ARTÍCULOS: LOS SECRETOS DE LA VIDA

 

 

 

 DOMINGO, 14 DE JULIO DE 2002

 

LOS SECRETOS DE LA VIDA    1. EL GENOMA


Una gran biblioteca con las instrucciones de la vida

JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE /ÁNGEL RAYA / DIEGO RASSKIN Las células madre, la clonación, el genoma humano. Se están poniendo los cimientos de una revolución biomédica. Juan Carlos Izpisúa, Diego Rasskin y Ángel Raya (en la foto), investigadores del Instituto Salk, en California, escriben para EL PAÍS una serie de nueve capítulos para divulgar cada domingo los secretos de la nueva biología.

 

El código genético es la lengua viva de todos los organismos que pueblan o han poblado este planeta desde hace casi 4.000 millones de años

 

Con el Proyecto Genoma Humano hemos abierto la biblioteca completamente y leído los libros o genes. Pero aún no tenemos claro ni cuántos libros hay


El chico se parece al padre, tiene los ojos del abuelo materno y las manos del abuelo paterno, las orejas y los labios tienen el dibujo de la madre y la sonrisa, del padre. Es genética. Para que la vida posea continuidad en el tiempo, es necesario transmitir la información de padres a hijos para que pueda reconstruirse de modo semejante. La herencia de caracteres de generación en generación es producto de la transmisión de la información genética, agrupada en el genoma, el conjunto de genes que proporcionan los manuales de instrucción para el ensamblaje de proteínas.

La genética tuvo su arranque con los trabajos de Gregor Mendel a mediados del siglo XIX y el año pasado alcanzó uno de sus hitos con la publicación de dos borradores del genoma humano. La secuenciación de este genoma es un gran logro científico de nuestro tiempo, aunque está lejos de ser la promesa de curación final de todas las enfermedades, como ha sido a veces presentado en los medios. La curación de enfermedades debe atender todos y cada uno de los distintos elementos que propician su aparición: la genética, el desarrollo, la nutrición y otros condicionamientos sociales.

La importancia de los trabajos de Mendel radica en haber puesto en relación estadística un hecho sobradamente conocido: los caracteres que definen a un individuo (por ejemplo el color del pelo, el color de los ojos o el de la piel) son hasta cierto punto independientes unos de otros y parecidos a los de los padres. La independencia de los caracteres en su paso de padres a hijos significa, razonó Mendel, que estos deben, de algún modo, depender de estructuras separadas, que más tarde se dieron en denominar genes.

Para comprender en mejor medida la relación entre gen y carácter fue necesario recurrir a una herramienta metodológica que revolucionó a la biología: el estudio de las mutaciones naturales y la inducción artificial de las mismas desarrollada principalmente por Thomas Morgan en la mosca del vinagre. Gracias a esta herramienta experimental se confirmó la relación entre gen y carácter, si bien Morgan no sabía cuál era la naturaleza de los genes. Más adelante, las investigaciones de Oswald Avery confirmarían que era una molécula denominada ADN (ácido desoxirribonucleico), y no las proteínas, la encargada de transmitir la herencia. Esto llevó, en los años cincuenta, al descubrimiento de la estructura tridimensional del ADN, la famosa doble hélice, por Jim Watson y Francis Crick. Más tarde, Sydney Brenner descubrió la existencia del ARN, molécula intermediaria entre el ADN y las proteínas.

El siguiente paso de gigante consistió en descifrar el código genético, lo cual ocurrió en 1966 por los trabajos de Marshall Nierenberg y Heinrich Matthei, quienes dilucidaron la relación entre la secuencia de bases del ADN y la secuencia de aminoácidos de la proteína. Más tarde, François Jacob y Jacques Monod abrieron el camino al estudio de cómo funcionan y cómo están organizados los genes.

Severo Ochoa, una de nuestras más ilustres personalidades científicas, contribuyó al desciframiento del código genético y sintetizó ARN por primera vez en un tubo de ensayo. El código genético es la piedra Roseta universal de la vida, presente en todos los reinos del mundo vivo, desde bacterias hasta animales, lengua viva de todos los organismos que pueblan o han poblado este planeta desde que surgió la vida, hace casi 4.000 millones de años.

Como la biblioteca de Borges

Imaginemos, como hizo Borges, una extensa biblioteca en donde existen libros que tienen sentido, libros que podrían tenerlo y libros que son combinaciones al azar de letras. Imaginemos todo ello dentro del núcleo de una célula con un diámetro de una micra, una milésima de milímetro. Eso es el genoma. Ahora multipliquemos esta extensa biblioteca decenas de billones de veces, una por cada una de las células de un organismo como el de los humanos. Esa es toda la información genética existente dentro de un ser humano.

Los libros de estas bibliotecas son los genes y su contenido lleva las instrucciones para el ensamblaje de las proteínas. Cada biblioteca tiene una serie de bibliotecarias encargadas de ir a buscar libros, fotocopiarlos, abrir las estanterías, cerrarlas, reparar libros rotos, etcétera. Estas bibliotecarias son proteínas especializadas que reciben nombres como ADN polimerasa, ARN polimerasa, helicasa, ligasa o recombinasa. Además hay otras bibliotecarias que permiten el acceso a unos libros y no a otros: son unas proteínas llamadas factores de transcripción, que llevan una llave para abrir las cerraduras que permiten el acceso a los libros. Estas cerraduras son cruciales, están formadas por secuencias específicas de ADN y se denominan secuencias reguladoras.

Cada vez que la célula necesita una proteína, es necesario ir a buscar estos manuales a su biblioteca particular para poder fabricarla. La organización de esta biblioteca es muy eficaz, en unas estanterías que llamamos cromosomas. Cada uno de ellos está formado por una larga cadena de ADN empaquetada y plegada de manera increíble sobre unas proteínas denominadas histonas.

Genes específicos

Dependiendo de su ubicación dentro del cuerpo, cada célula traducirá unos genes específicos, típicos del tejido al que pertenece. Por ejemplo, si es la célula de un músculo expresará grandes cantidades de las proteínas actina y miosina, y si es parte de un tendón expresará fundamentalmente colágeno. Esta especialización es conseguida por las células durante el desarrollo embrionario. Pero, ¿cómo sabe la célula qué proteínas puede expresar y cuáles están fuera de sus posibilidades? La clave está en las secuencias reguladoras y en los factores de trascripción, que son capaces de reconocerlas.

Volvamos a nuestra biblioteca. Todos sus libros se encuentran normalmente bajo llave, para evitar que se puedan leer todos a la vez, lo cual supondría un caos total. Para que todo funcione correctamente, las proteínas bibliotecarias tienen que actuar de manera concertada. Por un lado, las ARN polimerasas están esperando para engancharse a una secuencia de comienzo de trascripción de un gen, cosa que harán si la cerradura de la secuencia reguladora está abierta. De eso se encargan los factores de trascripción, que actúan como si fueran cerrajeros, capaces de reconocer una secuencia reguladora específica y, al unirse a ella, abrirla. Una vez abierto el cerrojo, la polimerasa ya puede engancharse y empezar la lectura del libro, copiándolo a una cadena simple de ARN que será exportada fuera del núcleo para su traducción (veáse gráfico).

El genoma cumple, por tanto, dos cometidos principales. Por una parte proporciona las instrucciones para la fabricación de proteínas, condicionando el desarrollo y funcionamiento de un organismo. Por otra, el genoma actúa como un almacén de esta información que se transmite a la descendencia. La continuidad de la vida depende de la reproducción fidedigna de todo el contenido del genoma. La evolución de las especies depende, en parte, de los errores que ocurren naturalmente (mutaciones) que se cometen durante la replicación del ADN y son transmitidos a la descendencia. Estas mutaciones ocurren por errores en la duplicación que, aunque deben ser reparados por proteínas especializadas que patrullan las cadenas de ADN para verificar que la copia está bien hecha, en algunas ocasiones esta reparación falla.

Con todo, el ADN no es el integrante más importante del cóctel vital. Al contrario de lo preconizado por numerosos investigadores que presentan la historia de la vida como una mera lucha de los genes por sobrevivir (hipótesis del gen egoísta) quizá se ajuste más a la realidad un modelo de proteína egoísta (o fenotipo egoísta), en el cual la evolución ha encontrado un ingenioso método que permite conservar la información para fabricar proteínas usando el ADN.

Mucho camino por recorrer

Para finalizar, volvemos sobre el Proyecto Genoma Humano, que ha supuesto un gasto de fondos públicos y privados sin precedentes en la historia de la biología. Tras su finalización, ya disponemos de la información lineal contenida en el genoma. Hemos abierto la biblioteca completamente y leído los libros. Pero los hemos leído de un tirón, sin tener claro dónde empieza uno y acaba otro. Tampoco tenemos claro cuántos libros hay.

Nos queda un enorme esfuerzo para llegar a entender los mensajes contenidos en estos libros. La forma en que esto se está intentando resolver es mediante técnicas de bioinformática. En cierto sentido, se está intentando entrenar a ordenadores para que se comporten como una célula e interpreten la secuencia del ADN. La información que se ha recopilado con los genes que ya conocemos (dónde empiezan y acaban, en qué situaciones se expresan, etcétera) se está introduciendo en los ordenadores en forma de ejemplos, para que ellos busquen luego en el genoma casos parecidos.

Los avances realizados en este sentido son prometedores y nos permiten prever que en un futuro cercano entenderemos cómo una célula lee el ADN. Nos quedará entonces saber qué pasa con las proteínas codificadas por cada gen, con qué otras interaccionan y qué se deriva de esas interacciones, cómo consiguen formar estructuras que acaban generando una célula, cómo las células interaccionan entre sí y forman estructuras dinámicas que acaban generando tejidos y órganos, cómo los tejidos y órganos acaban formando un organismo que funciona de forma integrada y exquisitamente regulada. Y cómo a veces este equilibrio se rompe y aparece la enfermedad.

La secuenciación del genoma nos ha situado un paso más cerca de encontrar estas respuestas.

Activitat sobre l’article del genoma.

  1. Què  creus que són segons el paper que fan, la: ARN polimerasa, helicasa, ligasa, a més de proteïnes?
  2. Explica en què consisteix la transcripció i la traducció des de el punt de vista genètic.
  3. Fes un resum de l’article i un comentari o conclusió. (extensió entre una i dos cares d’un full)

 

 

LOS SECRETOS DE LA VIDA    1. EL GENOMA
Una gran biblioteca con las instrucciones de la vida


Nuevos animales, nueva medicina
LOS AVANCES de la genética han permitido el desarrollo de una serie de técnicas cuya aplicación puede llegar a tener importancia social y económica. Veamos sus más importantes áreas de aplicación. - - TERAPIA GÉNICA. Es el tratamiento de enfermedades mediante la transferencia de material genético. La técnica se basa en introducir en las células enfermas material genético del que carezcan o que reemplace al dañado. Esta técnica produjo un gran interés en los años noventa al despertar la esperanza de que muchas enfermedades podrían ser tratadas con ella. Pero la mayoría de dolencias genéticas son causadas por varios genes, y en la actualidad sólo se mantiene como técnica prometedora para las enfermedades provocadas por la alteración de un solo gen o para las formas intratables de cáncer. En estos momentos se llevan a cabo en EE UU más de 500 ensayos clínicos de terapia génica en enfermedades como la fibrosis quística, la hemofilia, varios tipos de anemia y, sobre todo, el cáncer, que suma el 70% de los ensayos. - - TRANSGÉNICOS. Son animales o plantas a los que se ha introducido un gen exógeno, es decir, perteneciente a otro individuo de una especie difererente o creado mediante ingeniería genética. El primer animal transgénico, logrado en los años ochenta, fue un ratón al que se introdujo el gen de la hormona del crecimiento humano y resultó un ratón gigante. Desde entonces se han generado conejos, ratas, cerdos, cabras, vacas, ovejas y pollos transgénicos. Estas técnicas se utilizan también en agricultura para crear variedades nuevas que presenten ventajas comerciales, como plantas resistentes a parásitos o que puedan crecer en terrenos salinos. También puede hacerse que un animal segregue proteínas en la leche para ser utilizadas en el tratamiento de enfermedades. Aunque la manipulación genética de plantas y animales despierta temor en la opinión pública, cabe recordar que la humanidad viene seleccionando variedades desde que aprendió a cultivar y domesticar. La transgénesis sólo acelera este procedimiento.

