Autora: Beatriz Manso González

 “Perdona, ¿Tienes hora?”, pregunté.

“La 01:00”, dijo LUCA.

“No, mi reloj apunta las 03:00”, contestó una pequeña bolita de color azul cian.

“El mío está marcando las 11:56”, escuché decir a una musaraña escondida tras una higuera.

Y entonces, la alarma del móvil me señaló las 12:00 horas.

No podía imaginarme que una pregunta tan simple pudiera crear tal debate. Lo cierto es que, todos teníamos razón y cada reloj estaba marcando el origen de nuestra propia existencia.

La metáfora del reloj se utiliza para poder visualizar en un eje espacio-temporal el origen y evolución de la vida en la Tierra. Así, somos capaces de ubicar a la “presunta” primera forma de vida: LUCA (Last Universal Common Ancestor), predecesor de cianobacterias y algas. El aumento de oxígeno en una atmósfera primitiva dio lugar a la aparición de las primeras semillas, plantas y animales (dinosaurios incluidos). Finalmente, y apurando el último segundo del reloj, aparecieron los primeros homínidos (figura 1).

¿Cómo fue todo esto posible? ¿Cuál es la clave que explica los cambios ocurridos a lo largo de la evolución? Podemos plantearnos millones de hipótesis pero hay una respuesta simple y clara donde todos los científicos muestran su acuerdo: las mutaciones.

Figura 1. Gráfico simplificado del origen de la vida a partir del Último Ancestro Común Universal (LUCA).

Una mutación es un error producido en el código genético que aporta variabilidad dentro de una especie (intraespecífica) y entre distintas especies (interespecífica). Su origen se debe a la necesidad biológica de tener que multiplicar nuestra información genética para garantizar la propia supervivencia. Esto explicaría por qué habitantes de regiones andinas (y sus animales de compañía: llamas, alpacas…) están perfectamente adaptados a las alturas. En cambio, si nosotros tratamos de subir al Machu Picchu, tendríamos que hacerlo masticando hojas de coca para evitar el mal de altura.

Son muchos los genes que sufren algún cambio en su secuencia convirtiendo al dueño de ese ADN en un ser especial o en casi un superhéroe: ojos de distinto color, doblar la lengua en varios pliegues, huesos irrompibles o una ínfima predisposición a sufrir aterosclerosis o Alzheimer. Sin embargo, hay otros errores genéticos que se pagan más caros: enfermedades autoinmunitarias (lupus), respiratorias (fribrosis quística), metabólicas (Síndrome Prader-Willi) o diferentes tumores (tabla 1).

Tabla 1. Efectos de mutaciones en genes humanos que provocan ventajas físicas o menor predisposición a enfermedades.

El genoma del ser humano no es el único susceptible de equivocarse, también ocurren mutaciones en los microorganismos (bacterias o virus). En general, estas mutaciones son aleatorias pero les suponen grandes recompensas: resistencia a antibióticos, tolerancia a condiciones ambientales extremas o un aumento en su patogenicidad o infectividad. 

Actualmente, la creación de organismos mutantes inducidos en el laboratorio son herramientas muy útiles para encontrar soluciones a diferentes enfermedades o entender el comportamiento de microorganismos patógenos. Para ello, se utilizan agentes mutágenos como son la radiación o la exposición de una población microbiana a un estrés prolongado en el tiempo, por ejemplo, la ausencia de nutrientes. Sin embargo, la ciencia nos ha enseñado a lo largo de su historia a entender y aceptar que las mutaciones ocurren aleatoriamente, sin objetivos concretos y respondiendo al emblemático enunciado “ensayo error”.

Esta situación se observa frecuentemente cuando varias poblaciones bacterianas conviven en el mismo lugar. Esta estrategia facilita el intercambio de genes móviles que saltan de un genoma a otro. Así, aquellas bacterias que hayan incorporado esa nueva información, serán capaces de resistir a agentes químicos como antibióticos o desinfectantes. A veces, esta ventaja permite asegurar la supervivencia, pero si no se alcanza el éxito evolutivo, esos microorganismos estarán condenados a su extinción tras el ataque de nuestro sistema inmunitario.

El código genético se escribe con cuatro letras que nos permiten leer nuestro ADN, una doble cadena en forma de hélice (figura 2). Estas letras llamadas bases nitrogenadas son: adenina –A-, timina –T-, citosina –C- y guanina -G.

Figura 2. Estructura y forma de la molécula de ADN.

Las infinitas posibilidades de combinación que existen, son las responsables de crear la gran biodiversidad que constituye el planeta. Sin embargo, el riesgo de equivocación también forma parte del proceso.

La primera condición para evitar errores es que las letras de ambas cadenas se unan formando parejas de la siguiente manera: A con T; C con G. Si esta norma se incumple, se producirán mutaciones por sustitución (figura 3). Existen varios tipos de sustituciones dependiendo si el error se encuentra en la unión de las letras o si las parejas terminan entremezclándose sin ningún pudor.

