La inesperada complejidad de funciones e interacciones en red de la p53 (aquí representada formando un complejo con el ADN) es un ejemplo particular de la inesperada y extraordinaria complejidad de la estructura y funciones del genoma humano. Según van aumentando nuestros conocimientos queda tanto más confirmada la resistencia de las estructuras biológicas a todo intento de explicación materialista. Ilustración: Thomas Splettstoesser
Un aire de amedrentadora complejidad impregna todo el artículo. El Proyecto del Genoma Humano fue una de las grandes investigaciones científicas del final del siglo 20. Algunos la compararon con el Proyecto Manhattan o con el programa Apolo. El trabajo de leer la secuencia de las letras del ADN había sido una tarea tediosa y dificultosa. Ahora, el descifrado de genomas es cosa rutinaria. Pero con la acumulación de datos procedentes de genomas de todo desde la levadura hasta los Neandertales, hay una cosa que ha quedado clara: «al irse acumulando datos mediante el secuenciado y otras nuevas tecnologías, la complejidad de la biología ha parecido crecer en diversos órdenes de magnitud», escribía Hayden.
Unas pocas cosas resultaron ser sorprendentemente simples. Los genetistas esperaban encontrar 100.000 genes en el genoma humano; el cómputo se acerca más a los 21.000. Pero con ello vino una enorme sorpresa en las moléculas accesorias —factores de transcripción, ARNs pequeños, reguladores—, todo ello dispuesto en redes interactivas dinámicas que dejan la mente abrumada de estupor. Hayden comparaba todo esto con un conjunto de Mandelbrot en geometría fractal que va desvelando niveles más profundos de complejidad al irse amplificando la observación.
«Cuando empezamos, la idea era que las vías de señalización eran bastante simples y lineales», dice Tony Pawson, un biólogo veterano en la Universidad de Toronto en Ontario. «En la actualidad somos conscientes de que la información de señalización en las células se organiza mediante redes de información, no mediante unas simples vías concretas. Es infinitamente más complejo.»
Hayden reconocía que el paradigma del «ADN basura» se ha desmoronado totalmente. «Una sola década de biología postgenómica ha reventado este punto de vista», decía, refiriéndose al concepto de que la regulación genética era un proceso directo, lineal, en el que los genes codificaban proteínas reguladoras que controlan la transcripción. «El nuevo atisbo que la biología nos permite del universo de ADN no codificante —lo que solía conocerse como ADN “basura”— ha resultado fascinante y desconcertante». Si es basura, ¿Por qué el organismo humano iba a decodificar del 74% al 93% del mismo? La plétora de pequeños ARNs producidos por estas regiones no codificantes, y cómo interaccionan entre sí y con el ADN, era algo totalmente inesperado cuando comenzó el proyecto. Todo este nuevo conocimiento está disipando algo de la primera ingenuidad del Proyecto del Genoma Humano. Los planificadores del mismo predijeron que «desentrañaría los misterios subyacentes a todo, desde la evolución hasta el origen de las enfermedades». Se anticiparon curas para el cancer. Íbamos a seguir la ruta de la evolución a través del código genético. Esto era lo que se creía en la década de 1990. Joshua Plotkin, un biólogo matemático en la Universidad de Pennsylvania en Philadelphia, dice: «Simplemente la mera existencia de estos exóticos reguladores sugiere que nuestra comprensión acerca de las cuestiones más básicas —por ejemplo cómo una célula se activa y se desactiva— es increíblemente superficial». Leonid Kruglyak, genetista en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, comentaba acerca del sentimiento prematuro de que los datos hablarían por sí mismos: «Hay una cierta cantidad de ingenuidad en la idea de que para cualquier proceso —sea en biología o en la predicción del estado del tiempo, o lo que sea— uno puede simplemente acumular grandes cantidades de datos y hacer correr un programa de minado de datos y comprender qué es lo que está sucediendo de una manera genérica.»
Algunos siguen buscando patrones simples en la complejidad. Los enfoques de arriba abajo intentan erigir modelos en los que los puntos de los datos caen en su sitio:
Se suponía que una nueva disciplina —biología de sistemas— iba a ayudar a los científicos a sacar sentido de la complejidad. La esperanza residía en que al catalogar todas las interacciones en la red p53, o en una célula, o entre un grupo de células, y luego introduciéndolos en un modelo computacional, los biólogos recogerían nuevas percepciones acerca de cómo se comportaban los sistemas biológicos.
En los apasionantes años post-genoma, los biólogos de sistemas iniciaron una larga lista de proyectos construidos sobre esta estrategia, tratando de modelar partes de la biología como la célula de la levadura, la E. coli, el hígado, e incluso el «humano virtual». Hasta el presente, todos estos intentos han chocado con la misma barrera: no hay forma de reunir todos los datos relevantes sobre cada interacción incluida en el modelo.