 


DOMINGO, 21 DE JULIO DE 2002

LOS SECRETOS DE LA VIDA    2. LA CÉLULA


La acaparadora estrella de la película de la vida

JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE /DIEGO RASSKIN / ÁNGEL RAYA

Puede que esté formado por una sola, como las bacterias, o por 75 billones, como el ser humano, pero cualquier organismo vivo de la Tierra tiene este mínimo denominador común: la célula. Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Diego Rasskin y Ángel Raya, destacados investigadores del Instituto Salk (California), tratan de la célula y sus capacidades en el segundo capítulo de la serie Puede que esté formado por una sola, como las bacterias, o por 75 billones, como el ser humano, pero cualquier organismo vivo de la Tierra tiene este mínimo denominador común: la célula. Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Diego Rasskin y Ángel Raya, destacados investigadores del Instituto Salk (California), tratan de la célula y sus capacidades en el segundo capítulo de la serie

La vida en la Tierra presenta una variedad sorprendente, tanto de formas como de funciones. Sin embargo, hay una característica común a todas las formas de vida conocida: desde las ubicuas bacterias hasta los mamíferos, pasando por las plantas, los organismos vivos están formados por células.

Entre la vida y la muerte de un organismo, la célula lo hace todo: edifica, repara, controla, cambia, regula, sincroniza, informa, ordena... Debido a su papel clave en la organización de un organismo, las células son, a la vez, blanco y escudo protector en la mayoría de las enfermedades, produciendo tumores cuando se dividen indiscriminadamente, o protegiéndonos de los agentes patógenos por medio del sistema inmune.

Las células forman la estructura íntima de los organismos pluricelulares, actuando como módulos que se entrelazan para construir los distintos órganos y tejidos. Pero las células, individualmente, poseen una limitada variedad de comportamientos: pueden quedarse en reposo, dividirse, migrar o morirse. Las células también se diferencian, es decir, se especializan para llevar a cabo tareas muy determinadas. Un gran enigma de la ciencia moderna es entender cómo las células, con estas opciones aparentemente limitadas, consiguen formar estructuras tan complejas y diversas como un brazo, un corazón o un ojo.

La célula, unidad fundamental de la vida, cumple los requerimientos esenciales de los sistemas vivos. ¿Cuáles son estas características?

La vida es acción. La vida es un proceso de múltiples mecanismos en constante renovación y en continuo equilibrio con el medio. Sus misterios están guardados celosamente en los profundos secretos de su organización, donde moléculas y reacciones químicas danzan al ritmo impuesto por la dinámica de millones de años de procesos evolutivos. Hay una serie de características fundamentales que conjuntamente contribuyen a definir la vida: la autoorganización, la estabilidad, la reproducción y la utilización de energía externa (ver recuadro). Todas esas características pueden encontrarse por separado en la naturaleza en diversos fenómenos físicos y químicos, pero es su combinación lo que define a los seres vivos.

La vida en la Tierra está basada en el carbono. Junto a este elemento, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno son los átomos básicos, en torno a los cuales se han organizado los componentes celulares. El carbono forma multitud de cadenas y anillos, junto con el oxígeno y el nitrógeno, para construir el esqueleto de las moléculas fundamentales de la vida: los azúcares, las grasas y las proteínas. Todos estos tipos de moléculas se utilizan tanto como fuente de energía para las células como para construir sus componentes básicos.

El agua, por su parte, ha desempeñado un papel determinante en la evolución de la vida en la Tierra: la vida se originó en el agua y sigue transcurriendo dentro de ella. Aunque muchos organismos hayan conquistado el medio terrestre, un tejido vivo posee un volumen medio de agua de entre el 75% y el 80%, y la gran mayoría de las reacciones químicas dentro de un organismo ocurren en un ambiente acuoso.

Todos los seres vivos están formados por células. El debate sobre si los virus, plásmidos y priones (proteínas que actúan con propiedades víricas y producen enfermedades como la de las vacas locas) pueden considerarse seres vivos no está definitivamente cerrado, pero dado que su reproducción depende de la célula a la que infectan, la mayoría de científicos no los considera como tales.

Entre una sola y billones

Algunos organismos, como las bacterias, sólo poseen una célula, mientras que otros, como los animales, poseen números astronómicos (un humano tiene alrededor de 75 billones). Además de esta distinción entre organismos de una o más de una célula, hay una distinción aún más importante que divide a los organismos en dos grandes grupos: los procariotas y los eucariotas.

De los cinco reinos de la naturaleza, el de las bacterias (denominado Monera) posee células de organización más simple que los demás; por ello, al reino Monera se le denomina procariota (células primitivas). Su material genético se encuentra empaquetado en un único cromosoma y en contacto con el resto de los componentes moleculares de la célula.

Los otros cuatro reinos (que agrupan a los organismos unicelulares con núcleo, las plantas, los hongos y los animales) se reúnen bajo la denominación de eucariotas (células verdaderas). Tienen un núcleo rodeado de membrana (donde reside el material genético, que queda así aislado del resto de los componentes de la célula) e incorporan or-gánulos en su citoplasma.

Uno de los problemas fundamentales de la biología es comprender cómo a partir de una célula inicial (el ovocito fecundado o cigoto) se forma un organismo pluricelular completo con toda su compleja estructura tridimensional. El ovocito se divide en dos células hijas, las cuales, a su vez, se dividen en otras dos, y así sucesivamente. Después de seis divisiones, ya ha pasado a tener 2×2×2×2×2×2=64 células. Después de 20 divisiones sucesivas, ¡el embrión tiene ya por encima del millón!

Las principales actividades

Si las células sólo se dividieran, sin más, lo único que se conseguiría es una masa celular amorfa. En vez de ello, gracias a una serie de procesos denominados morfogenéticos, las células logran generar una estructura coherente y funcional, con una organización espacial muy elaborada. Para ello, además de la división o proliferación, las células llevan a cabo otras actividades morfogenéticas: la muerte, la migración y la diferenciación. A ellas hay que agregar la propiedad de adhesión diferencial, que determina diferentes grados de cohesión para la formación de tejidos.

La división celular se conoce con el nombre de mitosis. Mediante este proceso fundamental se ha asegurado la continuidad de la vida desde la aparición de la primera célula hace más de 3.500 millones de años, y convierte a todos los seres vivos en miembros de una cadena común. La división celular en una célula con núcleo tiene que cumplir dos objetivos básicos: hacer que cada célula hija posea un juego completo de cromosomas y dotarlas de los orgánulos esenciales para que puedan llevar a cabo las actividades celulares normales.

La muerte celular es otro proceso fundamental. Puede producirse mediante la activación de un programa específico de autodestrucción (apoptosis) o por causas naturales de degradación molecular. La apoptosis tiene una importancia capital para el desarrollo correcto de los órganos en un embrión. El número de células que mueren durante la génesis del embrión es de hasta el 70% en algunas estructuras. Gracias a este proceso, los tejidos van formando muchos de los detalles de los futuros órganos, como si la naturaleza estuviese retirando células con la habilidad con la que un escultor cincela la piedra.

Por ejemplo, cuando la mano comienza a desarrollarse no hay dedos: el primordio embrionario es un agregado de tejido, formando algo parecido a una manopla. Los dedos aparecen como consecuencia de la muerte programada de miles de células situadas entre los futuros dedos. Diversas malformaciones en las que los dedos aparecen unidos por una membrana suceden cuando esas células no mueren.

Otra actividad celular es la migración. Las células de un embrión en desarrollo realizan viajes de increíble complejidad. Por ejemplo, el corazón se origina a partir de unas células de uno de los tres tejidos embrionarios llamado mesodermo, que migran hacia la parte media del embrión para formar el tubo cardiaco, que dará origen al corazón. Los axones de las células nerviosas o neuronas recorren enormes distancias dentro del embrión para llegar a situar sus prolongaciones en los lugares adecuados para su funcionamiento, tales como células musculares, células de la piel o células del epitelio intestinal.

Por último, los procesos de diferenciación celular hacen que las células, en un principio con la capacidad de dar lugar a cualquier tipo celular, vayan perdiendo esa capacidad hasta convertirse en un tipo específico. Este proceso se realiza de manera gradual desde los primeros estadios de desarrollo. La célula termina por expresar una serie de proteínas específicas y por mostrar una forma y función característica; por ejemplo, una neurona, un glóbulo rojo, una célula muscular del corazón o una célula de la piel. En la especie humana hay 250 tipos celulares distintos.

La actuación concertada y organizada en el tiempo y en el espacio de estos comportamientos celulares básicos (división, muerte, migración y diferenciación) permite tanto la correcta construcción de un embrión como el mantenimiento de un individuo a lo largo de su ciclo vital. Errores en estos procesos producen malformaciones en el embrión en desarrollo y enfermedades en el individuo adulto, tales como el cáncer. Esta enfermedad se produce cuando células de un tejido sufren transformaciones que pueden afectar a su diferenciación, a un aumento de sus tasas de crecimiento y proliferación, y a la invasión de los tejidos vecinos o de otros más lejanos a través del sistema circulatorio.

 

Desarrollo y crecimiento, regulación y enfermedad, son todos procesos que responden a los mismos mecanismos. La clave entre la vida y la muerte, el ser o no ser de la biología, reside en la puesta en marcha de estos mecanismos en el momento adecuado y en el sitio oportuno.

 

Las características del fenómeno vital

- AUTOORGANIZACIÓN. El fenómeno vital es un fenómeno dinámico, capaz de construirse a sí mismo, ensamblando módulos estructurales más básicos, desde moléculas hasta orgánulos, para construir células, tejidos y órganos. - ESTABILIDAD. A pesar de una actividad incesante de renovación y mantenimiento, los sistemas vivos gozan de una gran estabilidad frente al medio externo gracias a que todos sus componentes y niveles de organización se encuentran fuertemente integrados, lo cual se ha logrado por medio de un laborioso trabajo de ensayo y error a lo largo de la evolución. El aislamiento de estos componentes moleculares, que utilizan membranas celulares que permiten una comunicación dinámica con el exterior, ha favorecido esta integración de manera fundamental. - REPLICACIÓN. La replicación de los sistemas vivos les permite perpetuarse más allá de sí mismos, a través de su descendencia. En esencia, se trata de un proceso de conservación y transmisión de la información tanto de las moléculas hereditarias (el ADN) como de los componentes celulares. Gracias a las imperfecciones en la fidelidad de la reproducción, el fenómeno vital ha experimentado un cambio evolutivo incesante desde sus orígenes. - ENERGÍA. Todo ser vivo requiere energía para su mantenimiento. Para satisfacer estas demandas energéticas, la célula utiliza moléculas como la clorofila, capaz de captar la luz del Sol para generar alimento, y una multitud de proteínas especializadas (enzimas) que hacen posible las reacciones químicas del metabolismo celular.


