Los científicos ya habían establecido que la función del RNA se iniciaba dentro del núcleo celular, consistiendo en copiar el mensaje genético del DNA y transportarlo al lugar donde en un lenguaje de aminoácidos debía este expresarse como proteínas (ribosomas)(Función del DNA y síntesis proteica). Hoy sabemos que esa era sólo una pequeña parte de su rol, y que existían muchas otras responsabilidades de diferentes moléculas del RNA que en ese entonces no se conocían. Es así como durante los últimos años los científicos comenzaron a reparar en la existencia de estas pequeñas moléculas de RNA, que por ser de menor tamaño habían sido subestimadas (La creciente complejidad del programa genético). Se trata de trozos pequeños de RNA, de tamaños que varían entre 21 a 38 nucleótidos, de los cuales ya se han descrito más de 500 estructuras diferentes, tanto en plantas como en animales e incluso en humanos. En todos ellos sus estructuras están perfectamente conservadas.

Poco a poco comenzaron los investigadores a interesarse en ellas, sorprendiéndose que algunas tuvieran la capacidad de intervenir e impedir la comunicación del mensaje genético, que el mismo RNA debe transferir a proteínas. A ellas se les denominó "RNA de interferencia" (RNAi), y por ello los autores, Craig C. Mello y Andrew Fire, obtuvieron el premio Nobel de Medicina en el año 2006 (El RNA mensajero es también guardián). Durante los últimos años han sido muchísimos los científicos que se han dedicado a comprobar la enorme versatilidad de estas pequeñas moléculas, llegando a demostrar que están involucradas en las más diversas funciones celulares. Así por ejemplo han comprobado que en plantas y también en los gusanos, participan como agentes inmunológicos protegiéndolos de ataques de virus o incluso actuando directamente como pesticidas. Tal era por ejemplo el caso de las abejas, a las que no sólo protegen actuando como insecticidas, sino también como antivirales. Más recientemente descubrieron que estas pequeñas moléculas de RNA podían salir de la célula y viajar por el organismo, llevando información vital para ayudar a otras células en otros órganos lejanos. Lo que es aún más asombroso, podían incluso trasladarse a otros organismos y, ya en su interior, actuar en favor de ellos (Collin Barras. NewScientist, Septiembre 13,2014, p 42.45).

Como comenzó a conocerse la historia del RNA de interferencia

Como sucede muchas veces en investigación científica, la primera señal de que el RNA poseía otros roles desconocidos fue el resultado de una experiencia fallida. En 1990 Richard Jorgensen y Joseph Mol trabajaban con petunias, tratando de incrementar el color púrpura de sus pétalos (fig. 1). Para ello, pensaron que lo lograrían introduciéndole un gene extra que sabían codificaba para el pigmento de color púrpura. Pero contrariamente a lo esperado, al introducirles el gene del pigmento púrpura, como una ironía, las petunias resultaban blancas. Es decir, no expresaban ningún color.

Estos resultados dejaron a los investigadores perplejos. Esperaban que al agregarles más genes purpuras, codificarían una mayor cantidad de este pigmento, por lo que esperaban que las petunias se tiñeran más intensamente de ese color. Más tarde otros científicos de la Universidad de Roma, trabajando con el hongo Neurospora crassa intentaron sobre producir el pigmento naranja que sintetiza este hongo, introduciéndole copias extra de genes involucrados en la producción de carotenos, que son los que le proporcionan el color naranja. Los resultados obtenidos fueron semejantes a los obtenidos con las petunias; inhibieron el color naranjo del hongo. Otros investigadores, trabajando no con flores sino con el gusano de tierra Caenorhabditis elegants, también comprobaron algo semejantes. Al agregarles un trozo de RNA, de estructura similar a un gene existente, resultaba en una menor actividad de este. Parecía que la co-supresión era un fenómeno que ocurría en general en todos los eucariotes (células con núcleos). De alguna forma sucedía que el RNA mensajero, portando una secuencia similar al de un gene ya existente, era destruido antes que pudiera expresarse en la síntesis de la proteína correspondiente.

