Descubrindo os segredos dos cromosomas

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

• Genetika

Durante dous anos, 147 investigadores traballaron en 35 laboratorios europeos paira secuenciar o terceiro cromosoma de fermento de pan (é dicir, Saccharomyces cerevisiae). Por primeira vez no mundo coñecen todas as bases dun cromosoma.

Ten dezaseis cromosomas e aquí móstranse separados por electroforesis. Contén un total de 13.612.00 nucleótidos. Obsérvase que o terceiro cromosoma secuenciado até agora é un dos máis pequenos.

Por que elixiron este fermento paira realizar un estudo tan importante? Este fermento, que serviu durante miles de anos paira facer pan, pode servir de exemplo a todas as plantas e animais de todo o mundo. No seu patrimonio xenético hai tamén xenes de insectos, plantas e seres humanos. No entanto, dado que tan só aclarouse o terceiro dos 16 cromosomas do fermento, esperamos que aínda teñamos moitas sorpresas. É posible atopar o xene da insulina (que regula a taxa de azucre no sangue) ou que produce cancro. Non é o home o ser humano o ser que ten todos os xenes deste fungo microscópico e ademais os seus?

Digamos que os organismos vivos clasifícanse en grupos denominados procarioto e eucarario. Nos procariotas (por exemplo, bacterias e algas azuis), o conxunto de xenes ou o xenoma non se atopa no núcleo da célula que a delimita e nos eucariotas (en todas as demais especies) o xenoma atópase no núcleo da célula. O fermento de pan é un eucarioto simple e o home un eucarioto máis complexo. Por iso, si no fermento, por exemplo, atopásense xenes de cancro ou oncogenes, sería una oportunidade única paira analizar a súa influencia no ser humano.

Con todo, o fermento de pan non é de interese exclusivamente médico. As distintas cepas ou escorias de Saccharomyces cerevisiae utilízanse tamén na industria, ademais de en panadarías, na industria vitivinícola e de cervexa, e nestas actividades móvense miles de millóns de dólares. Por iso, ao redor de catro mil científicos no mundo investigan si uno dos 600 que hai na natureza é un dos tipos de fermento.

Actualmente estase estudando en Europa o segundo e undécimo cromosoma de fermento, con máis da metade dos xenes secuenciados. Os cromosomas primeiro, quinto, sexto e noveno están a ser explorados por investigadores de Canadá, Estados Unidos, Xapón e Gran Bretaña respectivamente. En breve, outro cinco cromosomas 7, 8, 10, 14 e 15 comezarán a secuenciarse na rede europea de laboratorios e espérase que paira o ano 2000 descubran todos os segredos do xenoma do fermento. O alto nivel de información e os sistemas de traballo que entón se van a dominar van permitir acometer tarefas maiores. Por exemplo, paira estudar completamente o xenoma humano será necesario secuenciar máis de 50.000 xenes e miles de investigadores en todo o mundo terán que facelo.

Pero debido á cantidade de diñeiro e ao traballo que supón explorar por completo o xenoma humano, esta tarefa non estará terminada mañá ou pasado. No momento da súa realización identificaranse os xenes que producen máis de 3.000 enfermidades xenéticas actualmente inventariadas. Desta forma conséguese una mellor comprensión, tratamento e, talvez, prevención destas enfermidades.

O fermento de pan ten algunhas vantaxes paira a investigación. Do mesmo xeito que as bacterias (como Escherichia coli, por exemplo), é un organismo unicelular facilmente manipulable, pero ao ser eucariota ten núcleo e funcións biolóxicas como os seres vivos superiores. A pesar de ser duascentas veces menor que o xenoma humano, o xenoma do fermento contén toda a información necesaria paira a vida da célula. Noutras palabras, é un modelo de tamaño reducido da célula.

O núcleo do fermento pode considerarse un libro formado por unha molécula (ADN ou acedo desoxirribonucleico) que transmite a mensaxe xenética. Só se utilizan catro letras (base ou nucleótido) paira escribir o libro: A (adenina), C (citosina), G (guanina) e T (timina). O libro do fermento consta de dezaseis capítulos ou cromosomas, cun total de 7.000 parágrafos ou xenes, cada un coa mensaxe dunha característica xenética heredable. O volume total estimado do libro é de 13.600.000 letras ou nucleótidos.