LOS SECRETOS DE LA VIDA  3

La promesa de crear órganos humanos 'a la carta'

JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE /DIEGO RASSKIN / ÁNGEL RAYA

Las esperanzas que el uso de células madre ha abierto para el tratamiento de una amplia gama de enfermedades y las enormes dificultades, tanto técnicas como éticas, que quedan por resolver son explicadas por Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Diego Rasskin y Ángel Raya, que dedican buena parte de su tiempo en el Instituto Salk (California) a trabajar en esta prometedora línea de investigación

El debate sobre la investigación en células madre se ha recrudecido en los últimos meses. Se ha convertido en uno de esos temas sobre los que hay que tener opinión, como sucede con el aborto, el cambio climático, la situación palestina o la existencia de Dios. La opinión de la sociedad va a resultar clave porque de ella dependerá el tipo de investigaciones que se permita realizar en este campo.

Las especiales facultades de las células madre ofrecen un marcado contraste con la finitud y fragilidad de nuestros cuerpos. La regeneración de nuestros órganos enfermos, la puesta a punto de los cuerpos cansados, el reciclaje de nuestros componentes más íntimos son sueños que podrían empezar a tomar forma en el futuro gracias a estas células capaces de dividirse de manera incansable y de convertirse en los tipos adecuados para cada reparación.

La estrategia sobre el futuro uso de células madre para reemplazar tejidos dañados constituirá un tratamiento paliativo: no se combatirá la causa de la enfermedad, sino su consecuencia. La alternativa que ofrecen las células madre frente a otros tratamientos permitirá que el diabético haga su vida normal sin necesidad de insulina; que el enfermo de insuficiencia hepática, cardiaca o renal no dependa de la aparición de un donante compatible; que los síntomas del enfermo de Parkinson, de Alzheimer o de esclerosis múltiple mejoren o incluso se curen. Para que estas promesas se conviertan en realidad queda, sin embargo, mucho que andar. Por eso es necesario que no se apague el debate para llegar a un consenso sobre las bases científicas y éticas que permitan regular su uso.

Madre(s) sólo hay una

Una célula madre es una célula que cuando se divide es capaz de generar una célula igual a sí misma y otra diferente, más especializada. Esta definición, necesariamente vaga, engloba a cualquier célula madre, y las hay de muy diversos tipos. Una característica fundamental de las células madre es que pueden mantenerse (en el cuerpo o en una placa de cultivo) de forma indefinida. Puesto que al dividirse originan células idénticas a ellas mismas, siempre se mantiene una población de células madre. En otras palabras, son fuente inagotable de vida. Pero para entender exactamente de qué hablamos, a las células madre se les suele poner un apellido; así se habla de células madre embrionarias y de células madre adultas, dependiendo de su origen y su grado de especialización.

La célula madre por excelencia, la madre de los billones de células que forman un organismo, es el zigoto, que se forma cuando el óvulo de la mujer es fecundado por un espermatozoide del hombre. El zigoto es totipotente, capaz de dar lugar a todas las células del feto y la parte embrionaria de la placenta.

Conforme el embrión se va dividiendo, sus células van perdiendo esta propiedad de forma progresiva. Entre cuatro y cinco días después de la fecundación, el embrión tiene unas 200 células que forman una bola hueca, llamada blastocisto, cuyas células internas darán lugar al feto y las externas originarán la placenta. Aunque ya no son totipotentes, las células internas del blastocisto conservan la capacidad de generar todos los tejidos, por ello se denominan células madre pluripotentes o embrionarias.

Estas células madre embrionarias son la semilla de la discordia desde que se obtuvieron líneas celulares de origen humano en el año 1998, a partir de blastocistos y de fetos. Para conseguirlo hubo que solventar dificultades técnicas y, sobre todo, político-morales, pues la obtención de estas células requiere la destrucción de embriones humanos. Cabe destacar, sin embargo, que los blastocistos eran sobrantes de tratamientos de fertilización in vitro, y los fetos procedían de interrupciones voluntarias del embarazo. El destino habitual de unos y de otros es el cubo de la basura.

Primero, investigar

La utilidad más inmediata de las células madre embrionarias humanas es la investigación, para analizar los factores que hacen que se especialicen y generen células del hueso, del músculo, del cerebro o de cualquier órgano o tejido del ser humano. El progreso en esta área promete ser rápido porque disponemos ya de muchas pistas gracias al estudio de otros mamíferos, fundamentalmente el ratón.

Sabemos, por ejemplo, que el que una célula madre se especialice depende de que se enciendan determinados genes y se apaguen otros. Descubrir si estos genes son los mismos que en otros animales, o, si no es así, identificar los que desempeñan esta función en el hombre, nos proporcionará una información muy valiosa para comprender cómo se desarrolla un ser humano, cómo se altera el desarrollo de un embrión y aparecen malformaciones congénitas y cómo las células diferenciadas pierden su especialización e inducen la aparición del cáncer. Conviene recordar, sin embargo, que estamos hablando de años de investigación antes de que se desvelen estas incógnitas, y probablemente de décadas antes de que los resultados se materialicen en tratamientos para los pacientes.

La investigación y desarrollo de nuevos medicamentos es un área que se va a beneficiar pronto. Dada la capacidad de las células madre embrionarias de originar cualquier tipo de célula especializada, los nuevos fármacos se podrán ensayar en el laboratorio en una fase inicial, para comprobar su eficacia y su toxicidad, acelerando la fase previa a los estudios en animales y los ensayos clínicos en humanos.

Pero es la terapia celular la aplicación que más esperanzas ha generado para las células madre embrionarias. Debido a su capacidad para generar cualquier tipo celular, es teóricamente posible diferenciarlas en el laboratorio y producir las células necesarias para reemplazar las dañadas por una enfermedad.

Un nuevo tipo de trasplante

La terapia celular se basa en la idea general de los actuales trasplantes de órganos: sustituir estructuras dañadas por otras sanas. Una proporción elevada de las enfermedades es el resultado de la degeneración de un número limitado de células, que, sin embargo, tiene una repercusión manifiesta. Ejemplos de estas enfermedades son la diabetes de tipo 1 (en la que se destruyen células del páncreas especializadas en producir insulina) o el Parkinson (en la que degenera un tipo de células del cerebro).

La terapia celular solucionaría una de las grandes limitaciones de los trasplantes actuales: la escasez de órganos de donantes, pues las células madre se pueden mantener y dividir en cultivo de forma prácticamente ilimitada. Sin embargo, no se resolvería el otro gran inconveniente: el rechazo y la necesidad de tomar medicación inmunosupresora de por vida. Para solventar este problema, una posibilidad es la creación de bancos de células madre embrionarias, de entre las que se escogería el tipo más parecido al del paciente. Funcionaría como los bancos de órganos actuales, pero con la gran ventaja de que cada órgano (en este caso, cada línea de células madre) no se utilizaría una sola vez, sino que podría usarse de forma indefinida y para cualquier tipo de trasplante.

Antes de que estos tratamientos puedan aplicarse en pacientes tendrán que resolverse una serie de problemas claves. Entre ellos, que todavía no sabemos cómo hacer que las células madre embrionarias se especialicen en el tipo de célula que queremos. Numerosos laboratorios están intentando resolver esta cuestión, y, aunque los resultados son esperanzadores, la realidad es que se necesitan varios años de investigación hasta que se descubran los mecanismos que llevan a una célula madre a producir una célula especializada en particular.

Otra de las incógnitas a resolver es cómo se van a comportar las células trasplantadas en el paciente. Los experimentos con animales son prometedores y han de-mostrado que varios modelos de enfermedades humanas mejoran o incluso se curan con el uso de la terapia celular.

La incertidumbre sobre la financiación pública de las líneas de investigación en células madre embrionarias humanas ha llevado a que muchos laboratorios vuelvan sus ojos hacia las células madre adultas. En los últimos tres años se han abierto nuevas puertas para su utilización y resulta evidente que las hemos subestimado al pensar que sólo tenían capacidad para generar un limitado número de tipos de tejido. A pesar de estos hallazgos, ni siquiera los científicos que han descubierto el potencial de las células madre adultas consideran que sea justificable dejar de estudiar las embrionarias.

Estas últimas presentan una serie de ventajas que las hace difícilmente reemplazables. En primer lugar, no todos los tejidos de un individuo pueden generarse a partir de células madre adultas, pues sigue habiendo algunos (por ejemplo, el corazón) en los que todavía no se ha identificado su presencia. En segundo lugar, la obtención de células madre adultas de un paciente no es sencilla y no siempre va a ser posible. Por ejemplo, la obtención de células madre del cerebro sólo se ha logrado tras la extracción de fragmentos considerables del mismo (realizada por otros motivos, claro). También se pueden obtener del cerebro de donantes fallecidos, aunque su aplicación en trasplantes se ve limitada por los problemas de rechazo.

Por último, si aprendiésemos a hacer que una célula madre adulta volviera hacia atrás en el tubo de ensayo y se convirtiera en una célula madre embrionaria, ya no necesitaríamos de estas últimas. Hasta que eso suceda, y para que eso suceda, la única forma viable de investigar las diferencias entre ambos tipos celulares es partir de células madre embrionarias.

El debate ético en la investigación de terapias celulares tiene que incluir la inquietante posibilidad de que este tipo de tratamientos aumente aún más las abismales diferencias entre los cuidados médicos que se dan en los países desarrollados y en vías de desarrollo. Quizá seamos capaces de encontrar la llave de una vida más larga y más saludable. Pero ello no nos hará mejores, a menos que sepamos democratizar el acceso a unas terapias que prometen ser la próxima gran revolución biomédica de nuestro tiempo, comparables en importancia al uso de los antibióticos y las vacunas.

 

 

El potencial de las células madre adultas


EN UN INDIVIDUO ADULTO existen unos 20 tipos distintos de células madre, encargadas de regenerar tejidos en continuo desgaste (como la piel o la sangre) o dañados (como en el caso del hígado). La capacidad de estas células madre para generar células especializadas es más limitada, por lo que se las denomina células madre multipotentes o adultas. En los últimos tres años, diversos experimentos han mostrado que las células madre adultas son mucho más potentes de lo que pensábamos, capaces de generar un elevado número de tipos de tejido. Por ejemplo, se han descubierto varios casos sorprendentes: células madre de la médula ósea, encargadas de formar la sangre, pueden diferenciarse en células musculares, vasculares y de hígado. Existen células madre en el cerebro que, además de originar los distintos tipos celulares que lo componen (neuronas y glía), son capaces de formar sangre y músculo. Un reciente hallazgo cuestiona si esta pluripotencialidad de las células madre adultas es tal, o si, por el contrario, es únicamente un reflejo de su capacidad para unirse con otras células diferenciadas formando híbridos. Si esto último fuera cierto, la utilidad de los tratamientos basados en células madre adultas se vería seriamente comprometida, ya que estas células híbridas, al ser producto de la fusión de dos células, contienen el doble de la dotación genética normal. Todavía es pronto para determinar con seguridad cuál de estas situaciones es la que realmente se produce en nuestro cuerpo. Esta disparidad en la interpretación refleja lo novedoso de este campo de investigación y lo mucho que aún queda por comprender de la biología de las células madre.