Otro tipo de mutaciones que ocurren frecuentemente son las adiciones y deleciones (figura 3).Estos términos se refieren a la posibilidad de incorporar letras “extra” al código genético, o por el contrario, que falten algunas de las bases nitrogenadas citadas previamente. Este es el precio que pagan muchas bacterias al robar material genético para hacerse resistente a los antibióticos. El motivo de incorporar o perder letras, se debe a que la bacteria donante y receptora sufren un proceso de “corta y pega” en su ADN y, así, se permite el salto de estos genes entre ellas. 

Figura 3. Representación de distintos tipos de mutaciones ocurridos en el ADN.

El ADN es una molécula extremadamente importante para la vida, por ello debe estar siempre protegida. En el caso de los organismos eucariotas, está encerrado en el núcleo celular y nunca saldrá de ahí, pero la información genética debe moverse y fluir para mantenernos vivos. Por este motivo, el ADN es capaz de cambiar su aspecto para originar otra molécula fundamental, el ARN. El proceso biológico que permite esta transformación se conoce como transcripción. El ARN se caracteriza por ser las instrucciones que nuestras células tienen que interpretar para crear proteínas mediante la traducción. Todo este recorrido entre las moléculas más vitales que existen, se recoge en el Dogma Central de la Biología, afirmación que cualquier biólogo lleva grabada en sus órganos, tejidos y células (figura 4).

Figura 4. Dogma Central de la Biología.

Las proteínas son las llaves que accionan el funcionamiento de nuestro cuerpo. Es decir, ellas serán otro punto débil donde pueden suceder multitud de mutaciones. Las proteínas se componen de pequeñas piezas llamadas aminoácidos que se unen entre sí. A su vez, los aminoácidos son el resultado de leer el ARN de tres en tres letras: adenina –A-, uracilo –U- (U sustituye a T en el ARN), citosina –C- y guanina -G.

Algunos aminoácidos son tan esenciales que cualquier mutación que se produzca en ellos terminará provocando una proteína rota y afuncional. Es una mutación letal. Por otro lado, los aminoácidos no esenciales, pueden sufrir mutaciones que a veces pasan desapercibidas. Las mutaciones silenciosas se producen cuando hay un daño en algún aminoácido pero la proteína resultante es perfectamente funcional. También pueden ocurrir las mutaciones sin sentido debido a un error en la lectura de esta proteína y termina produciéndose un parón. El resultado es una proteína anormalmente pequeña, dañada y en la mayoría de las ocasiones, será una mutación letal responsable de graves enfermedades.

El ser humano, como cualquier ser vivo, es una máquina en continuo funcionamiento. Eso implica una gran inversión que hay que saber gestionar. Por eso, aunque la posibilidad de mutar siempre sobrevuela nuestras actividades biológicas del día a día, afortunadamente son muy pocas las que llegan a manifestarse. El motivo es la existencia de mecanismos de reparación de errores, un auténtico milagro de la evolución.

Los mecanismos de reparación son efectuados por la misma enzima (un tipo de proteína) que trabaja mano a mano con el ADN y al mismo tiempo va escaneando la tarea que va realizando. Así, es capaz de detectar qué errores se han producido y corregirlos antes de que sea demasiado tarde. Imaginemos que un alumno (la enzima) ha de realizar una prueba de evaluación (transcribir el ADN a ARN) y repasa concienzudamente el examen antes de entregárselo al profesor.

La tarea de reparar errores en el ADN es complicada pero altamente eficaz. Aun así, nuestra enzima reparadora necesita la ayuda de diferentes complejos proteicos. Cada proteína tiene asignada una función: cortar el segmento dañado, rellenar el hueco con las letras correctas, marcar la zona errónea con señales…

Todos estos mecanismos se han analizado en profundidad en el microorganismo predilecto de los genetistas: Escherichia coli. En los estudios realizados, se han visto diferentes formas de reparación: por escisión (“cortar”), recombinación (“mezclar”) o la reparación SOS, destinada a los errores más graves, causados por ejemplo por la radiación ultravioleta. En el caso de los organismos eucariotas, también se sabe que hay actividades enzimáticas muy similares cumpliendo con los fines de reparación.

Los seres humanos somos el resultado de acumular mutaciones durante más de 4.000 millones de años. Esto nos ha permitido desarrollar tareas tan fascinantes como reparar nuestros propios errores genéticos. Mutaciones que pueden producirse en cualquiera de nuestras células cuando se dividen para regenerar un tejido, hacer frente a una infección o crear una nueva vida. Mutaciones que nos han convertido en individuos casi perfectos.

Bibliografía:

  • Watson, J. D., & Martín, A. (1970). La doble hélice. Plaza & Janés.
  • Lehninger, A. L., Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2005). Principios de bioquímica. Ediciones Omega.
  • Manso, B., Melero, B., Stessl, B., Fernández-Natal, I., Jaime, I., Hernández, M., Wagner, M., Rovira, J., & Rodríguez-Lázaro, D. (2019). Characterization of virulence and persistence abilities of Listeria monocytogenes strains isolated from food processing premises. Journal of Food Protection, 82(11), 1922-1930.