La red p53 a la que se refiere es un buen ejemplo de una complejidad inesperada. Descubierta en 1979, se pensó al principio que la proteína p53 era un promotor de cáncer, luego un supresor de cáncer. «Pocas proteínas han sido objeto de tantos estudios como la p53», decía. «... Sin embargo el tema de la p53 ha resultado ser inmensamente más complejo de lo que parecía al principio». Y daba algunos detalles:
Los investigadores saben ahora que p53 enlaza con miles de sitios en el ADN, y algunos de estos sitios están a una distancia de miles de pares de bases de cualquier gen. Influye en el crecimiento, la muerte y la estructura de las células, y en la reparación del ADN. También enlaza con un gran número de otras proteínas, que pueden modificar su actividad, y estas interacciones proteína-proteína pueden ajustarse por adición de modificadores químicos, como los grupos fosfatos y metilo. Mediante un proceso conocido como empalme alternativo, o splicing alternativo, la p53 puede adoptar nueve formas diferentes, cada una de las cuales con sus propias actividades y modificadores químicos. Los biólogos están ahora dándose cuenta de que el p53 está también involucrado en procesos más allá del cáncer, como en la fertilidad y en el desarrollo embriónico muy temprano. De hecho, parece una ignorancia voluntaria tratar de comprender la p53 por si misma. En lugar de ello, los biólogos han pasado a estudiar la red de la p53, como se expresa en carteles que contienen cajas, círculos y flechas que tratan de simbolizar su laberinto de interacciones.
La teoría de las redes es ahora un nuevo paradigma que ha sustituido el diagrama lineal de una vía de gen a ARN a proteína. Esto se solía designar como el «dogma central» de la genética. Actualmente, todo es contemplado como dinámico, con promotores y bloqueadores e interactomas, bucles de realimentación, procesos de proalimentación, y «desconcertantes rutas de complejas transducciones de señales». «La historia de la p53 es solo un ejemplo de cómo el entendimiento de los biólogos ha sido remodelado, gracias a las tecnologías de la era de la genómica», dice Hayden. «... Esto ha expandido el universo de las interacciones conocidas entre las proteínas —y ha hecho desmoronar las viejas ideas acerca de “rutas” de señalización, en las que proteínas como la p53 activarían un conjunto definido de consecuencias ruta abajo.»
Los biólogos comenten un error común al suponer que más datos comportarían más entendimiento. Algunos siguen trabajando de abajo arriba, creyendo que existe una simplicidad subyacente que finalmente saldrá a la luz. «Es la gente la que complica las cosas», comentaba un investigador de Berkeley. Pero un científico que predijo que el genoma de la levadura y sus interacciones quedarían resueltos para 2007 ha tenido que aplazar su fecha objetivo en algunas décadas. Está claro que nuestra comprensión permanece muy rudimentaria. Hayden decía, para concluir: «hay pocas señales de resolución de la complejidad de los hermosos patrones de estilo Maldelbrot de la biología».
Hay un lado luminoso en la complejidad que se está desvelando. Mina Bissell, una investigadora oncóloga en el Laboratorio Nacional Lawrence de Berkeley en Califoornia, confiesa que se sintió «impulsada a la desesperanza ante predicciones de que todos los misterios quedarían resueltos» por el Proyecto del Genoma Humano. «Se levantaban personas famosas y decían: “Después de esto lo comprenderemos todo”,» la citaba Hayden. Pero ha resultado para bien en cierta manera: «La biología es compleja, y esto es parte de su belleza».
1. Erika Check Hayden, «Human genome at ten: Life is complicated», Nature 464, 664-667 (1 abril 2010) | doi:10.1038/464664a.
Las estructuras de la vida van revelando niveles de complejidad tras niveles de complejidad según se van examinando con mayor capacidad de resolución. Sin embargo, la analogía de Mandelbrot es, si bien superficialmente ilustrativa, sumamente incompleta. Los conjuntos de Mandelbrot se basan en una ecuación, que genera toda la complejidad al proceder a su desarrollo. La información que se contiene en el código genético y en los códigos complementarios y sistemas de regulación no es una simple ecuación, sino todo complejo y extenso conjunto de instrucciones específicas para la elaboración de materiales, subsistemas y sistemas, así como las instrucciones y regulación para su ensamblaje y operación, y de los aportes de energía y material para cada función. Hay una enorme diferencia cuantitativa y cualitativa entre una ecuación generadora de un conjunto de Mandelbrot y todo el conjunto de instrucciones y códigos que se incluye en los sistemas y subsistemas celulares, junto con todos los mecanismos de tratamiento y aplicación de dichas instrucciones y códigos.
¿Quién predijo la complejidad: los darwinistas o los proponentes del diseño inteligente? Ya conocemos la respuesta. Los darwinistas han estado en un error en esta cuestión, una y otra vez. El origen de la vida iba a ser algo simple (el pequeño estanque cálido de los sueños de Darwin). El protoplasma iba a ser algo simple. Las proteínas iban a ser simples. La genética iba a ser simple (¿recordamos los pangenes de Darwin?). El portador de la información genética sería simple. La transcripción del ADN iba a ser algo simple (el Dogma Central). El origen del código genético iba a ser simple (el mundo del ARN o el «accidente congelado» de Crick). La genómica comparada iba a ser simple, e íbamos a poder seguir la evolución de la vida en los genes. La vida estaría repleta de la basura de las mutaciones y de la selección natural (órganos vestigiales, ADN basura). Todo simple, simple, simple.
Simplemente equivocados.
Fuente: Creation·Evolution Headlines – Human Genome “Infinitely More Complex” Than Expected 5/04/2010
Redacción: David Coppedge © 2010 Creation Safaris - www.creationsafaris.com
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2010 - www.sedin.org
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