Algunos años más tarde Andrew Fire del Carnegie Institute de Washington en Baltimore, junto con un equipo de la Universidad de Harvard, observaron que el bloqueo del gene se producía con mucha mayor intensidad, si el pequeño RNA se presentaba estructurado como una doble hebra. Frente a ella la célula reaccionaba como si este fuera un virus invasor e inmediatamente iniciaba su destrucción. Como es sabido, el genoma de muchos virus está formado por una sola hebra de RNA, pero este al invadir una célula, inmediatamente se las arregla para estructurar una copia complementaria a la suya, consolidando de este modo una doble hebra de RNA. Es esta la que la planta, el gusano o el hongo reconocía como ajena procediendo a destruirla. Allí estaba el porqué en la experiencia previa con petunias, se inhibía la producción del color purpura, al igual de lo que sucedía con otros genes de otras especies, como el del gusano o los hongos. Lo interesante es que no sólo destruía esa doble hebra de RNA, sino que además se guardaba la información para más adelante destruir cualquier nueva presencia de esa doble hebra de RNA con igual estructura. Es decir, al agregarle un gene extra, se le estaba agregando una copia de un gene que normalmente ya existía en su genoma. La reacción de la planta era destruir el RNA agregado, pero con ello también destruía su propio gene en su genoma. De allí entonces que los pétalos resultaran blancos.

En el caso de las infecciones por virus, el RNA de doble hebra es reconocido como ajeno y por ello el RNA de interferencia (RNAi) procede a su destrucción. Se ha ido conociendo que el mismo proceso actúa también sobre el RNA mensajero. Es así como se pudo identificar una enzima denominada DICER ("renovadora" en inglés) que actúa cortando el RNA de interferencia en trozos más pequeños, pudiendo ser estos de dos tipos: unos llamados micro RNA (miRNA) y otros aún más cortos, llamados pequeños RNA (siRNA) (Pequeñas moléculas de RNAS son capaces de anular genes). No está claro como ocurre la destrucción del RNA mensajero, pero los científicos creen que la enzima Dicer corta y presenta los pequeños trozos de RNA a otra enzima llamada Risk (RNA-Induced Silencing Complex), formando un complejo proteico que en definitiva destruye al RNA mensajero en el sitio indicado. Comprobaron que tanto los miRNA, como los siRNA eran capaces de degradar RNA mensajero (RNAm), impidiéndole llegar a expresar su mensaje (figura 2) (EI RNA de interferencia no es tan específico).

Muy pronto se pudo comprobar que la destrucción del RNA mensajero no sólo se producía en los genes de plantas, o insectos, sino también en animales e incluso en mamíferos. Ello ha despertado un enorme interés entre los biólogos ya que por esta vía visualizan una posibilidad cierta de actuar sobre un determinado gene, lo que abre un enorme campo de investigación. Actuando sobre un gene específico se podrían tratar las más diversas enfermedades genéticas, virales o incluso actuar en el cáncer, mientras que por otra parte, también se puede llegar a conocer la función específica de cada gene de los 20 mil a 30 mil que constituyen el genoma humano. Para ello se puede utilizar la rata como animal de experimentación (alrededor del 99% de las proteínas humanas tienen sus equivalentes reconocibles en la rata y viceversa). Mediante esta técnica se elimina un determinado gene en ratas, y luego se procede a observar que sucede en su ausencia en sus tejidos, ya sea desde el punto de vista metabólico o del funcionamiento de su organismo.(Pequeñas moléculas de RNAS son capaces de anular genes). (Ojo con el RNA de interferencia: no parece tan inocuo).

Mas recientemente se ha demostrado que no sólo los pequeños RNA son capaces de inhibir genes, también pueden activar genes. Long Cheng Li, Investigador de la Universidad de California, San francisco (UCSF), ha descrito una nueva calidad de un RNA corto, que pueden activar la función de un gene. Li describe que con un trozo corto de RNA ha logrado activar numerosos genes supresores de tumores, con lo que esto podría significar un arma interesante en la lucha contra el cáncer, lo que se lograría activando genes supresores de tumores (Science vol.341, págs. 721, 2006) (Pequeños RNAs, además de inhibir genes, pueden también activar genes).

Todas estas diversas acciones descritas para los pequeños RNA, de regular la expresión de los mismos genes que el RNA ha contribuido a sintetizar, han despertado un gran interés de los investigadores y la industria farmacéutica. En la actualidad se estima que son aproximadamente 100 las empresas farmacéuticas que en la actualidad están desarrollando investigaciones relacionadas con el RNAi. En el año 2000, se publicaron 18 trabajos relacionados con él (RNAi), y desde entonces el número ha ido aumentando en forma exponencial, de modo que en el año 2014, ya superaban los cientos de miles. Parece interesante destacar que estas moléculas de RNAi no están presentes en los organismos unicelulares, como son las bacterias, pero si aparecen en las células más complejas, que poseen núcleos, lo que sugiere que su aparición es relativamente nueva en la escala evolutiva. Tal vez el hecho de que los primeros trabajos destinados a conocer el código genético se realizaron en bacterias, pueda explicar que este tipo de RNA pequeño haya pasado desapercibido y que sólo ahora se haya reparado en su existencia e importancia.

