jueves, 3 de enero de 2013

¿Basura? El artículo que publica Nature sobre el proyecto ENCODE anuncia «Funciones bioquímicas para un 80% del genoma»

Casey Luskin   5 de septiembre de 2012 | Permalink

Crédito de la imagen: rusty one/Flickr.

Un revolucionario artículo en Nature comunica los resultados del Proyecto Enciclopedia de Elementos del ADN (ENCODE por sus siglas en inglés), que ha detectado pruebas de función para «la inmensa mayoría» del genoma humano. Titulado «An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome [Una enciclopedia integrada de elementos de ADN en el genoma humano]», este trabajo de investigación encuentra «una cantidad sin precedente de elementos funcionales» donde «una cantidad sorprendentemente grande del genoma humano» resulta funcional. Basándose en el conocimiento actual, el informe concluye que ahora se sabe que al menos un 80% del genoma humano es funcional:

El proyecto Enciclopedia de Elementos del ADN (ENCODE por sus siglas en inglés) ha levantado un mapa sistemático de regiones de transcripción, de asociación de factores de transcripción, de estructura de la cromatina y de modificación de las histonas. Estos datos nos han posibilitado asignar funciones bioquímicas al 80% del genoma, en particular fuera de las bien estudiadas regiones de codificación de proteínas. Muchos candidatos a elementos con función de regulación están físicamente asociados entre sí y con genes expresados, lo que proporciona una nueva comprensión de los mecanismos de la regulación génica.

(The ENCODE Project Consortium: «An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome»,Nature, Vol. 489:57-74 (6 de septiembre de 2012) (énfasis añadido))

En el pasado hemos leído con frecuencia acerca de estudios que comunicaban funcionalidades de muchos miles de pares de bases (véase aquí para unos cuantos ejemplos), pero es a menudo difícil conseguir una perspectiva de hasta para qué proporción del genoma se ha detectado funcionalidad. Mediante la colaboración de cientos de investigadores, el proyecto ENCODE ha determinado que «La inmensa mayoría (80,4%) del genoma humano participa en al menos un suceso bioquímico asociado con el ARN y/o la cromatina en al menos un tipo de célula».

Una cantidad «sorprendentemente grande» del genoma humano es funcional

El artículo acerca de ENCODE distribuye los elementos genómicos funcionales en unas categorías principales: regiones transcritas en ARN, regiones codificantes de proteínas, sitios de unión de factores de transcripción, estructura de la cromatina y sitios de metilación del ADN. Después de analizar todas estas diferentes clases de elementos genómicos, el proyecto descubrió que:

Teniendo en cuenta todos estos elementos, una cantidad sorprendentemente grande del genoma humano, un 80,4%, está constituido por al menos un elemento identificado por ENCODE. La clase más amplia de elementos representa los diferentes tipos de ARN, que comprenden el 62% del genoma (aunque la mayoría se encuentra dentro de intrones o cerca de genes). Las regiones muy enriquecidas para modificaciones de histonas forman la siguiente clase más grande (56,1%). Excluyendo los elementos de ARN y elementos de histonas a grandes rasgos, el 44,2% queda cubierto. Unas proporciones menores del genoma están ocupadas por regiones de cromatina abierta (15,2%) o por sitios de unión de factores de transcripción (8,1%), con un 19,4% cubierto por al menos un pico de DHS o factor de transcripción de secuenciación ChIP en todas las líneas celulares. (Se han eliminado las referencias internas.)

Además de encontrar 863 pseudogenes que son «transcritos y asociados con cromatina activa», el artículo comunica que casi todo el genoma se encuentra cerca de un elemento ADN funcional: «Un total de un 99% de las bases conocidas en el genoma se encuentran dentro de 1,7 kb de cualquier elemento ENCODE».

«No conservado» ha dejado de significar «carente de función»

Como ya hemos considerado en SEDIN · Notas y Reseñas con anterioridad, los biólogos moleculares infieren a menudo la funcionalidad para el ADN no codificante al descubrir que una secuencia está «conservada» o «constreñida» (es decir, similar) a través de diversas especies, lo que implica que hay alguna clase de función susceptible de selección que previene que acumule mutaciones. Pero si una secuencia no está conservada o constreñida (es decir, es diferente) a través de diferentes especies, ¿implica esto acaso que no es funcional? El equipo ENCODE hizo esta pregunta, y descubrió que la respuesta es «No»:

Unos elementos primate-específicos así como elementos sin construcción mamífera detectable exhiben, en forma agregada, indicios de selección negativa; así, se espera que algunos de ellos sean funcionales

Más adelante, el artículo encontraba que, dentro de los primates, las secuencias no conservadas pueden ser muy importantes para la determinación de la forma corporal:

Hay también una gran cantidad de elementos sin constricción mamífera, entre un 17% y un 90% para regiones de unión del factor de transcripción así como regiones DHS y FAIRE. En estudios previos no se pudo determinar si estas secuencias son o bien bioquímicamente activas, pero con poca incidencia global sobre el organismo, o bien están bajo una selección específica de linaje. Al aislar secuencias preferentemente insertadas en el linaje de los primates, lo que es sólo factible dada la escala a nivel genómico de estos datos, podemos examinar esta cuestión de manera específica. ... [U]na proporción apreciable de los elementos no constreñidos son elementos específicos de linaje necesarios para la función organísmica, congruentes con los puntos de vista convencionales de una evolución reciente, y el resto son elementos probablemente «neutrales» que no están actualmente bajo selección pero que pueden todavía afectar a fenotipos celulares o a mayor escala sin un efecto sobre la aptitud. (Se han eliminado las referencias internas.)

