Una larga historia de investigación permitió ir esclareciendo la génesis y desarrollo de la vida en el planeta Tierra. Para ello fue importante descubrir previamente el código que esta molécula utilizaba para trasmitir su mensaje; "el código genético" (EI código genético). Mediante él se llegó a conocer el mensaje que esta venía trasmitiendo a través de los tiempos. Paulatinamente se fueron conociendo los detalles, comprobando que encajaba con las partículas de la herencia que Mendel había descrito cien años antes (los genes) (Las leyes de Mendel a la luz de la genética actual). Estos constituían trozos de esta larga molécula (DNA), que se guardaban en el núcleo de cada una de las células de una planta, un gusano o un mamífero (A cincuenta años de la molécula de la vida).

Fue así como se llegó a conocer el funcionamiento de todo el sistema. Cada gene transfería su información a otra molécula (RNA mensajero), para que, en el citoplasma de cada célula, en los ribosomas, se iniciase la síntesis de miles de proteínas, las que en definitiva eran quienes debían ejecutar las complejas instrucciones que el DNA portaba.

Se comprobó que cada especie viva guardaba su propia información y que esta era proporcional a su complejidad. Al total de la información genética se le denominó "genoma" (una combinación de dos palabras: gene y cromosoma). Es así como cada especie vegetal o animal, contenía su propio genoma.

El genoma humano es el más largo y complejo (El genoma humano: el gran hito de la biología). Costó un largo período de tiempo (siete años) para llegar a editarlo (secuenciarlo enteramente). El proceso se completó en junio del año 2000. Fue así que se pudo comprobar que estaba constituido por 3.200 millones de pares de bases (adenina-timina y guanina-citosina), con aproximadamente 21.000 genes guardados en 23 pares de cromosomas (hasta hace algunos años se pensaba que el ser humano debería tener entre 30.000 y 100.000 genes). Curiosamente dentro de la larga molécula de DNA, los genes solo constituían el 1.5% de su estructura. El resto (98.5%), estaba constituido por largas secuencias repetitivas de bases, o pequeños trozos de DNA que posteriormente se les fue comprobando funciones regulatorias en la expresión de los genes. Con todo, Aún queda por dilucidarse por qué persiste esta larga estructura del DNA, cuya función aparentemente no está totalmente esclarecida (Nuevas interrogantes del DNA basura). Es curioso que el porcentaje de DNA que no codifica proteínas, se relaciona con la complejidad de cada organismo. A mayor complejidad, parece existir mayor cantidad de DNA que no codifica proteínas. De hecho, el genoma humano es el que tiene mayor cantidad de DNA que no codifica proteínas (figura 1) (La creciente complejidad del programa genético).

Con posterioridad se ha ido descifrando (editando) los genomas de muchas otras especies, comprobando que no sólo del DNA es común para todas ellas, sino también la estructura de sus genes. Así, por ejemplo, sorprende que el 60% de los genes de la mosca de la fruta sean similares a los genes de la especie humana. Del mismo modo el 90% de los genes de la rata son también similares a los nuestros y que nuestros genes solo se diferencia en un 1% de los genes del chimpancé (Consideraciones después del genoma).

Más allá de la sorpresa, se ha ido conociendo que la gran diferencia que se aprecia en el genoma de las distintas especies, no está en el número de genes, sino en la forma en que los genes actúan y como ellos van armónicamente interviniendo en cada una de las células. Genes aparentemente iguales se combinan en forma diferente para producir diferentes proteínas, las que, en definitiva, actuando entre sí, logran la expresión de factores fenotípicos diferentes. Así por ejemplo la diferencia del genoma de un ser humano con respecto a otro, es sólo del 0.1%, pero sus diferencias físicas, biológicas y fisiológicas de cada ser humano son propias de cada uno. Muy posiblemente, genes aparentemente, iguales deben combinarse para producir más de una proteína, las que interactuando entre si logran la expresión de factores fenotípicos, biológicos o de personalidad muy diferentes. Desde luego se sabe que cada organismo complejo tiene muchas más estructuras proteicas que genes, con lo cual habría que concluir que en ellos un mismo gene participa en la codificación de varias proteínas diferentes.