El RNA de interferencia también viaja

Ya en 1997 David Baulcombe y Oliver Voinnet del Sainsbury Laboratory en Norwith, habían observado que las plantas, los genes silenciadores tenían una misteriosa habilidad para distribuirse en sus diferentes tejidos. Comprobaron que su ubicación no era exclusiva del núcleo de la célula, sino que incluso podía abandonarla y viajar hacia diferentes tejidos. Más sorprendente aún, "podían viajar entre distintos organismos" y en sus nuevas ubicaciones desempeñar diversas funciones, ya sea de defensa inmunológica o, inhibitoria de la expresión de genes ya existentes. Toda esta nueva área ha sorprendido a los investigadores, quienes han ido comprobando que estos desplazamientos eran frecuentes y aparentemente fáciles de realizar. En 1998, un equipo formado por Andrew Fire del Carnegie Institution de Washington en Baltimore, Maryland, y Craig Mello de la Universidad de Massachusetts Medical School en Worcester, encontraron que bastaba simplemente mojar en agua gusanos que portaban RNA de doble hebra, para que su RNA de interferencia se activara. Poco tiempo después Fire y su colaboradora Lisa Timmons, observaron que el RNAi también funcionaba si los gusanos los recibían a través de sus alimentos. Lo demostraron utilizando bacterias que habían sido genéticamente modificadas, incorporándoles el RNAi.

Quince años después ya estaba claro que en muchos invertebrados, desde gusanos a insectos, permitían que RNAi incorporado a través de su alimento, pudieran manipular sus propios genes. En un comienzo los investigadores se manifestaban desconcertados por este descubrimiento, ya que para ellos no tenía ningún sentido que el animal permitiera que su alimento modificara sus genes. "Obviamente a ellos les interesaban los nutrientes, y si esto afectaba su RNA no era su propósito", argumentaban otros. En todo caso si el alimento contenía una simple hebra de DNA no pasada nada. Pero si este llegaba como una doble hebra de RNA (que era más robusta) comenzaba su acción sobre el mismo gene en su genoma.

Lo que si estaba quedando claro para los investigadores, era que podría utilizar el RNA de interferencia para que actuara sobre sus genes y así, en el área vegetal, combatir malezas o enfermedades producidas por insectos dañinos. Una forma de conseguirlo era trabajar con plantas modificadas genéticamente, con el objeto que ellas fabricasen un RNAi específico. Hoy muchos equipos de investigadores están trabajando en ello. La empresa Monsanto es la que más ha avanzado en esta técnica. "Vemos esto como nuestro próximo objetivo y creemos que va a cambiar sustantivamente la agricultura" dice William Moar, un investigador de la empresa.

Desde hace algunos años Monsanto está produciendo maíz genéticamente modificado, a los que ha introducido un gene que produce un insecticida. Se trata del llamado insecticida Bt, con lo que ha conseguido aumentar su rendimiento, pero en el último tiempo los ambientalistas han estado manifestándose en contra, ya que el insecticida, persistiendo en la tierra, podría afectar a otras especies (Incrementa la cosecha por ingeniería genética). En respuesta a ello la empresa ha creado una cepa de maíz que produce un RNA de doble hebra destinado a combatir un gene esencial del gusano que infecta sus raíces. En un par de años esta semilla modificada genéticamente saldrá a la venta con el nombre de SmartStax Pro. El entusiasmo de Monsanto con esta nueva semilla se justifica ya que el RNAi atacaría el gene del gusano, lo que sería ambientalmente inocuo, evitando así que la planta produjera su propio insecticida químico que podría persistir en el ambiente y dañar a animales o incluso a humanos. Evidentemente este RNAi que inactive al gusano es más amigable con el ambiente.

Mejor aún, esparcir el RNA como insecticida

Parecería que sería más simple usar el RNA directamente, sin necesidad de manipular genéticamente las semillas. Ello sería el ideal para los que comercializan sus productos, enfatizando que son 100% naturales. Es decir, es posible actuar sobre el gusano esparciendo el RNA, como un insecticida. Hasta hace poco tiempo esto era impracticable por el alto costo de producir RNA de doble hélice. "Se pueden adquirir por 600 dólares por un kit que contuviera 2 miligramos de RNA de doble hebra y con ello mataría a lo sumo a 20 insectos", afirmaba Wayne Hunter, investigador de Beelogist, una empresa americana que trabaja en ello. Pero a partir del año 2009 ya será una realidad que esta misma empresa desarrolle un método mucho más barato para producirlo. "Este fue el año del cambio de la entomología", afirma Hunter, que trabajaba en Beelogist, antes que fuera adquirida por Monsanto en el año 2011.