Y, claro, si un elemento genético afecta a «fenotipos celulares o a mayor escala», entonces queda claro que estos elementos también tienen función.

Estos resultados son «sin precedentes»

El artículo concluye diciendo que los investigadores han descubierto «una cantidad sin precedente de elementos funcionales»:

La cantidad sin precedentes de elementos funcionales identificados en este estudio proporciona un recurso valioso a la comunidad científica a la vez que profundiza significativamente nuestra comprensión del genoma humano.

También llegan a la evidente conclusión de que hay mucho más del genoma que parece estar involucrado en procesos de regulación que en la producción de proteínas bioquímicamente activas:

Cosa interesante, incluso usando las valoraciones más sobrias, la fracción de bases que está probablemente involucrada en una regulación génica directa, aunque incompleta, es significativamente más elevada que la atribuida a exones codificantes de proteínas (1,2%), lo que suscita la posibilidad de que en el genoma humano haya más información importante para la regulación génica que para las funciones bioquímicas.

Y naturalmente, las implicaciones de este estudio para el tratamiento de enfermedades son profundas:

El gran alcance de las anotaciones de ENCODE profundiza nuestra comprensión de enfermedades comunes con un componente genético, de enfermedades genéticas raras y del cáncer, como se ve por nuestra capacidad de vincular unas asociaciones por otra parte anónimas con un elemento funcional.

El ADN basura quedará «consignado a los libros de historia»

Los medios de comunicación han recogido esta noticia con titulares como Un consorcio internacional descifra la “materia oscura” del genoma (El Periódico de Catalunya), Descubren que el llamado “ADN basura” es esencial para el funcionamiento de los genes (RTVE, España); «ADN “basura”, mucho más importante de lo que se creía»(Vanguardia, México). Descubren que el llamado ADN “basura” cumple funciones cruciales (La Nación, Buenos Aires, Argentina). Estos artículos y otros reconocen abiertamente las implicaciones para la vieja noción del «ADN basura»:

  • «La gran mayoría de este “ADN basura” es en realidad “un gran centro de control con millones de interruptores que regulan la actividad de nuestros genes. Sin estos interruptores, los genes no funcionarían y las mutaciones constantes podrían ocasionar enfermedades”, subrayan las conclusiones del trabajo.

»Gran parte del genoma está dedicada a controlar cuándo y dónde se producen las proteínas, más allá de simplemente fabricarlas, que es a lo que se dedican los genes», explica a este diario uno de los autores del trabajo, Roderic Guigó, coordinador del programa de Bioinformática del Centro de Regulación Genómica (CRG), de Barcelona. “Estos interruptores o controladores determinan si un gen debe ponerse en ‘off’ o en ‘on’”, añade Guigó. (Antonio Madridejos, «Un consorcio internacional descifra la ‘materia oscura’ del genoma», El Periódico de Catalunya, (Jueves, 6 de septiembre de 2012)).

  • «Unos largos tramos de ADN previamente descartados como “basura” son en realidad críticos para la manera en que funciona nuestro genoma, decía un equipo internacional de científicos el pasado miércoles. ... Durante años, los vastos tramos de ADN entre nuestros aproximadamente 20.000 genes codificantes de proteínas —más del 98% de la secuencia genética en el interior de nuestras células— eran descartados como ADN “basura”. Ya cayendo fuera de favor en años recientes, este concepto, gracias al trabajo realizado por Encode, quedará consignado a los libros de historia.» (Alok Jha, «Breakthrough study overturns theory of ‘junk DNA’ in genome»,UK Guardian (5 de septiembre de 2012))

  • «El genoma humano está repleto de al menos cuatro millones de interruptores génicos que residen en tramos de ADN que habían sido descartados antes como “basura” pero que resulta que desempeñan unas funciones cruciales en la regulación de cómo se comportan las células, los órganos y otros tejidos. Este descubrimiento, considerado como un logro revolucionario de la medicina y de la ciencia, tiene unas grandes implicaciones para la salud humana debido a que muchas y complejas enfermedades parecen ser causadas por pequeños cambios en cientos de interruptores génicos. ... El ADN humano es “mucho más activo de lo que esperábamos, y están sucediendo muchísimas más cosas de las que esperábamos”, decía Ewan Birney del Laboratorio Europeo de Biología Molecular - Instituto Europeo de Bioinformática, un investigador director del proyecto.» (Gina Kolata, «Bits of Mystery DNA, Far From ‘Junk,’ Play Crucial Role»New York Times (5 de septiembre de 2012))

El diario NY Times daba un comentario adicional acerca de la complejidad de lo que estamos descubriendo:

Hay también una especie de sistema de conexionado del ADN que es casi inconcebiblemente intricado. «Es como abrir un armario de conexiones y ver una bola de cables fuertemente empaquetados», decía Mark Gerstein, un investigador de Encode de Yale. «Intentamos desenrollar esta bola de cables y hacerla interpretable».

