENCODE descubrió la finalidad de un gran número de elementos dentro del ADN basura. La mayoría con capacidad reguladora sobre la expresión de genes. 

Esto ha llevado a la conclusión de que, lejos de ser basura, este ADN es un panel de control de la genética. Actúa modulando la expresión de genes, activando o reprimiendo su lectura.

Aún queda mucho por desvelar del ADN basura pero, cuanto más se avanza en su conocimiento, mejores técnicas genéticas y biomédicas aparecen. Nuevas dianas terapéuticas en cáncer e infecciones víricas, como el sida, han surgido a raíz de conocer los secretos de esta materia oscura del ADN. También, las teorías del ADN de diseño con técnicas como la novedosa CRISPR. 

Conocer el potencial del ADN basura nos puede abrir un gran número de puertas a la medicina predictiva. La medicina de la prevención que permita predecir con un sencillo estudio de secuenciación de ADN, qué enfermedades llevamos de serie desde el nacimiento y poder controlarlas años antes de su manifestación.

ADN Basura, mutación y evolución

¡Alerta: mutación!

Algunos científicos hablan de que las especies perduran gracias a que existe este ADN basura. El concepto es sencillo:

Si ocurre una mutación letal o no beneficiosa para un organismo sobre un gen que es de vital importancia, ese ser vivo muere o enferma. Sin embargo, si hay muchas secuencias basura dentro del ADN, la probabilidad de que caiga en una de estas regiones «sin función aparente» es mayor. Si cae allí, la mutación se convierte en neutral o sin efecto, si esta región es realmente basura.

Buena parte de la evolución, sin embargo, se ha dado gracias a la mutación aleatoria que ha beneficiado o perjudicado a los seres vivos, creando una competición por selección natural de aquellos con genética más válida.

Hasta que se esclarezcan la totalidad de las funciones del ADN basura, esta teoría puede tener su sentido. Sin embargo, una mutación en una zona del panel de control del ADN también puede ser catastrófica.

Copia de seguridad

Por otro lado, y con el mismo razonamiento a nivel evolutivo se ha comprobado que nuestro genoma presenta copias de seguridad. Aproximadamente un 10% de nuestros genes están duplicados en la doble hélice. En otras especies, este porcentaje es incluso mayor o duplicado al completo, como en muchas plantas. ¿Con qué sentido? Bueno, teniendo en cuenta que tenemos una copia, la evolución puede jugar a mutar una de ellas preservando la otra. Esto impulsaría la evolución, pero sin arrojar tanto riesgo al azar.

Esta situación podría explicar la enorme longitud del ADN de las plantas, que es a veces hasta 75 veces más largo que el nuestro.

ADN Basura y Salud

En los últimos años se están descubriendo secuencias dentro del ADN basura humano que podrían condicionar la salud y enfermedad de nuestra especie.

ADN saltarín

El ADN basura no deja de liberar sorpresas y esta tuvo que ser sorprendente. Nuestro concepto de ADN como molécula lineal hace aguas desde que se descubrieron los transposones. Los transposones son secuencias de ADN con capacidad de saltar de unos puntos a otros. Es decir, se cortan y se pegan en una nueva ubicación. Estos elementos transponibles han sido localizados en muchas especies de animales y plantas.

Se ha comprobado que la mayoría de los transposones se encuentran inactivos, pero que pueden llegar a activarse cambiando la expresión genética de algunos genes. En los últimos años, se ha establecido la relación entre algunas enfermedades y los transposones como la diabetes, la hemofilia, la esquizofrenia o el cáncer, en especial de hígado y colon. Las nuevas líneas de investigación con estos elementos saltarines incluyen estudios en enfermedades autoinmunes y neurodegenerativas.

ADN basura promotor de la expresión de genes

Algunas secuencias del ADN basura sabemos que aumentan la expresión de determinados genes. Parece estar relacionado con las zonas de promotor del gen. Estas zonas, son secuencias donde se ligan proteínas que leen el ADN y traducen ese gen.

Estas zonas de basura no tienen nada. Fueron de las primeras en conocer su sentido al analizar el ADN basura, y se comprobaron que eran vitales para regular la expresión de los genes.

Mutaciones en estas regiones pueden generar mayor o menor propensión a desencadenar ciertas enfermedades. Un ejemplo es la Corea de Hungtington, una enfermedad genética que produce alteraciones en la marcha del individuo. Se produce por una mutación en la proteína Hungtintina que la convierte en una proteína tóxica. Si ocurre una mutación, además, en la zona del promotor del gen, esta proteína se expresará mucho menos y la patología tarda más años en desarrollarse. Esta enfermedad suele aparecer a los 30-40 años de edad en condiciones normales. 

CRISPR

A modo de introducción, CRISPR es una herramienta que permite el diseño del ADN. La tecnología CRISPR permite cortar secuencias de ADN no deseadas y sustituirlas por otras. Conocer las complicaciones del ADN basura junto con CRISPR podría alimentar el futuro biomédico. Te recomiendo la serie de Netflix «En pocas palabras» que analiza en su capítulo ADN de diseño, esta tecnología. En clase nos han surgido buenos debates de ciencia y valores éticos.

Epigenética

En esta otra entrada puedes encontrar información más detallada, pero para abrir boca: epi significa «por encima». El término indicaría que estudia algo por encima de la genética. 

La epigenética es un concepto relativamente moderno que estudia modificaciones bioquímicas sobre la molécula de ADN. Estas modificaciones pueden marcar el ADN y cambiar sus funciones, como silenciar o activar zonas. Algo parecido a las regulaciones del ADN basura, pero estas serían externas al propio ADN. Estudios sobre la epigenética también podrían dar luz al mecanismo de acción de algunas enfermedades.

Una epigenética artificial, si la consiguiéramos controlar, podría corregir mutaciones no deseadas en el ADN que están conduciendo a patologías.

Bibliografía

González-Burón, H. y Tardáguila-Sancho, M. (2017). El ADN basura. La materia oscura de nuestro genoma. National Geographic.

Carey, N. (2016). ADN Basura, un viaje por la materia oscura de nuestro ADN. Biblioteca Buridán.