Descobrint els secrets dels cromosomes

1993/11/01 Alargunsoro, F. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Genetika

Durant dos anys, 147 investigadors van treballar en 35 laboratoris europeus per a seqüenciar el tercer cromosoma de llevat de pa (és a dir, Saccharomyces cerevisiae). Per primera vegada en el món coneixen totes les bases d'un cromosoma.

Té setze cromosomes i aquí es mostren separats per electroforesis. Conté un total de 13.612.00 nucleòtids. S'observa que el tercer cromosoma seqüenciat fins ara és un dels més petits.

Per què van triar aquest llevat per a realitzar un estudi tan important? Aquest llevat, que ha servit durant milers d'anys per a fer pa, pot servir d'exemple a totes les plantes i animals de tot el món. En el seu patrimoni genètic hi ha també gens d'insectes, plantes i éssers humans. No obstant això, atès que tan sols s'ha aclarit el tercer dels 16 cromosomes del llevat, esperem que encara tinguem moltes sorpreses. És possible trobar el gen de la insulina (que regula la taxa de sucre en la sang) o que produeix càncer. No és l'home l'ésser humà l'ésser que té tots els gens d'aquest fong microscòpic i a més els seus?

Diguem que els organismes vius es classifiquen en grups denominats procarioto i eucarario. En els procariotes (per exemple, bacteris i algues blaves), el conjunt de gens o el genoma no es troba en el nucli de la cèl·lula que la delimita i en els eucariotes (en totes les altres espècies) el genoma es troba en el nucli de la cèl·lula. El llevat de pa és un eucarioto simple i l'home un eucarioto més complex. Per això, si en el llevat, per exemple, es trobessin gens de càncer o oncogenes, seria una oportunitat única per a analitzar la seva influència en l'ésser humà.

No obstant això, el llevat de pa no és d'interès exclusivament mèdic. Els diferents ceps o escòries de Saccharomyces cerevisiae s'utilitzen també en la indústria, a més d'en fleques, en la indústria vitivinícola i de cervesa, i en aquestes activitats es mouen milers de milions de dòlars. Per això, al voltant de quatre mil científics en el món investiguen si un dels 600 que hi ha en la naturalesa és un dels tipus de llevat.

Actualment s'està estudiant a Europa el segon i onzè cromosoma de llevat, amb més de la meitat dels gens seqüenciats. Els cromosomes primer, cinquè, sisè i novè estan sent explorats per investigadors del Canadà, els Estats Units, el Japó i Gran Bretanya respectivament. En breu, altres cinc cromosomes 7, 8, 10, 14 i 15 començaran a seqüenciar-se en la xarxa europea de laboratoris i s'espera que per a l'any 2000 descobreixin tots els secrets del genoma del llevat. L'alt nivell d'informació i els sistemes de treball que llavors es dominaran permetran escometre tasques majors. Per exemple, per a estudiar completament el genoma humà serà necessari seqüenciar més de 50.000 gens i milers d'investigadors a tot el món hauran de fer-ho.

Però a causa de la quantitat de diners i al treball que suposa explorar per complet el genoma humà, aquesta tasca no estarà acabada demà o passat. En el moment de la seva realització s'identificaran els gens que produeixen més de 3.000 malalties genètiques actualment inventariades. D'aquesta forma s'aconsegueix una millor comprensió, tractament i, tal vegada, prevenció d'aquestes malalties.

El llevat de pa té alguns avantatges per a la recerca. Igual que els bacteris (com a Escherichia coli, per exemple), és un organisme unicel·lular fàcilment manipulable, però en ser eucariota té nucli i funcions biològiques com els éssers vius superiors. Malgrat ser dues-centes vegades menor que el genoma humà, el genoma del llevat conté tota la informació necessària per a la vida de la cèl·lula. En altres paraules, és un model de grandària reduïda de la cèl·lula.

El nucli del llevat pot considerar-se un llibre format per una molècula (ADN o àcid desoxiribonucleic) que transmet el missatge genètic. Només s'utilitzen quatre lletres (base o nucleòtid) per a escriure el llibre: A (adenina), C (citosina), G (guanina) i T (timina). El llibre del llevat consta de setze capítols o cromosomes, amb un total de 7.000 paràgrafs o gens, cadascun amb el missatge d'una característica genètica heretable. El volum total estimat del llibre és de 13.600.000 lletres o nucleòtids.