 

LOS SECRETOS DE LA VIDA    4. LA CLONACIÓN


Entre el horror y la esperanza



JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE / DIEGO RASSKIN / ÁNGEL RAYA

La inviabilidad de la clonación reproductiva humana contrasta con las grandes posibilidades de curación que abre la técnica del trasplante celular

La excitación inicial producida por las nuevas posibilidades de curar enfermedades se ha topado con unas reglamentaciones obsoletas

La clonación (conseguir copias idénticas de células u organismos) es una técnica fundamental de la revolución molecular experimentada por la biología. Desde hace más de 30 años se ha clonado bacterias para estudiar el ADN, células para investigar su funcionamiento y, más recientemente, incluso ovejas. La clonación de mamíferos es un hito que ha tenido un fuerte impacto en la sociedad, a la que a veces ha llegado el mensaje tergiversado de que la clonación de seres humanos estaba a la vuelta de la esquina.

Esto ha creado una alerta que puede provocar que se prohíba cualquier tipo de investigación relacionada con estas técnicas, lo que podría retrasar de forma significativa el progreso del trasplante nuclear, una estrategia que utiliza técnicas afines a la clonación destinada a paliar numerosas enfermedades.

El impacto de 'Dolly'

Hans Spemann llegó en 1938 a la conclusión de que debía de ser posible utilizar el núcleo de una célula de mamífero adulto para clonarlo. Pero tuvieron que pasar 58 años hasta que su sueño se hiciera realidad y naciera la oveja Dolly, gracias al trabajo de Ian Wilmut y su grupo del Instituto Roslin, en Escocia. En medios científicos supuso la ruptura de una teoría mantenida desde el siglo XIX: que la información genética disminuye irreversiblemente con la diferenciación de las células.

En 1997, otra vez Wilmut clonó la primera oveja transgénica, Polly, a la que añadió el gen humano para el factor IX, deficiente en algunos enfermos de hemofilia, que más tarde pudo recogerse en grandes cantidades en la leche del animal. La clonación para obtener copias de animales se utiliza en investigación para estudiar los mecanismos de la diferenciación celular, pero los intentos de explotar esta técnica en ganadería han tenido escaso éxito por la presencia de anomalías en las crías resultantes.

La técnica utilizada para clonar a Dolly es conocida como transferencia nuclear. Consiste en extraer el núcleo de una célula y transferirlo a un óvulo no fertilizado al que previamente se ha extraído su material genético. Una vez colocado el núcleo en el óvulo se debe esperar un tiempo para que éste vuelva atrás y se olvide de que era el núcleo de una célula especializada. La influencia del óvulo sobre los genes del núcleo transferido se denomina reprogramación nuclear. Aunque la existencia de esta reprogramación es conocida desde hace tiempo, su mecanismo sigue siendo un misterio.

Una vez que el núcleo ha sido reprogramado, el investigador induce la formación de la primera división del futuro embrión. Los primeros días de este embrión se desarrollan en una placa de cultivo, hasta que llega a la fase de blastocisto. A partir de ese momento, el embrión debe implantarse en el útero de una madre portadora para que prosiga su desarrollo. De no hacerse así el embrión no podría sobrevivir, porque necesita el ambiente proporcionado por el útero materno para nutrirse y desarrollarse correctamente. En nuestros trabajos con ratones, utilizamos una hembra pseudoembarazada: apareada con un macho estéril para que sea receptiva al embarazo.

El porcentaje de éxito de este procedimiento es muy pequeño. Una gran parte de los embriones en ciernes no llega a la fase de blastocisto. Buena parte de los que sí lo hacen no consiguen implantarse en el útero. Muchos de

los embriones que si logran implantarse no finalizan su desarrollo correctamente y son abortados. Y por si todo esto no fuera suficiente, un porcentaje elevado de los clones recién nacidos fallece en las primeras horas de vida debido a diversas complicaciones asociadas al procedimiento. Son por tanto evidentes las dificultades que plantea una técnica que produce un éxito de cada 100 a 500 intentos.

Más de 100 mujeres...

Haciendo un ejercicio de imaginación, podemos extrapolar estos números al caso humano. En primer lugar, se necesitaría que entre 40 y 60 mujeres fértiles actuaran como donantes para obtener entre 500 y 1.000 óvulos. Tras su cultivo en el laboratorio, los embriones que se hubieran desarrollado adecuadamente serían transferidos al útero de madres de alquiler. Serían necesarias entre 40 y 50 voluntarias, que recibirían cada una 4 o 5 embriones, con lo que se garantizarían unos 10 embarazos.

Sólo uno de estos embarazos cabe esperar que acabara con el nacimiento de un niño normal (hasta donde se ha podido comprobar la normalidad con animales de experimentación), mientras que el resto serían abortados espontáneamente o nacerían con malformaciones de distinto grado.

En resumen, haría falta el concurso de más de 100 mujeres para obtener un solo niño normal. Éste es un aspecto frecuentemente omitido en los medios de comunicación por quienes defienden la clonación humana reproductiva. Las personas que están considerando la clonación para tener hijos deberían tener esto muy presente.

El gran problema de la técnica no es sólo que se tenga que intentar 10 o 100 veces para que tenga éxito, sino que, además, por cada niño sano, nacerían cinco o diez niños con grandes malformaciones, que requerirían, además de cariño, atención hospitalaria continuada por lo poco (o mucho) de vida que les quedara. En estas condiciones, intentar siquiera utilizar la clonación como forma de reproducción en humanos sería 'criminalmente irresponsable', en palabras de Ian Wilmut, el padre de Dolly.

Curar con las propias células

Otro tipo de aplicación que aparece vinculada a la clonación, pero que tiene objetivos radicalmente distintos, es lo que ahora se conoce como trasplante nuclear y durante un tiempo se ha denominado clonación terapéutica. Esta nueva denominación refleja el objetivo final de la técnica: el trasplante de células o tejidos para tratar enfermedades. Estos tejidos se obtendrán diferenciando células madre derivadas de blastocistos clonados. Pero el trasplante nuclear no persigue ser una forma alternativa de reproducción, sino una nueva manera de curar.

Mediante esta técnica, se podrá usar cualquier célula de un paciente para generar a partir de ella las células madre que se usarán para el autotrasplante, eliminándose así los problemas derivados del rechazo de células ajenas.

El núcleo de una célula cualquiera del paciente se transferirá a un óvulo preparado para que lo reprograme y, de esta forma, se convierta en célula madre. Estas células se diferenciarán en el laboratorio para dar lugar a las células o tejidos necesarios para que sean trasplantados al propio paciente. Hasta aquí, todo bien. El problema moral que esta estrategia suscita es que se ha de crear un blastocisto humano con el fin de destruirlo para crear las células madres.

La excitación inicial producida por la aparición de estas nuevas posibilidades ha chocado con unas reglamentaciones obsoletas. En la mayoría de los países desarrollados se ha producido un gran alboroto político, con mayor o menor repercusión social, al plantearse si se debía fomentar o prohibir este tipo de investigaciones.

Estados Unidos optó por una solución intermedia, que ha demostrado ser perjudicial para el progreso científico, aunque muy beneficiosa para algunos. El Instituto Nacional de la Salud (organismo que dirige y financia la investigación biomédica pública en EE UU) optó por apoyar los trabajos que utilicen células madre embrionarias humanas existentes hasta la fecha de la decisión, pero no financiar proyectos que utilicen nuevas líneas celulares, por suponer eso la destrucción de más embriones.

El resultado de esa decisión es que los dos grupos que obtuvieron las primeras líneas de células madre humanas pluripotentes se ven beneficiados, y con ellos la empresa Geron, que fue la que financió sus trabajos. Además de fomentar la búsqueda de fuentes privadas de financiación, decisiones así propician la aparición de comportamientos paralegales, como el del grupo australiano que ha obtenido las células madre en Singapur (donde es legal crear nuevas líneas) y realizado los estudios sobre ellas en su país. De esta forma se ponen en peligro las características fundamentales de la actividad científica (transparencia, comunicación pública de los resultados y distribución sin coste de los materiales obtenidos) y la generalización a toda la sociedad de los beneficios del progreso científico.

Debate estancado en España

Los países de nuestro entorno geográfico y cultural están tomando posición al respecto, comenzando por el Reino Unido, donde está permitida la creación de líneas de células madre embrionarias y las investigaciones sobre el trasplante nuclear. En España, el debate sobre este tema está estancado. El Gobierno debería tomar una postura oficial acerca de estos temas. Para ello es necesario informar objetivamente a la sociedad y a sus representantes de las ventajas e inconvenientes de esta nueva medicina, sin dejarse llevar por optimismos infundados ni por conceptos erróneos. Dada la excelente tradición científica en biología del desarrollo de varios grupos de investigación españoles, éste puede representar un momento histórico para subirse definitivamente al tren científico del siglo XXI.

En investigación biomédica sucede muy raramente que descubrimientos concretos supongan una posibilidad de curación real para un gran conjunto de enfermedades. El trasplante nuclear, junto con la terapia celular basada en células madre, son la estrategia más innovadora que se ha propuesto en los últimos tiempos.

Podemos imaginar, en un futuro no muy lejano, a un paciente diabético acercándose a su ambulatorio para que le tomen una muestra de células de la piel o de la mucosa de la boca. A partir de esa muestra se obtienen células madre y éstas se diferencian en células pancreáticas, que le son trasplantadas tres o cuatro semanas después, curándolo o, cuanto menos, mejorando significativamente su calidad de vida.

Es importante abordar rápidamente el debate ético sobre estas técnicas para que ese futuro imaginado se convierta en real.

¿Y si fuera viable obtener clones humanos?


CLONAR HOY a un ser humano es técnicamente una temeridad, lo que lleva a la mayor parte de los científicos a rechazar la idea. Pero, ¿y si fuera viable técnicamente? Eso abriría un debate distinto sobre el que aportamos algunos datos: - Hay quien pide clonar a un ser querido desaparecido. Los familiares piensan que así podrán reemplazarlo, pero no es así. La dotación genética es importante en la formación de una persona, pero también lo son los factores ambientales (familiares, educativos, culturales, sociales). - Desde un punto de vista estrictamente ético, un problema grave sería generar un humano para utilizarlo con una finalidad concreta. Esto vulneraría un derecho fundamental de las personas, su autonomía. Toda vida humana es un fin en sí misma, y no puede tolerarse que se convierta en un medio. Pero el problema aquí no deriva del clonado como técnica reproductora en sí, sino de la forma en que se podría utilizar. - La posibilidad de la clonación reproductiva ha sido especialmente bien acogida por los colectivos de homosexuales, que han visto en ella una posibilidad de tener hijos sin recurrir a material genético ajeno. Del mismo modo, parejas cuya infertilidad no se puede resolver con las técnicas actuales ven en la clonación una alternativa a la adopción. - Otra razón aducida por partidarios de la clonación reproductiva es la búsqueda de la inmortalidad. Si obtengo un clon de mí mismo, seguiré viviendo tras la muerte. Esto es esencialmente erróneo. Un individuo con mis genes seguiría viviendo, pero en el seno de una persona distinta, de forma similar a un hijo concebido por métodos tradicionales. - Las encuestas realizadas muestran que la población está mayoritariamente en contra de la clonación como método reproductivo.