Hay también otra especie de bola empaquetada: la compleja estructura tridimensional del ADN. El ADN es una hebra tan larga —alrededor de 3 metros de ADN embutidos en un núcleo microscópico de una célula— que cabe sólo porque está apretadamente enrollada y enroscada sobre sí misma. Cuando observaron la estructura tridimensional —la bola—, los investigadores de Encode descubrieron que los pequeños segmentos de materia oscura del ADN están a menudo muy cerca de los genes que regulan. En el pasado, cuando analizaban sólo una hebra desenrollada de ADN, estas regiones reguladoras parecían estar muy lejos de los genes a los que afectan.

Por su parte, desde Discover Magazine, Tom Gingeras, un científico jefe afiliado con ENCODE, dice que «Casi cada nucleótido está asociado con una función»:

Según el análisis de ENCODE, el 80 por ciento del genoma tiene una «función bioquímica». Diré más acerca de lo que esto significa exactamente, pero el punto clave es este: No es «basura». Los científicos han reconocido desde hace tiempo que algo del ADN no codificante tiene probablemente una función, y recientemente han ido apareciendo algunos ejemplos sólidos de ello. Pero muchos seguían manteniendo que muchas de estas secuencias eran verdaderamente basura. ENCODE dice lo contrario. «Casi cada nucleótido está asociado con una función de alguna clase u otra, y ahora sabemos dónde están, lo que se une con ellos, cuáles son sus asociaciones, y más», dice Tom Gingeras, uno de los principales científicos líderes del estudio.

Además, el artículo en la revista Discover Magazine explica que es probable que el resto del 20% del genoma sea también funcional:

¿Y qué hay en el restante 20 por ciento? Posiblemente tampoco sea basura, según Ewan Birney, el Coordinador Jefe de Análisis del proyecto y que se describe a sí mismo como «perro pastor en jefe». Explica que ENCODE solamente (¡!) consideró 147 tipos de células, mientras que el cuerpo humano tiene varios miles. Una parte determinada del genoma podría controlar un gen en un tipo de célula, pero no en otros. Si se incluyen todos los tipos de células, pueden surgir funciones para la proporción fantasma. «Es probable que el 80 por ciento llegará al 100 por ciento», dice Birney. «Realmente, no tenemos ninguna gran porción de ADN redundante. Esta metáfora de la basura no tiene utilidad.»

Esperamos poder extendernos más acerca de este artículo-bomba de los investigadores de ENCODE en fechas futuras, pero, por ahora, nos limitaremos a observar que vindica de una manera pasmosa la predicción de la tesis del Diseño Inteligente de que el genoma llegaría a dar prueba de una funcionalidad en masa del llamado ADN «basura». Los investigadores de ENCODE usan palabras como «sorprendente» o «sin precedentes». Hablan acerca de cómo «el ADN humano es mucho más activo de lo que esperábamos». Pero, desde el paradigma del diseño inteligente, nada de esto es sorprendente. De hecho, es precisamente lo que se había predicho una y otra vez.

Este importante artículo representa también una contundente vindicación del libro de Jonathan Wells The Myth of Junk DNA [El mito del ADN basura]. Escribe él allí:

Lejos de componerse principalmente de basura que proporcione evidencia en contra de un diseño inteligente, nuestro genoma se está manifestando de forma creciente como un sistema integrado multidimensional en el que el ADN no codificante de proteínas ejecuta una amplia variedad de funciones. En todo caso, proporciona prueba en favor de un diseño inteligente. Sin embargo, incluso aparte de sus posibles implicaciones en favor del diseño inteligente, la defunción del mito del ADN basura promete estimular más la investigación de los misterios del genoma. Estos son unos tiempos apasionantes para los científicos dispuestos a seguir la evidencia adonde nos conduce.

(Jonathan Wells, The Myth of Junk DNA, pp. 9-10 (Discovery Institute Press, 2011).)

Aunque sin duda quedarán algunos irreductibles que seguirán defendiendo el concepto del «ADN basura» por razones filosóficas o ateológicas, este artículo constituye un golpe mortal para los argumentos en favor del ADN basura.



Fuente: Evolution News – Junk No More: ENCODE Project Nature Paper Finds “Biochemical Functions for 80% of the Genome”    5/09/2012
Redacción: Casey Luskin © 2012 - publicado en www.evolutionnews.org
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2012 - www.sedin.org publicado con permiso para http://www.culturadelcristiano.com/

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