La salud, la enfermedad y los genes

La mayor parte de las características de cada persona son definidas, al menos parcialmente, por los genes (la altura, el aspecto físico, la inteligencia, el carácter, la actividad metabòlica, etc.). También la salud y la enfermedad, en gran medida se relacionan con ellos (Genes, el genoma y la enfermedad).

Durante las últimas décadas se han descrito más de 3000 enfermedades diferentes cuya causa radica en la alteración de un solo gene, afectando su función y llegando a producir una proteína que resulta anómala en su estructura que no cumple su función metabòlica normal, lo que se exterioriza en una enfermedad. Generalmente la base de esta anomalía está en el cambio de un par de bases del DNA (mutación) en un gene específico, lo que se traduce en que el mensaje necesario para estructurar la respectiva proteína cambia un aminoácido por otro, alterando su función. Si esta proteína anómala es una enzima puede bloquearse una vía metabólica y expresarse fenotípicamente como una enfermedad. A estas enfermedades, que son muchas, pero poco frecuentes, se las ha denominado "enfermedades monogenéticas (Progresos de la genética en las enfermedades). En algunas ya se ha individualizado el gene culpable, e incluso se conoce en que parte de dicho gene se ubica la mutación que altera su función.

También otras enfermedades más frecuentes, como la diabetes, la hipertensión, la obesidad, las afecciones cardíacas o el cáncer, tienen una base genética. Pero en ellas son varios los genes comprometidos, lo que hace menos evidente su etiología genética, más aún si en la expresión de los genes influyen también factores ambientales. Ellas se denominan "enfermedades poli-genéticas" en la que se hace más difícil individualizar el verdadero rol de la combinación de genes específicos contribuyentes.

La creciente comprobación que tanto la salud, como el crecimiento, la madurez, la vejez y las enfermedades (mono o poli-genéticas) son dependientes directamente de la actividad de los genes, ha despertado un enorme interés, ya que se vislumbra como posible llegar a intervenir con gran precisión en la estructura de los genes y consecuentemente en su expresión. (Ya parece ser una realidad la microcirugía de genes). En ellas se abre a futuro una real posibilidad tanto en su prevención, cómo en su tratamiento (Genes, el genoma y la enfermedad).

Cómo conocer la función de cada gene

Ya se ha llegado a un consenso: el genoma humano está formado por aproximadamente 21.000 genes y de ellos depende la salud y las enfermedades, como también el desarrollo de sus características físicas y fisiológicas de cada individuo. El próximo paso es más provocador: llegar a cambiar las funciones de los genes, con el objetivo de prevenir esas enfermedades o al menos cambiar el curso de ellas. Sin embargo, ello involucra el riesgo de producir cambios no deseados que pueden afectar a las células germinales. Ello conlleva a profundas consideraciones éticas, ya que estos no sólo afectarían a las personas, sino a la especie humana. Si el cambio alcanzara a células germinales estos se incorporarían al genoma y se traspasarían a las nuevas generaciones.

En todo caso los potenciales beneficios para la salud serían enormes. Para llegar a ello, previamente se necesitaría conocer con exactitud la función de cada gene. En las primeras etapas los investigadores han estado tratando de modificar genes, pero con métodos muy poco precisos, lo que ha conducido a resultados confusos, con resultados que no logran ser reproducibles.