 

LOS SECRETOS DE LA VIDA    5. EL DESARROLLO EMBRIONARIO

 

 


La danza que da forma a los seres vivos

JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE / DIEGO RASSKIN / ÁNGEL RAYA

Saber cómo se construye un ser vivo es un enigma que ha captado la imaginación desde muy antiguo. Un organismo como el ser humano comienza su desarrollo con una única célula y termina con varias decenas de billones. Cualquier problema que afecte al momento en que estas células se dividen o al lugar que ocupan dentro del embrión producirá malformaciones de todo tipo. Eso si el embrión llega a prosperar, porque en la mayoría de los casos los huevos fecundados simplemente no prosperan.

De estos problemas se ocupa la biología del desarrollo, desentrañando los mecanismos que hacen que un embrión se convierta en un individuo adulto. Por ello, la versión más profunda de la ambigua pregunta '¿de dónde venimos?' se convierte, gracias a la biología del desarrollo, en una cuestión de dimensiones palpables. Saber cómo nos formamos nos permitirá conocernos mejor y acercarnos cada vez más a comprender las causas biológicas de las enfermedades que nos afectan.

Aquellos pequeños homúnculos

La historia de la biología del desarrollo es bastante peculiar. Hace 2.300 años, Aristóteles realizó numerosas observaciones acerca de la embriología de animales y plantas, sentando las bases de la ciencia empírica. Pero tuvieron que pasar 2.000 años más para que se comenzara a hacer algún progreso significativo, gracias a la aparición del microscopio, que permitió la exploración del mundo de lo pequeño.

Dos teorías para explicar cómo podía un organismo desarrollarse a partir de una sola célula competían hasta el siglo XIX. Por un lado, la teoría de la preformación, que presumía la existencia de un cuerpo en miniatura, un homúnculo, dentro del huevo fecundado. Este homúnculo era un individuo completamente formado que no tenía más que crecer durante la gestación. La otra teoría, denominada epigénesis, afirmaba que existían factores que tenían la facultad de guiar a las células para que formaran los órganos correspondientes.

Hoy sabemos que la segunda teoría estaba mucho más cerca de la realidad. El óvulo fecundado no tiene una versión en miniatura del cuerpo, sino una serie de proteínas y otras moléculas que van determinando el destino particular de cada célula.

Para desechar la teoría del homúnculo se ha andado un largo camino. Uno de los grandes logros es haber relacionado los primeros pasos de la embriogénesis con la activación o desactivación específica de genes maestros. Y debemos a un investigador español, Antonio García Bellido, los primeros trabajos que llevaron al descubrimiento de los tipos de genes necesarios para la formación de un embrión durante el desarrollo. De esta forma se creó la magnífica escuela española de biología del desarrollo, una de las mejores del mundo.

Antes del conocimiento molecular, la embriología experimental había descubierto que ciertas partes y células del embrión poseen propiedades organizadoras, inductoras y generativas para formar todas las estructuras y órganos del cuerpo. La gran figura de esta primera fase fue Hans Spemann, que obtuvo el Premio Nobel en 1935 por descubrir la zona que organiza el diseño del embrión.

Con la llegada de las técnicas moleculares se han localizado las proteínas que se encargan de dar estas propiedades generativas a las células y los genes que las codifican. Una importante familia de estos genes maestros es la de los denominados genes homeóticos o genes HOX, que determinan rasgos tan generales de un embrión como sus ejes espaciales o la identidad de cada región en desarrollo.

Las mutaciones en algunos de estos genes pueden provocar cambios espectaculares, como, por ejemplo, que en vez de una antena salga una pata en la mosca del vinagre. La importancia que éstos y otros descubrimientos tienen para el desarrollo de un embrión fue reconocida al otorgar, en 1995, el Premio Nobel a Christiane Nüsslein-Volhard, Eric F. Wieschaus y Edward B. Lewis.

Ojo de mosca, ojo de hombre

La gran sorpresa para la genética del desarrollo fue descubrir que una gran parte de los genes que están relacionados con el desarrollo del embrión se conservan con muy pocas modificaciones en especies tan dispares como la mosca y el hombre. Pese a la gran diferencia estructural entre el ojo humano y el de la mosca, los genes que señalan la aparición de este órgano en uno y otro son tan parecidos que el gen humano es capaz de inducir en la mosca la formación de estructuras visuales propias del insecto.

Más aún, un mismo gen se utiliza una y otra vez durante el desarrollo del embrión para funciones completamente distintas. ¿Cómo es posible que se generen tantas funciones dentro de un mismo organismo y tanta diversidad de especies dentro del mundo animal con genes esencialmente iguales?

La respuesta es compleja. Lo que la biología del desarrollo está descubriendo es que la lógica de las interacciones entre moléculas y entre células responde a mecanismos sencillos: la regulación y el diálogo entre proteínas, su diferente acción temporal y su presencia en distintas cantidades. La complejidad emerge cuando se integran todos estos mecanismos sencillos, determinando procesos de desarrollo completamente distintos y dando como resultado la gran diversidad de estructuras y funciones presentes en la naturaleza.

El desarrollo es una danza de señales moleculares y fuerzas celulares. Los genes expresan proteínas con pautas temporales precisas, otorgando a cada célula un destino dentro del embrión. Esta dinámica temporal crea formas, genera tejidos y, a través de plegamientos, empujes, tirones y roces, va formando los órganos en un equilibrio exquisito entre la forma y la función. El desarrollo es, pues, un juego entre el tiempo y el espacio, una coreografía de moléculas y una danza de células, un juego de tiempos para crear espacios funcionales. Durante el desarrollo se generan ritmos y sincronías, a veces en consonancia con lo que sucede en el exterior, como los ritmos de la noche y el día o los ciclos lunares.

La sincronía y su alter ego, la asincronía, son los mecanismos más importantes del desarrollo, provocando que, cuando una región del embrión comienza a dividirse a un ritmo diferente, se establezcan los cimientos de una futura estructura del cuerpo. En cada región hay genes maestros que se activan o reprimen en el momento preciso.

Por ejemplo, sabemos que la presencia de las familias de genes Wnt y FGF indica dónde y cuándo se empieza a formar una extremidad. El diálogo iniciado por Wnt y FGF con otras proteínas proporciona la identidad a las células que formarán las extremidades, forjándoles su destino. Para que el desarrollo de un órgano proceda correctamente, el diálogo cruzado entre señales moleculares tiene que regularse de manera precisa y hacer que el flujo de información que permite a cada célula saber dónde está posea la dirección e intensidad requeridas en cada momento.

La cartografía de la vida

Cuando Colón viajó a América, no había mapas que la pusiesen en su sitio, ni detalles acerca de las corrientes y vientos que pudiesen ayudarle en su recorrido. La aventura de las células dentro del embrión en desarrollo se asemeja a un viaje cuyo destino es el organismo, con la peculiaridad añadida de que son ellas mismas quienes, a lo largo del camino -mediante divisiones, movimientos y hasta suicidios programados-, darán forma y función al ser vivo. Así es la morfogénesis o conjunto de procesos y mecanismos que propician la formación de un embrión. Las células hacen camino al andar.

Cada célula pasa por paisajes sinuosos en donde caminos que se bifurcan, y que ellas mismas crean, las obligan a tomar decisiones irremediables. Este juego de decisiones determina el episodio más importante de la existencia de una célula: su identidad o estado diferenciado, un proceso gradual que sigue caminos trazados por señales moleculares y fuerzas físicas.

La diferenciación inicial de las células embrionarias da lugar a tres tejidos: endodermo, mesodermo y ectodermo. Todos los embriones pasan por un estado inicial que se denomina gástrula, en el que se produce una remodelación masiva de la arquitectura del embrión.

A partir de la gastrulación se decide acerca de los grandes ejes espaciales del futuro organismo: se establece dónde estará la cabeza y dónde la cola, dónde se formarán la espalda y el vientre, qué será derecha y qué izquierda. Existe una relación directa entre los tres tejidos básicos y los tejidos nuevos que finalmente formarán parte de cada órgano. Esto hace que sea posible dibujar mapas de destino y seguir el devenir de cada célula a medida que cambia el paisaje embrionario.

La biología del desarrollo se halla en un momento muy fecundo, pero tiene una asignatura pendiente: lograr la integración de genes, proteínas, células, tejidos y órganos con el desarrollo del propio individuo. Para comprender cómo se construye un ser vivo, será necesario integrar lo que ocurre en todos esos niveles y observar esos procesos como una intrincada red de redes. El uso intensivo de herramientas informáticas acopladas a modelos matemáticos y físicos revolucionará en los próximos años la biología del desarrollo.

Regeneración y renovación
MUCHOS ANIMALES invertebrados son capaces de regenerar estructuras y órganos completos. Esta capacidad sigue presente en algunos vertebrados, como en las lagartijas, que pueden regenerar la cola. Otras especies, como algunas salamandras, son capaces de regenerar casi cualquier parte del cuerpo: las patas y partes del cerebro o del corazón. No hay que confundir la regeneración con la renovación. Igual que renovamos el pelo o las uñas cada poco tiempo, casi todas las células de nuestro organismo son reemplazadas por otras de forma continua. Cuando se lesiona algún órgano o tejido, esta renovación puede acelerarse para sustituir las células dañadas, pero los humanos hemos perdido en gran medida la capacidad de reorganizar de forma completa la estructura y función de nuestros órganos, es decir, de regenerarlos. Algunos laboratorios tratan de encontrar la relación entre los fenómenos de renovación y regeneración. Si llegáramos a comprender qué hace que la salamandra sea capaz de regenerarse, podríamos llegar a aplicar ese conocimiento para regenerar órganos o estructuras dañados en enfermedades. En este sentido, la investigación con células madre ofrece resultados alentadores.

Nuevos modelos de estudio
EL PEZ CEBRA se ha convertido en la gran estrella de la experimentación en desarrollo, a pesar de su reciente llegada al mundo de la biología. A su condición de vertebrado se une el gran número de embriones que es capaz de producir (unos 200 huevos, frente a las escasas 10 crías de un ratón) y que se desarrollan fuera del seno materno, lo que permite el estudio de las distintas fases de su crecimiento. Esto último se ve facilitado por el hecho de que el embrión del pez cebra es transparente durante buena parte de su desarrollo,

 

 

El desarrollo es un juego entre el tiempo y el espacio que crea formas, genera tejidos y, mediante tirones y empujones, va formando el embrión

La gran diversidad de estructuras y funciones presentes en la naturaleza resulta de la integración de unos pocos mecanismos sencillos


 

 

por lo que se puede analizar directamente el crecimiento de sus órganos internos. Otro factor que ha desempeñado un papel importante en la elección de este modelo es su relativo bajo coste de mantenimiento. Además, ya se ha comprobado la facilidad con que este animal puede ser manipulado genéticamente, creándose bancos de mutantes para muchos de sus genes. Su genoma ha sido secuenciado completamente y en estos momentos ya hay más de un 80% ensamblado. Por último, el pez cebra presenta la capacidad de regenerar determinadas partes de su cuerpo, como las aletas, por lo que se está imponiendo también como el modelo experimental más prometedor para el estudio de la regeneración.


 

LOS SECRETOS DE LA VIDA    6. EL SEXO


Donde la biología y la cultura se confunden

JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE / DIEGO RASSKIN / ÁNGEL RAYA

Cuando decimos sexo, pensamos en..., bueno, en eso que está pensando. Partiendo de un origen más bien modesto como un hecho genético y celular, el sexo, contra todo pronóstico, ha ganado en complejidad hasta convertirse en sexualidad, una de las fuerzas vivas de la cultura humana, junto con la alimentación, la lucha y el instinto de supervivencia.