El tercer cromosoma analitzat en trenta-cinc laboratoris europeus, de 182 gens, és un dels capítols més breus de tot el llibre, amb només un 2,5%. Els seus 315.356 nucleòtids formen els 182 gens, però també les seqüències genètiques que no apareixen en la pròpia missió. Seqüències de regulació, parts repetides, intrusions, etc. són. No tenen codi però són importants per a expressar el gen. En el llevat els gens es consideren més de dos terços del genoma i la resta està formada per seqüències no codificades.

Per cada gen que ha destacat en el tercer cromosoma del llevat, investigadors de diferents laboratoris han consultat tres grans bases de dades: l'alemanya de Heidelberg, l'estatunidenca dels Alamos i la japonesa de Mishima. Després de la consulta, han descobert que 37 d'aquests 182 gens eren coneguts per haver estat trobats prèviament amb mètodes de genètica clàssica.

Cal dir que després que Pasteur descobrís el paper del llevat en la fermentació de l'alcohol, aquest microorganisme s'ha analitzat constantment en els laboratoris. El bacteri Escherichia coli és un altre microorganisme que s'investiga constantment en els laboratoris. Tant l'una com l'altra són fàcils de manipular i reproduir. Fins al moment, per tant, els 37 gens descrits s'han trobat sense cap pla concret, però els 117 restants 145 gens del tercer cromosoma no tenen semblança en la naturalesa i els genètics codifiquen funcions que encara no coneixen. Altres 14 gens són similars als coneguts en cromosomes diferents al tercer. Finalment, els 14 gens restants són els presents en algunes espècies animals i vegetals.

Aquestes similituds a vegades són imprevisibles i sorprenents. Per exemple, en el llevat hi ha un gen que codifica el pigment blanc de l'ull de la mosca de vinagre (drosofila), encara que el llevat no tingui ull. També conté un gen que determina el sexe en l'ésser humà i que recentment s'ha trobat en el cromosoma I. També li han trobat un gen per a fixar nitrogen en la simbiosi amb algunes plantes lacades. Encara que el llevat no fix nitrogen, aquests gens eren essencials per al llevat.

Gens del tabac, dels ratolins i funcions superiors de la vida cel·lular (respiració, sexualitat, síntesi de proteïnes, metabolisme, etc.) en el tercer cromosoma de llevat que han trobat similars als que asseguren.

Tot això indica que animals i plantes són conseqüència d'éssers cel·lulars molt simples i similars creats fa quatre mil milions d'anys. En aquests organismes primitius hi ha uns gens comuns en totes les espècies, fins i tot les més complexes.

Està per revelar per què han evolucionat molt poc en néixer uns éssers vius d'origen i uns altres han evolucionat per la seva constant evolució. D'altra banda, és necessari aclarir com s'han afegit additius al programa genètic inicial i s'ha arribat a la diversitat d'espècies existents. Aquests misteris de l'evolució s'entendran millor quan es dugui a terme la seqüenciació del llevat i altres espècies vegetals i animals. La seqüenciació dels procariotes Escherichia coli i Bacillus subtilis (per tant, menys evolucionats que el llevat) pot estar acabada per a l'any 2000.

A més, a Europa, els Estats Units i el Japó s'estan seqüenciant en els laboratoris els següents eucariotes: Schizosaccharomyces pombe (llevat utilitzat a Àfrica per a la captura de begudes), Arabidopsis thaliana (planta petita com la colza i els reflexos, amb només cinc cromosomes, amb 70 milions de nucleòtids “més”), Cænorhabditis elegans (un mil·límetre de talla ràpida que viu en la terra) i un mil·límetre de melodá malagudo de laboratori,

Actualment les recerques de Saccharomyces cerevisiae, Bacillus subtilis, Cænorhabditis elegans i Arabidopsis thaliana estan funcionant a bon ritme. Només hi ha planificació de la resta per problemes de finançament. De fet, identificar un nucleòtid costa una mitjana de dos dòlars, i cal tenir en compte que l'home té tres mil milions.