Pero aún más: el RNA podría usarse en invertebrados como una vacuna. El mismo equipo Wayne Hunter ha tratado de crear un RNA directamente contra los virus. Con ello pretende evitar específicamente el colapso de las abejas que se ha estado afectando los procesos de polinización en diferentes países (Crisis de polinizadores en Europa y Estados Unidos). El sistema funcionaría en la siguiente forma: alimentar a las abejas con una solución de azúcar que contuviese además los RNAs que las ayudarían a derrotar la infección viral, lo que se podría utilizar para proteger diferentes especies de insectos. Es así como se ha utilizado para proteger de infecciones virales de otros insectos, como son los gusanos de seda, o infecciones virales que han afectado también el cultivo de camarones del pacífico. Sin embargo muchos investigadores no están seguros que sea inocuo usar el RNAi para combatir los insectos. "Pretender usar estas tecnologías como pesticida en esta etapa, sin conocer los posibles efectos colaterales, sería tan simplista como cuando se comenzó a utilizarse el DDT en los 1950, señaló el US National Honey Bee Adviceroy Board.

Es muy cierto que aún hay muchas preguntas que no tienen respuesta. ¿Hasta que punto estamos seguros que los RNAs van a afectar sólo a determinadas especies? Si con un RNA se intenta matar una especie de insecto ¿se van a afectar también otras que hayan sido expuestas?.

Y si el RNAi funciona en los insectos que lo consumen en su alimento, ¿se podría estar tranquilo que no afectaría a los humanos? Un trabajo reciente publicado en el 2011 sugiere que este podría ser el caso, ya que se han encontrado fragmentos de RNA en sangre humana provenientes de algunos vegetales y cereales y ellos se han demostrado capaces de cambiar la expresión génica de células de mamíferos cultivadas in vitro. Sin embargo otros estudios sugieren lo contrario. Es así como diversas experiencias señalan que es difícil lograr la actividad del RNAi en mamíferos. Las dobles hebras largas que funcionan en invertebrados, no funcionan en mamíferos. Para lograrlo es necesario que previamente sean cortadas en el interior de la célula hasta siRNA. Incluso en humanos no funcionan aún inyectándolos directamente en el torrente sanguíneo. Por ello parece que al menos no sería peligroso para los mamíferos el uso de RNA como pesticidas.

En todo caso en mamíferos las células generan siRNA, pero en mucho menor cantidad que en las plantas o gusanos. Sin embargo generan también microRNA (miRNA) pero en cantidades similares. Estas moléculas también regulan la expresión génica (New Scientist, 28 Junio 2008, p44). Como el siRNA, ellas también se pueden movilizar fuera de la célula. En numerosos estudios, se han detectado pequeñas cantidades de miRNA en sangre humana, como también en la leche materna, semen y orina.

Temor de mensajes ocultos

¿Pero estos miRNA pueden en mamíferos trasportar mensajes entre las células como lo hacen los siRNA en las plantas o gusanos? La creencia actual es que no, por la sencilla razón de que están en muy pequeñas cantidades. "Aun dentro de la célula se necesita una alta concentración de miRNA para que puedan tener algún efecto", dice Erik Miska, investigador que estudia estos RNA en la Universidad de Cambridge. Una hipótesis generalizada es que estos miRNA pueden encontrarse en estos fluidos orgánicos simplemente porque las células que los forman han envejecido o han fallecido, expulsándolos al exterior. En otras palabras, ellos serían simple desechos.

Pueden ser desechos, pero aun vagando puede que como los siRNA que viajan por los tejidos de las plantas, lleven mensajes de las células en que se formaron. Y aun cuando estos mensajes sean demasiados sutiles como para ser oídos por otras células en nuestro organismo, nuevas sofisticadas tecnologías podrían finalmente pesquisarlos. "Si alguna información hubiera dentro de estos microRNA, ella podrían ser una importante herramienta diagnóstica", dice Miska.

Pocas dudas hay que estos RNA vagos o exRNA (RNA extracelulares) como se llaman ahora, tengan una gran potencialidad de llegar a futuro revolucionar la agricultura y de paso ayudar a la conservación de los insectos. No sería raro que ya comenzaran a tener un gran impacto en medicina. En base a ellos se ha estado ensayando una vacuna para combatir la epidemia de ébola en África.

*Para saber más: Collin Barras: The wander stauff. New Scientist 13 Septiembre 2014, p 42-45.