¿En qué consiste el sexo desde el punto de vista biológico? Sencillamente en el intercambio de información genética entre dos organismos para crear descendencia. Definido de este modo, el sexo lo practican desde las bacterias hasta los mamíferos.

Nuestra sociedad ha hecho del sexo un producto más de consumo, aprovechando la poderosa llamada que nos empuja a la reproducción. Olores, colores y sabores son monedas de cambio fisiológicas que utilizan los animales para buscar pareja, por lo que no es extraño que la industria cosmética haya aprovechado estas estrategias naturales como negocio lucrativo. Cuando nos ponemos un perfume estamos haciéndonos eco de cientos de millones de años de evolución: el sexo se inventó cuando no había en nuestro planeta más que organismos unicelulares.

La gran mayoría de animales y plantas se reproducen sexualmente; para hacerlo, necesitan formar unas células llamadas gametos que poseen la peculiar propiedad de almacenar únicamente la mitad de la información genética que normalmente hay en las células del cuerpo. Esto crea dos desventajas que se han dado en denominar la paradoja del sexo. Por un lado, la formación de gametos le cuesta mucha energía al organismo, además del gasto que supone para una especie en su conjunto mantener dos sexos en vez de uno. Por otro, al tener que mezclar la información genética, se reduce a la mitad la contribución que cada padre deja a su hijo. En la tercera generación sólo un cuarto de los genes de cada padre ha quedado en la descendencia. En cambio, en la reproducción asexual han pasado todos los genes. Entonces, ¿por qué se ha mantenido la reproducción sexual a lo largo de la evolución?

Al fin y al cabo, hay otras estrategias reproductivas, como la gemación, la reproducción por esquejes o la partenogénesis, que han sobrevivido hasta hoy y hay numerosas especies que las practican, sobre todo en plantas y animales invertebrados. En muchas ocasiones, dependiendo de las condiciones del medio, los organismos pueden elegir entre la partenogénesis y el sexo. En los vertebrados, donde hay más de 40.000 especies en la actualidad, sólo 22 especies de peces, 23 de anfibios y 29 de reptiles se reproducen asexualmente.

Por ejemplo, el género Cnemidophorus, que son unas lagartijas americanas cuyas poblaciones están compuestas exclusivamente por hembras y se reproducen de manera asexuada, mediante partenogénesis. Estas lagartijas son, en esencia, clones, puesto que las hijas son genéticamente equivalentes a las madres.

Estas excepciones del mundo animal tienen muchas dificultades para sobrevivir en caso de un cambio repentino de las condiciones del ambiente porque su variabilidad genética es escasa. Así pues, la explicación a la paradoja planteada descansa en la herencia. La reproducción sexual aumenta la variabilidad genética de la especie y al mismo tiempo se encarga de deshacerse de las mutaciones perjudiciales.

Sexo y división del trabajo

El cuerpo de los primeros seres vivos estaba formado sólo por una célula. Esto significaba que ella sola debía hacer todas las labores: comer y excretar, comunicarse con el exterior y reaccionar a sus influencias, y dividirse para no romper la cadena de la vida. Cuando aparecieron hace más de 600 millones de años los animales, formados de muchas células, una consecuencia inmediata fue la especialización y la división del trabajo. Por ejemplo, aparecieron células dedicadas únicamente a la obtención y procesamiento de los alimentos y otras especializadas en la comunicación con el exterior y el procesamiento de la información. Con el tiempo, estos tipos celulares se organizaron en estructuras de gran complejidad para formar tejidos, órganos como el corazón y el cerebro y aparatos como el digestivo.

La aparición de células especializadas en la reproducción constituyó un logro evolutivo extraordinario. Con ellas, los organismos multicelulares pasaron a tener dos grandes grupos de células. Uno está encargado de las funciones para la supervivencia del individuo: comer, beber, sentir. El otro es responsable de la supervivencia de la especie a través de la reproducción. El primer grupo de células forma la línea somática, mientras que el segundo constituye la línea germinal. Dentro de esta última figuran unas células llamadas gametos (óvulos en las hembras y espermatozoides en los machos), que se forman en un proceso denominado meiosis, un modo peculiar de división de las células, que las deja con sólo la mitad de la información genética.

Durante la meiosis se produce un hecho de particular importancia, denominado recombinación genética, que permite a los gametos resultantes reunir material genético tanto del padre como de la madre (ver gráfico). El resultado directo de la recombinación génica es la generación de variabilidad en la descendencia, lo que favorece la adaptación a un ambiente cambiante.

La reproducción sexual requiere dos sexos diferentes. Ya hemos mencionado que eso constituye un problema para la especie porque la mitad de su biomasa son machos, útiles únicamente para fertilizar a las hembras, que son las que llevan el peso de la reproducción. La decisión de un embrión de convertirse en macho o en hembra depende de la especie. En la mayoría de los mamíferos la determinación del sexo es genética, dependiendo de la presencia del cromosoma Y en los individuos machos. En otros grupos de animales es un problema de temperatura. En los cocodrilos, por ejemplo, el embrión se convertirá en hembra a temperaturas bajas y en macho a temperaturas más altas, mientras que en tortugas es justo al revés.

Con todo, no es sólo la presencia de los cromosomas correspondientes lo que determina que un individuo muestre las características de uno u otro sexo. En los mamíferos también influye el flujo hormonal durante el desarrollo y el crecimiento. Así, puede darse el caso de individuos que, a pesar de ser genéticamente de un sexo, presentan los rasgos externos de otro. El sexo va más allá de la posesión o no de un cromosoma.

La naturaleza ha creado tantas estrategias para la reproducción como pueda uno imaginar. En algunas especies, los machos mantienen una única pareja durante toda su vida (asegurándose que la energía que va a invertir en el cuidado de los hijos hará que sus genes se propaguen), mientras que en otras especies cambian continuamente, con la esperanza de que en alguna de las aventuras promiscuas alguna hembra quede embarazada.

Igualmente, para las hembras hay de todo. Si elige pareja estable es para invertir en un macho que sabrá cuidar de sus hijos, proveyendo comida y protección. También las hay que, cuando están en celo, intentarán aparearse con tantos machos como sea posible.

También hay estrategias hermafroditas, en las que el mismo organismo es capaz de formar los gametos femenino y masculino. Y hay estrategias asexuadas, en las que la descendencia son clones del progenitor. La partenogénesis es una de ellas, bastante extendida entre los invertebrados, pero también presente en vertebrados. En este caso, el ovocito de la hembra comenzará a desarrollarse sin necesidad de ser fecundado por el gameto masculino. Todavía hay más. Algunos organismos han desarrollado una extraña estrategia: la hembra, tras ser fecundada por el macho, lo mata.

El mensaje de la naturaleza con todo esto es claro: la reproducción puede llevarse a cabo usando distintas estrategias y el sexo es, simplemente, una más.

Tomando la descencencia como referencia se han desarrollado dos estrategias básicas. Unas especies priman la cantidad sobre la calidad. Los peces son un buen ejemplo de ello. Las hembras depositan miles de huevos sin fecundar y los machos esparcen millones de espermatozoides sobre ellos. El resultado son muchos peces que individualmente tendrán pocas probabilidades de sobrevivir.

La segunda estrategia prima la calidad: poca descendencia acompañada de unas pautas de conducta que aseguren la supervivencia de los pequeños. Es el caso de la especie humana. En ella, sus peculiares características han favorecido un comportamiento adicional: el sexo por placer (también presente en otros primates). Como elemento de placer, el sexo está presente en la escena cultural humana como una de sus fuerzas básicas.

El sexo como actividad social se sitúa por tanto en dos planos: el placer y la reproducción. El segundo es obviamente importante para la supervivencia de la especie. Y el sexo por placer no es sino un modo de asegurar que el segundo se llevará a cabo en especies en las que la fertilidad femenina no resulta aparente.

Casi todos los mamíferos manifiestan los periodos de fertilidad de un modo aparente, con cortejos, con cambios físicos tales como el agrandamiento de los genitales femeninos o segregando fuertes olores. En el caso de la especie humana esta señal de fertilidad no existe, por lo que nunca podemos saber, mediante señales externas, cuándo una mujer se encuentra en el periodo de fertilidad (normalmente una ventana de una semana escasa alrededor del día de ovulación). Así se ha desarrollado una estrategia consistente en favorecer el sexo por placer para maximizar las posibilidades de tener hijos.

Pero una vez más, la especie humana ha sabido transcender el legado biológico y separar ambos planos de manera clara. El sexo se ha convertido en un hecho cultural, social y a veces familiar que puede quedar tan lejos de la reproducción como la mujer y el hombre decidan.

Los gametos y la fecundación


UNA CÉLULA HUMANA de la línea somática posee 46 cromosomas que forman 23 parejas, la mitad procedente del padre y la otra mitad de la madre. En otras palabras, la información genética se encuentra duplicada gracias a la contribución de cada progenitor. De estas 23 parejas de cromosomas hay una cuya combinación determina el sexo genético de la persona que la lleva. Una persona con la pareja XX se convertirá en mujer, mientras que una con la pareja XY se convertirá en hombre. Sin embargo, ciertas células de la línea germinal, los gametos, poseen sólo 23 cromosomas. Esto significa que cuando se forma un gameto femenino (durante el desarrollo embrionario), los ovocitos resultantes tienen todos un cromosoma X. Pero cuando se genera un gameto masculino (desde la pubertad hasta bien entrada la vejez), un 50% de los espermatozoides resultantes tiene un cromosoma X y el otro 50%, un cromosoma Y. En el momento de la fecundación, el material genético del ovocito se une al material genético del espermatozoide. El resultado es un zigoto con 46 cromosomas que comenzará el desarrollo de un individuo con una información genética única


El comportamiento homosexual


LA ORIENTACIÓN SEXUAL hacia individuos del mismo sexo es un comportamiento natural que se observa en multitud de seres, especialmente en aves y mamíferos. Este comportamiento se ha querido explicar desde diversos puntos de vista, apelando a la presencia de un determinado gen o, simplemente, rechazándola y estigmatizándola como comportamiento antinatural. En los seres humanos no hay una sola causa que propicie este comportamiento, sino múltiples. La causa biológica más mencionada es el grado de exposición a hormonas masculinas durante el desarrollo del feto en la madre, que influye en la formación del cerebro. También se ha relacionado una región del cromosoma X (denominada Xq28) con la orientación sexual hacia individuos del mismo sexo. Estas observaciones no pasan de ser, como mucho, un elemento más en una compleja red de causas y efectos en donde nuestra experiencia como individuos dentro del intricado tejido social añade un elemento de complejidad singular. La búsqueda de un gen de la orientación sexual es una búsqueda cuanto menos incompleta, si no estéril.

 


 

LOS SECRETOS DE LA VIDA    7. LA NUTRICIÓN


Entre el placer y la necesidad

JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE / DIEGO RASSKIN / ÁNGEL RAYA

Como dicen nuestros abuelos, lo primero es la salud. Y para gozar de una salud en condiciones, el secreto es alimentarse de manera equilibrada. La salud de un organismo y su capacidad para automantenerse dependen directamente de la nutrición. Lo que comemos es un factor importante en enfermedades crónicas como la diabetes, la aterosclerosis y ciertos tipos de cáncer. Pero la alimentación es también cultura y fuente de placer, como puso de manifiesto Brillat-Sevarin en su elegante Fisiología del gusto (1825), lo que dificulta su control racional incluso cuando se conoce el efecto dañino de algunos alimentos.