O terceiro cromosoma analizado en trinta e cinco laboratorios europeos, de 182 xenes, é un dos capítulos máis breves de todo o libro, con só un 2,5%. Os seus 315.356 nucleótidos forman os 182 xenes, pero tamén as secuencias xenéticas que non aparecen na propia misión. Secuencias de regulación, partes repetidas, intrusiones, etc. son. Non teñen código pero son importantes paira expresar o xene. No fermento os xenes considéranse máis de dous terzos do xenoma e o resto está formado por secuencias non codificadas.

Por cada xene que destacou no terceiro cromosoma do fermento, investigadores de diferentes laboratorios consultaron tres grandes bases de datos: a alemá de Heidelberg, a estadounidense dos Alamos e a xaponesa de Mishima. Tras a consulta, descubriron que 37 destes 182 xenes eran coñecidos por ser atopados previamente con métodos de xenética clásica.

Hai que dicir que despois de que Pasteur descubrise o papel do fermento na fermentación do alcol, este microorganismo analizouse constantemente nos laboratorios. A bacteria Escherichia coli é outro microorganismo que se investiga constantemente nos laboratorios. Tanto una como outra son fáciles de manipular e reproducir. Até o momento, por tanto, os 37 xenes descritos atopáronse sen ningún plan concreto, pero os 117 restantes 145 xenes do terceiro cromosoma non teñen semellanza na natureza e os xenéticos codifican funcións que aínda non coñecen. Outros 14 xenes son similares aos coñecidos en cromosomas distintos ao terceiro. Por último, os 14 xenes restantes son os presentes nalgunhas especies animais e vexetais.

Estas similitudes ás veces son imprevisibles e sorprendentes. Por exemplo, no fermento hai un xene que codifica o pigmento branco do ollo da mosca de vinagre (drosofila), aínda que o fermento non teña ollo. Tamén contén un xene que determina o sexo no ser humano e que recentemente se atopou no cromosoma E. Tamén lle atoparon un xene paira fixar nitróxeno na simbiose con algunhas plantas lacadas. Aínda que o fermento non fixa nitróxeno, estes xenes eran esenciais paira o fermento.

Xenes do tabaco, dos ratos e funcións superiores da vida celular (respiración, sexualidade, síntese de proteínas, metabolismo, etc.) no terceiro cromosoma de fermento que atoparon similares aos que aseguran.

Todo iso indica que animais e plantas son consecuencia de seres celulares moi simples e similares creados fai catro mil millóns de anos. Nestes organismos primitivos hai uns xenes comúns en todas as especies, incluso as máis complexas.

Está por desvelar por que evolucionaron moi pouco ao nacer uns seres vivos de orixe e outros evolucionaron pola súa constante evolución. Doutra banda, é necesario aclarar como se engadiron aditivos ao programa xenético inicial e chegouse á diversidade de especies existentes. Estes misterios da evolución entenderanse mellor cando leve a cabo a secuenciación do fermento e outras especies vexetais e animais. A secuenciación dos procariotas Escherichia coli e Bacillus subtilis (por tanto, menos evolucionados que o fermento) pode estar terminada paira o ano 2000.

Ademais, en Europa, Estados Unidos e Xapón estanse secuenciando nos laboratorios os seguintes eucariotas: Schizosaccharomyces pombe (fermento utilizado en África paira a captura de bebidas), Arabidopsis thaliana (planta pequena como a colza e os reflexos, con só cinco cromosomas, con 70 millóns de nucleótidos “máis”), Cænorhabditis elegans (un milímetro de talla rápida que vive na terra) e un milímetro de melodá malagudo de laboratorio,

Actualmente as investigacións de Saccharomyces cerevisiae, Bacillus subtilis, Cænorhabditis elegans e Arabidopsis thaliana están a funcionar a bo ritmo. Só hai planificación do resto por problemas de financiamento. De feito, identificar un nucleótido custa una media de dous dólares, e hai que ter en conta que o home ten tres mil millóns.