Las investigaciones se han estado realizando en ratas, dado que el 90% de sus genes son similares o muy parecidos a los genes de la especie humana. En un comienzo estas se limitaban a estudiar que sucedía en ellas cuando se alteraba al azar su DNA, ya fuera que se hubiesen producido en ellas mutaciones naturales, o porque estas hubiesen sido sometidas previamente a aplicaciones químicas mutagénicas, pero sin saber exactamente que gene se había afectado. En la actualidad, los investigadores en lugar de tratar de averiguar a ciegas a que función corresponde a cada gene, han invertido la pregunta y tratan de observar que sucede en el organismo de la rata, o en alguno de sus órganos o tejidos, si bloquean (knock-out) la función de un determinado gene (Conocer la función de un gene por su ausencia).

Quienes lideraron esta nueva y exitosa estrategia fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en el año 2007. Se trata de tres investigadores: Mario Cappechi, del Haward Hughes Medical Institute de la Universidad de Utha en Salt Lake City, Oliver Smithies, de la Universidad de California y Martin Evans de la Carduff University en Inglaterra. La técnica empleada se la conoce con el nombre de "ratas Knock-out", la que se ha difundido en los últimos años siendo utilizada por diversos grupos de investigadores.

Mediante estas investigaciones se logró conseguir ratas en las que un determinado gene fuese bloqueado en todas sus células. Para lograrlo inyectaron células madres en un ovulo fertilizado, estando este en la etapa de blastocito, las que previamente habían sido sometidas al bloqueo de un gene (Knock-out) (figura 2). Con ello lograron que el 60% de las ratitas que nacían presentaran ese gene bloqueado. Posteriormente, en la etapa adulta, cruzaron entre si las ratas que habían nacido con el gene bloqueado, logrando una nueva cepa de ratas que poseían el bloqueo de un gene en todas sus células (figura 2).

Habiéndose demostrado que la técnica funcionaba, pronto cada biólogo quiso disponer de una cepa de lauchas en el que el gene de su interés estuviese absolutamente bloqueado ("ratón knock-out"). El tiempo ha transcurrido y mediante esta tecnología se fueron logrando cepas de ratitas con el bloqueo de gene. En la actualidad ya se ha conseguido bloquear en ratas, 11.000 genes diferentes. Aun cuando el proceso es largo y costoso, los investigadores han podido ir observando que anomalías se observan en su organismo en cada caso, ya sea desde el punto de vista morfológico, como también metabólico (Science 30, año 2006).

Nueva técnica, más precisa y Barata (CRISPR)

Recientemente ha surgido una nueva tecnología que permite localizar un determinado gene con gran precisión dentro del genoma, y desde allí modificar su estructura a voluntad; activándolo, desactivándolo o incluso reemplazándolo. Se trata de una proteína, que no es nueva, ya que la poseen normalmente las bacterias para defenderse del ataque de los virus llamados bacteriófagos que pueden destruirlas. Ella se ha extraído de las bacterias y se le ha llamado Cas9. Esta proteína, unida a un trozo de RNA específico que la guía, permite ubicar el gene deseado dentro del genoma y actuar sobre él con gran precisión. Se identifica con la sigla CRISPR, que corresponde a un acrónimo de un complicado nombre inglés (clustered regularly interpaced short palindromic repeats). El conjunto se ha denominado CRISPR-Cas9 y en la actualidad parece estar revolucionando el mundo de la biología (figura 3). La editorial de la revista Science reconoce que su descubrimiento ha sido el más trascendental avance de los últimos años.

De acuerdo a lo logrado hasta ahora se puede asumir que mediante ella se logrará llegar a conocer, cada uno de los 21.000 genes que posee la rata. En base a ello se podrá disponer de antecedentes necesarios para proyectar los hallazgos a lo que ocurre en las enfermedades, no solo mono genéticas, sino también las enfermedades degenerativas del adulto, como el cáncer, la ateroesclerosis, el Alzheimer, la distrofia muscular, el Parkinson etc. Todo ello con mayor especificidad, en menor tiempo y a menor costo que lo logrado con la técnica desarrollada a partir de células embrionarias (figura 4).