La nutrición es, sencillamente, la solución de un problema energético y estructural, el resultado de la necesidad de adquirir energía y componentes para mantener nuestra organización corporal. Pero su implicación en la evolución cultural humana ha hecho que las ramificaciones sociales de la nutrición se extiendan a la práctica deportiva, los cultos religiosos, la política sanitaria y un largo etcétera.

El concepto moderno de nutrición fue establecido por Lavoisier a mediados del siglo XVIII. El padre de la química moderna demostró que la alimentación en los animales respondía a un problema energético en donde el oxígeno necesario para la combustión lo proporciona la respiración y la materia que emite el calor, los alimentos. Al respirar, se queman las moléculas que se han ingerido con el alimento, por lo que es necesario reponerlas. En caso contrario, el cuerpo comienza a quemarse a sí mismo. Sin alimentos, un organismo muere igual que un coche sin gasolina.

Pero además de proporcionar la energía necesaria, los alimentos deben aportar unas cincuenta moléculas necesarias para la reparación, mantenimiento y construcción del cuerpo humano. La chuleta, el pescado, la tortilla o la paella, todos los alimentos y todos los organismos están formados únicamente por variaciones de tres clases de moléculas, acompañadas de un puñado de elementos químicos.

Azúcares, grasas y proteínas

El carbono, junto con el oxígeno y el nitrógeno, forma el esqueleto de las moléculas fundamentales de la vida: los azúcares, las grasas y las proteínas. Los tres tipos de moléculas pueden utilizarse como fuente de energía, aunque son azúcares y grasas los que proporcionan el 90% de las calorías necesarias en una dieta normal. Estos tres tipos de moléculas, además, constituyen el soporte físico del cuerpo y se encuentran implicados en todo tipo de actividades fisiológicas.

Los azúcares o glúcidos son determinantes como fuente de energía a corto y medio plazo para los procesos celulares. El hígado acumula una gran cantidad de energía en un polímero de azúcar denominado glucógeno, cuyo equivalente en plantas es el almidón. El glucógeno se fragmenta dentro del hígado en moléculas de glucosa, que se vierten a la sangre para cumplir las demandas energéticas inmediatas de un organismo. Los azúcares también desempeñan funciones importantes en procesos biológicos como la adhesión celular (para el correcto desarrollo de un embrión) o el reconocimiento inmunológico. Además, forman parte de los ácidos nucleicos y son capaces de asociarse a las proteínas en compuestos denominados glicoproteínas, de gran importancia biológica. Más del 50% del carbono orgánico de nuestro planeta se halla en la celulosa de las plantas, compuesta por miles de cadenas de glucosa.

Los lípidos o grasas son moléculas de un gran poder energético. A diferencia de los azúcares, actúan como depósitos de energía a medio y largo plazo. Algunas grasas, como los esteroides, actúan como hormonas y transmiten señales que determinan cambios fisiológicos en el organismo. También son importantes para el transporte de hormonas a través de la sangre.

Los lípidos se utilizan como aislantes en diferentes situaciones: acumulándose bajo la piel, proporcionando capas de aislamiento y protección contra el frío o formando la mielina, sustancia que recubre muchas de las neuronas del organismo para la correcta transmisión de la corriente eléctrica. Finalmente, una función primordial de las grasas es organizar membranas capaces de aislar el interior de una célula del medio externo.

El tercer grupo de componentes fundamentales es el de las proteínas. Están formadas por diferentes combinaciones de 20 moléculas denominadas aminoácidos (22, según investigaciones recientes), que son capaces de proporcionar una inmensa variedad estructural y de llevar a cabo un formidable número de funciones muy específicas. Estas funciones dependen no sólo de las propiedades de los aminoácidos que las conforman, sino también de sus complejas estructuras tridimensionales.

Gracias a esa variedad y complejidad tridimensional, las proteínas pueden actuar de soporte estructural de una célula (microtúbulos del citoesqueleto), proporcionar las propiedades contráctiles en las células musculares (actina y miosina), facilitar las reacciones químicas dentro de las células (enzimas) o distribuir el oxígeno a todas las partes del cuerpo (hemoglobina).

En la alimentación diaria se precisa la ingesta de medio centenar de componentes esenciales: dos tipos de lípidos, ocho tipos de aminoácidos, trece vitaminas y unos veinte minerales. La dieta ideal debe mezclar los alimentos de modo que estén presentes todos estos componentes en cantidades adecuadas. El único alimento que cumple estos requisitos es la leche materna, pero no resulta difícil hacer una combinación que logre ese equilibrio y aporte además la energía necesaria.

La epidemia de la obesidad

Dado el carácter fundamental que tiene la nutrición para la vida, a lo largo de la evolución, los animales han desarrollado un complejo sistema de regulación hormonal que actúa sobre el cerebro para regular el apetito y la saciedad a corto, medio y largo plazo. Los avances en el conocimiento de este entramado hormonal están suponiendo una revolución en la manera de entender la dinámica de la obesidad. Entre las sustancias que actúan a largo plazo se encuentra la leptina, segregada por los tejidos grasos.

El tejido adiposo siempre se retrata como algo inerte cuya única función es la de almacenar grasas. Sin embargo, el descubrimiento de la leptina y su función reguladora del apetito ha demostrado que no es así. La acción de la leptina es doble. Por un lado es capaz de hacer que la grasa depositada en el músculo se degrade y no se acumule, impidiendo su efecto dañino en estas células. Por otro, envía mensajes al cerebro indicándole el estado nutricional del organismo.

Pero el entramado hormonal que regula el apetito no siempre es capaz de mantener el peso ideal de la persona, sobre todo cuando la ingestión de alimentos es excesiva y desequilibrada. La abundancia de comida, un fenómeno que no se ha generalizado en los países desarrollados hasta la segunda mitad del siglo pasado, ha propiciado una verdadera epidemia de obesidad, con cientos de millones de personas afectadas. Los hábitos alimenticios y la falta de ejercicio físico han jugado un papel importante en la extensión de esa epidemia, aunque también se ha de tener en cuenta que existen factores genéticos que hacen a una persona más o menos propensa a engordar.

La complexión corporal y el peso, al igual que la estatura, se manifiestan en cada individuo dentro de un rango de oscilación predeterminado genéticamente. Una persona, a lo largo de su vida adulta, oscilará dentro de ese rango a menos que se vea sometida a dietas de valores energéticos muy inferiores o muy superiores a lo normal, que oscila alrededor de las 2.700 kilocalorías para el hombre y las 2.000 para la mujer. Al ingerir más energía de la necesaria, ésta se almacena en forma de grasa, que se sitúa en partes del cuerpo incorrectas. La obesidad favorece, entre otras dolencias, la diabetes de tipo II, las enfermedades coronarias y algunas formas de cáncer, además de producir complicaciones respiratorias y artritis.

Reparto desigual

Nuestro planeta alberga en estos momentos a más de 6.200 millones de habitantes y se prevé que la cifra siga aumentando durante buena parte de este siglo. Muchos de ellos son víctimas de la desnutrición porque no pueden comer lo suficiente. El problema fundamental del hambre en el mundo no es la falta de producción, sino el reparto, la gran desproporción para acceder a los alimentos que existe entre los países en vías de desarrollo y los países desarrollados.

Corregir ese desequilibrio es el gran desafío social y humano del siglo XXI. Pero también hay un desafío biológico: corregir los excesos perpetrados por la denominada revolución verde, que ha usado de manera indiscriminada pesticidas y fertilizantes que acompañaban al empleo de semillas mejoradas. El problema ambiental que esto supone para los países pobres se suma a su dependencia de las multinacionales que controlan los productos necesarios para las cosechas de alta productividad.

La segunda revolución verde nos está esperando y deberá basarse en los avances en biotecnología y en tecnología agrónoma, que, ineludiblemente, deberán adecuarse a las necesidades de un crecimiento respetuoso con el patrimonio ecológico del planeta para llegar al justo reparto de los recursos alimenticios.

 

Muchos genes para los olores y los sabores
LOS SENTIDOS del gusto y del olfato nos ayudan a escoger los alimentos. El primero detecta compuestos químicos disueltos, mientras que el segundo se encarga de los que viajan por el aire. Su funcionamiento es similar a otros sentidos: unas neuronas especializadas extienden una prolongación a la zona sensitiva (la lengua o el interior de la nariz) y otra prolongación a las áreas cerebrales que procesan la información. En la membrana de la prolongación situada en las zonas sensitivas se localizan unos receptores capaces de detectar la presencia de compuestos químicos específicos. La rata o el ratón poseen por encima de 1.000 genes diferentes para los receptores del olor, el grupo más numeroso de su genoma, en torno al 1% del total. Los humanos poseemos unos 500 genes para estos receptores de olores, pero entre el 30% y el 50%, según el individuo, son seudogenes: trozos incompletos de genes que se han conservado pero que no codifican proteínas funcionales. Sobre el sentido del gusto, hace tiempo que se conoce a los responsables de reconocer dos de los sabores básicos, el salado y el agrio (ácido), pero los receptores para los otros tres sabores -amargo, dulce y umami (glutamato)- han sido un misterio hasta hace dos años. Ahora se sabe que estos últimos tienen una estructura similar a los receptores de los olores y el número de genes implicados también es alto: se han identificado 80 responsables del sabor amargo.

 

Pasar hambre alarga la vida de los animales
ES BIEN SABIDO que la mejora en las condiciones higiénicas y de alimentación, así como los avances de la medicina moderna, han conseguido que la esperanza de vida de las personas aumente de forma progresiva desde hace varios siglos: de los escasos 20 años en la antigua Grecia se ha pasado a los casi 80 del mundo industrializado actual. Pero la esperanza de vida es algo bien distinto de la longevidad, que es lo máximo que puede llegar a vivir una persona que no sufra enfermedades y se muera de vieja. En la especie humana, la longevidad se sitúa en torno a los 95 años, una cifra que probablemente no ha cambiado desde hace milenios. Sólo una estrategia ha demostrado hasta ahora que es capaz de alargar la longevidad en animales de laboratorio: el ayuno continuado. En todos los animales estudiados, desde moscas hasta primates, se ha comprobado que disminuir la comida en al menos un 30% durante toda la vida hace que estos animales vivan más y sufran menos enfermedades. Puesto que es poco probable que las personas toleraran pasar hambre durante todo el día, todos los días de su (ahora más) larga vida, la búsqueda de una píldora mágica se ha encaminado hacia alguna sustancia que permita ayunar sin pasar hambre. La primera candidata, la 2-deoxiglucosa, aunque ha demostrado su eficacia en animales de laboratorio, se ha caído de la lista al ser demasiado tóxica para utilizarse en humanos.


 

LOS SECRETOS DE LA VIDA    8. EL CEREBRO Y LA MENTE


1,5 kilos de misterio para comprender la vida

JUAN CARLOS IZPISÚA BELMONTE / DIEGO RASSKIN / ÁNGEL RAYA

Cerebro y mente, la estructura y la función, se confunden en la más asombrosa y compleja creación de la evolución biológica

La especie humana es consciente de ser consciente. Eso no es poco. Pero aún hay más. Somos conscientes de que la gente alrededor nuestro es consciente de ser consciente. Esta metaconciencia nos distingue del resto de los seres vivos y nos proporciona una cohesión que se ha sobredimensionado a lo largo de nuestra historia evolutiva, dando lugar a la aparición de culturas y civilizaciones.

El cerebro nos acerca el mundo exterior y nos trae la realidad envasada en cinco sentidos que se unen para materializar la vida tal como la conocemos. Y todo fluye a lo largo de las neuronas, células que almacenan, procesan y reparten la información de lo que ocurre fuera y dentro de nuestro organismo. La mente es testigo, en cada uno de nosotros, de un modo absolutamente privado y singular, del curso de la existencia. Y es la mente la que genera respuestas emotivas, sensaciones de placer, alegría, miedo u odio. ¿O es el cerebro?

El cerebro es un órgano extraordinariamente complejo compuesto de un entramado de miles de millones de neuronas y otras células auxiliares con billones de conexiones entre sí. Esta organización le permite evaluar las sensaciones procedentes del medio, almacenarlas, integrarlas y elaborar una respuesta de carácter adecuado para que el individuo pueda hacer frente a las situaciones del día a día.

Desde la antigüedad se había considerado el cerebro como una masa continua de composición indefinida que, mediante mecanismos hidráulicos, como pensaba Descartes, mandaba información a través de los nervios, considerados como tubos huecos por donde un líquido transmitía la presión mandada por el cerebro. Gracias a Santiago Ramón y Cajal, nuestro investigador universal, se puso de manifiesto, a finales del siglo XIX, que, en realidad, el cerebro está constituido, al igual que el resto de los órganos animales, por multitud de células, y que los nervios son conglomerados de axones, una de las tres partes principales en las que se dividen las neuronas. Ramón y Cajal compartió con Camilo Golgi el Premio Nobel de Medicina de 1906.

Las mariposas del alma

Las protagonistas indiscutibles del cerebro, y de todo el sistema nervioso, son las neuronas. Se trata de células especializadas en la recepción, almacenamiento, integración y distribución de la información. Su belleza y complejidad animó a Ramón y Cajal a referirse a los aproximadamente 100.000 millones de neuronas que componen el cerebro humano como 'esas mariposas del alma'. Con formas y tamaños de gran variación, las neuronas se relacionan entre sí mediante conexiones físicas entre sus estructuras de entrada y salida, las dendritas y los axones, mediante conexiones denominadas sinapsis.

Una neurona típica del cerebro se conecta con otras 10.000 neuronas, por lo que el número de conexiones dentro del cerebro es astronómico. Cada neurona tiene tres partes: el cuerpo neuronal, donde se aloja el núcleo de la célula y los restantes orgánulos; el axón, un filamento de longitud variable -de algunos micrómetros hasta metro y medio, como en el caso de los axones que inervan el pie desde la médula espinal- que ofrece la vía de transmisión por la cual viaja la electricidad que transmite los estímulos a otras neuronas, y las dendritas, estructuras filamentosas de longitud menor, pero presentes en gran número, que reciben estímulos de los axones de otras neuronas.

Las neuronas motoras estimulan el movimiento de alguna parte del cuerpo, como, por ejemplo, las que inervan los músculos que mueven los dedos de la mano. Las neuronas sensoriales, por su parte, reciben información a partir de los órganos de los sentidos (tacto, oído, vista, olfato y gusto) y convierten el estímulo físico que llega a las células especializadas de cada órgano (células receptoras) en el estímulo electroquímico típico de las neuronas que se transmite hacia las zonas especializadas del cerebro. En la piel, por ejemplo, las células receptoras son las propias terminaciones nerviosas, mientras que en la vista son células (conos y bastones) que envían la información de la impresión luminosa hacia las terminales de las neuronas sensoriales. Las interneuronas juegan un papel de intermediario entre las neuronas sensoriales y las motoras.

Las células de la glía acompañan a las neuronas para nutrirlas y aislarlas, junto a otras actividades. Cuando alguien habla coloquialmente de materia gris, se está refiriendo a aquellas áreas del cerebro, principalmente las más superficiales, que muestran una gran densidad de cuerpos neuronales y carecen de células de la glía auxiliares, mientras que la materia blanca del cerebro aparece como consecuencia del color blanco de la mielina, la sustancia aislante de los axones.

Corrientes y recuerdos

El cerebro es como un gran circuito electrónico donde los axones y las dendritas hacen las veces del cableado por donde viaja la corriente electroquímica. Hay dos motivos clave en el funcionamiento neuronal: la generación de corriente mediante potenciales de acción y la comunicación química entre axones y dendritas mediante la liberación de mensajeros químicos denominados neurotransmisores.

La acción de los neurotransmisores, denominada neuromodulación, contribuye a excitar o inhibir a las neuronas con las que hacen contacto. Cada neurona recibe numerosos estímulos de excitación o inhibición que se suman para determinar si finalmente la corriente pasará o no. El bloqueo y el incremento en la acción de los neurotransmisores provocan estados de conciencia alterados, lo cual es aprovechado por la industria farmacéutica para crear sustancias que interfieran con estos procesos naturales. Los opiáceos, por ejemplo, poseen estructuras moleculares similares a los neurotransmisores, compitiendo por sus lugares de recepción.

El cerebro posee un sistema de memoria por el cual la información registrada por los órganos de los sentidos se almacena y recupera convenientemente. Las neuronas no sólo son los circuitos por los que pasa la corriente. La configuración de las conexiones entre dendritas y axones, que cambian con el tiempo a medida que el cerebro recibe estímulos, es la responsable de almacenar la memoria.

El cerebro, con una masa celular de entre 1,3 y 1,5 kilos de peso medio para las mujeres y los hombres adultos, respectivamente, requiere grandes cantidades de energía. A pesar de constituir el 2% del peso del organismo, consume hasta un 20% del oxígeno y de la glucosa presentes en la sangre, que le llega a través de las arterias cerebrales.

De las múltiples estructuras del cerebro, la corteza y la neocorteza, una masa plegada con dos hemisferios, el izquierdo y el derecho, presenta un gran desarrollo en el ser humano (ver gráfico). Es aquí donde residen los centros de control de la mayoría de las funciones cognitivas, centros que están relacionados por millones de conexiones entre sus neuronas integrantes. Las partes internas del cerebro llevan a cabo funciones más básicas, relacionadas con la supervivencia del organismo, entre las que se cuenta la memoria.

Además, el cerebro y el sistema hormonal están relacionados muy estrechamente. Un ejemplo importante de esta relación se manifiesta en la existencia de una glándula hormonal alojada dentro del propio cerebro, denominada pituitaria. Está directamente relacionada con el hipotálamo y constituye el eje hipotálamo-hipofisiario. Este eje controla todos los procesos vitales del organismo: respiración, latidos del corazón, regulación sanguínea, temperatura corporal. La relación entre el hipotálamo y la glándula pituitaria regula también muchos de los comportamientos básicos, tales como la apetencia sexual, la reacción frente al frío, el miedo, la huida, la sed, el hambre.

No es necesario el cerebro para controlar, por ejemplo, los movimientos de sístole y diástole (contracción y expansión) del corazón, ni el movimiento del diafragma para efectuar la respiración en los pulmones. Estos movimientos están controlados por el sistema nervioso autónomo, que se comienza a formar durante las primeras fases del desarrollo embrionario y, obviamente, cualquier fallo en él provoca efectos catastróficos.

Como todo órgano del cuerpo, el cerebro posee una serie de genes específicos que están relacionados con su forma y función. Muchos de estos genes actúan también en otras partes del organismo, mientras que otros son específicos para la diferenciación de las neuronas y las células gliales. La búsqueda de genes que estén detrás de funciones cognitivas superiores, tales como el lenguaje, ha dado como fruto el hallazgo del gen FOXP2, que se ha encontrado en distintos animales con sólo dos bases de diferencia respecto a la forma humana. Este gen está mutado en algunos pacientes humanos que muestran grandes dificultadas para usar el lenguaje.

Ya desde los trabajos del lingüista Noam Chomsky, en los años cincuenta, se especulaba con la posibilidad de que el cerebro humano posee una capacidad innata para la gramática y el uso del lenguaje. Ahora, la genética comienza a respaldar esta idea con datos concretos. Si bien falta mucho para descifrar la red genética completa que se encuentra detrás de la emergencia del lenguaje, así como los procesos de integración entre las distintas partes del cerebro que permiten a los humanos manejar el lenguaje simbólico y, a través suyo, erigirse en dueños de su destino.

Cerebro y mente, estructura y función, se confunden en la más asombrosa y compleja creación de la evolución biológica. La mente, que especula acerca de sí misma y acerca de la mente de los demás, sigue siendo un misterio para la ciencia que, tarde o temprano, terminará por desvelarse. Sin embargo, aunque sepamos qué significa la conciencia y qué fundamentos biológicos poseen las emociones, seguiremos elevándonos por encima de las leyes de la naturaleza para conmovernos con nuestra singular manera de ver el mundo a través del sentido -tan únicamente huma-no- de la belleza.

Genética y educación, los dos pilares de la inteligencia
EL DEBATE acerca de cuánto hay de innato y cuánto de adquirido en la inteligencia es muy extenso. Un problema fundamental para cualquier teoría de la inteligencia es distinguir entre lo que se entiende por diferencias individuales y aquello que aparece como resultado de las influencias sociales. En otras palabras, un mismo test de inteligencia puede dar resultados muy diferentes en contextos sociales distintos. Además, dependiendo del contexto en el que vive un individuo, la inteligencia puede desarrollarse en distintos sentidos. Una de estas teorías contextuales propone la existencia de distintos tipos de inteligencia: lingüística, lógico-matemática, espacial, musical, cinética corporal, interpersonal e intrapersonal. Cuando hablamos de inteligencia, no estamos hablando de un concepto único. La práctica de cuantificar la inteligencia de un individuo fue ideada por el psicólogo francés Alfred Binet, quien inventó el coeficiente intelectual (CI) como método para estimar la edad intelectual de un niño respecto a su edad biológica. Binet se cuidó bien de precisar que este tipo de test sería útil para distinguir niños con problemas de niños normales, pero nunca como baremo entre niños normales ni como medida de la inteligencia. A pesar de estas advertencias de Binet, el CI se ha utilizado de manera indiscriminada en multitud de situaciones que ha acabado estigmatizando colectivos de manera absurda. Un ejemplo de dicho abuso está representado por aquellos que creen ver en el mayor CI en las clases económicamente más favorecidas un reflejo de su superioridad intelectual frente a las demás clases, confundiendo la causa con el efecto. El aprendizaje es, ante todo, una actividad que se despliega en toda su plenitud durante las primeras etapas del desarrollo animal. En el hombre, los primeros años determinan la adquisición de las facultades que más adelante actuarán como partes implícitas en la maquinaria mental, tales como la atención, la percepción o el lenguaje. Al pasar por las distintas fases de crecimiento, cada individuo se enfrenta al conocimiento del mundo de un modo personal y único. No existen dos experiencias vitales exactamente iguales, lo mismo que no existen dos personas genéticamente iguales, con excepción de los hermanos gemelos. La inteligencia se adquiere paulatinamente y, ante todo, está en manos de la educación familiar y del entorno social inmediato, que determinará el desarrollo de las capacidades cognitivas, las cuales cimentarán las posibilidades para acceder al aprendizaje. No hay genios que hayan aprendido de la ignorancia. Sin embargo, no se puede negar que ciertas características personales determinadas en nuestra herencia genética predispongan a una mejor capacidad para adquirir y desarrollar las capacidades cognitivas. Así, la existencia de niños precoces en determinadas disciplinas como la música, las matemáticas o el ajedrez, dejan constancia de que también la genética desempeña un importante papel en el desarrollo de la inteligencia humana.