Esbozo histórico de la genética.

Esbozo histórico de la genética.

Por Francisco Mundo.

Desde el inicio de las primeras civilizaciones agrícolas y ganaderas en la historia, los pueblos han hecho actividades de selección de especies, semillas y generaciones de plantas y animales.  En el ejercicio de la producción, observaron que ciertas especies tenían más resistencia a plagas, climas y almacenamientos.  El ganado que más les proveía de carne, leche y menos se enfermaba era más cuidado y protegido.  Con ello iniciaba la intervención del hombre en la herencia genética de esas especies. Y esa actividad de cruzamiento selectivo de especies dio por resultado a lo largo de años y experimentos, que aparecieran variedades distintas de plantas y animales con más ventajas que sus predecesoras para resistir climas, para dar más usufructos y ser candidatos a padres de las siguientes generaciones.

De tal manera que con la aparición y desarrollo de la ganadería y la agricultura en una larga lista de pueblos que las cultivaron, apareció un registro de la herencia de varias generaciones, llamado también genealogía o pedigree.  Un animal bajo encierro y control del hombre en mucho tiempo logra una herencia mejor en varias generaciones y es más apreciado que uno que no lo ha sido o que es cazado furtivamente. Las semillas de un granjero que han sido producto de la cruza de varias generaciones exitosas anteriores son más apreciadas que las que se hayan en el campo sin cultivar por mucho tiempo.

De tal manera que las culturas y los pueblos fueron haciendo una selección de genealogías a través de generaciones en plantas y animales y así podía esperarse que las últimas generaciones fueran comparativamente mejores que sus antepasados en tamaño, resistencia y a su vez predecesores ideales.  Los pueblos sabían que el cruzamiento selectivo funcionaba –aunque a veces no- pero no sabían cómo lo hacía. Y ese desconocimiento fue el imperante hasta que se creo la genética y con ella una explicación de los procesos de la herencia.

La herencia de un individuo o especie es el conjunto de instrucciones químicas codificadas en el ADN que se reciben a través de las células sexuales de sus progenitores.  Cada especie tiene su propia estructura biológica básica y cada una de sus generaciones se parece a sus antepasados biológicos.  Sin embargo, existen diferencias entre los progenitores y sus descendientes, a veces se les parecen mucho o a sus abuelos o a veces con características totalmente nuevas.  Charles Darwin al observar a las especies llamó a estas diferencias “variaciones” y basó su hasta entonces teoría de la evolución en que las variaciones favorables subsistieron con un proceso largo de selección natural.

Pero además de ello otro factor que afecta o condiciona el largo desarrollo histórico de una especie es su ambiente, factor que es muy complejo y que afecta el desarrollo de las especies a través de Eras completas.  La relación entre medio ambiente y la genética es muy compleja y debe ser considerada en la medida en que ambos muestran cambios considerables en largos períodos de tiempo.  El medio ambiente es la suma de todas las sustancias, organismos y fuerzas que afectan a la especie a lo largo de toda su vida y que puede condicionarle a efectuar mutaciones y adaptabilidades a sus nuevas condiciones de alimentación, clima, humedad y topografías; la genética es la rama de la Biología que se avoca al estudio de las semejanzas y diferencias hereditarias y devela la manera en que se producen no solo a nivel de ADN sino en sus indefectible interrelación con el medio ambiente.

Si todos los descendientes de una especie fueran iguales entre si no habría objetivos de la genética. Así, el estudio de la herencia infiere las diferencias como similitudes entre los progenitores y sus descendientes durante una larga serie de generaciones, no solo de una a otra y relacionándolas con su hábitat.  Los biólogos empezaron a investigar las características que podían ser hereditarias y que la mayoría de los aspectos de la vida de las especies tienen precisamente una base genética pero también que pueden aparecer en mas de una forma.  La herencia es muy compleja y  por ello no es posible compendiar todas las características de un organismo en una sola vez y en la medida que la biología va resolviendo  las complejidades de la herencia no deja de lado que los organismos viven en un ambiente complejo.

Debe considerarse que un medio ambiente determinado, si tiene cambios y por largo tiempo, puede afectar el nivel en que un organismo transforma una característica hereditaria. Por ello debe de investigar cuales son lo elementos de ambiente que más modifican a los organismos y solo así sabrá más cercanamente si los cambios son debidos a la herencia o no.  Los individuos pueden transmitir algunas condiciones hereditarias a sus descendientes aunque sus progenitores no las presenten, algunas características parecen no ser afectadas por el ambiente y algunos aspectos son más el resultado de la influencia del ambiente y ser muy alejados de la herencia.

Esos mecanismos de la herencia se desconocían durante miles de años de civilización hasta que el monje Gregor  Mendel en 1865, tras 8 años de investigaciones y experimentos en su jardín en la antigua Checoslovaquia, desentrañó inicialmente algunos mecanismos de la genética en tres puntos principales:

1)       estudió la descendencia de muchos pares de progenitores en lugar de un solo cruzamiento,

2)       el hecho de utilizar las matemáticas para sus experimentos en base al número grande de descendientes de sus experimentos, tanto para analizar sus datos como para lograr una teoría que explicara sus resultados en esos cruzamientos.

3)       Seleccionó solo algunos caracteres hereditarios y no intentó estudiar toda la descendencia al mismo tiempo, además de seleccionar caracteres con apariencia contrastante.

Sin embargo, hay que señalar, que dados los niveles de avance y conocimiento científicos de la época en que Mendel hizo estos trabajos, donde no se conocían los genes y los cromosomas, ni mucho menos la división celular, sus trabajos solo lograron conclusiones de las procesos de cruzamiento y solo hasta mucho tiempo después con el avance de la ciencia, fue posible conjuntar los conocimientos de la célula  con los principios descubiertos por Mendel.

Algunas conclusiones de los trabajos de Mendel son:

1)       hay factores definidos que determinan la herencia de los caracteres,

2)       para cualquier carácter, el individuo posee dos genes que pueden ser iguales o diferentes,

3)       cuando dos genes son diferentes uno controla el carácter o es dominante, y otro permanece oculto o es recesivo,

4)       los dos genes se distribuyen sin alteración y con probabilidades iguales en los gametos,

5)       en el momento de la fecundación, la unión es al azar en los gametos, lo que resulta que pueda predecirse la proporción de caracteres entre la descendencia, no presentando ésta características intermedias entre los gametos originarios.

Los trabajos de Mendel tienen su valor muy particular.  Fueron limitados dados los elementos de experimentación con que él contaba y sin auxiliarse de otras ramas de la ciencia que después aparecerían, además de que sus trabajos solo se limitaron a cierto número de especies.  Después de la publicación de los trabajos de Mendel, los biólogos de la época desconocían sus experimentos, además de que no admitían que las matemáticas ayudaran a explicar un proceso biológico como lo era la genética de las plantas en su cruzamiento, además de que el mismo Mendel mencionaba que sus estudios eran útiles para el estudio de la evolución y los investigadores se verían comprometidos con sus conclusiones científicas que no obedecieran a ciertos cánones.  Fue hasta 1900 cuando tres biólogos, Tschermak en Austria, Veries en Holanda y Correns en Alemania, trabajando independientemente, reconocieron que los trabajos del clérigo checoslovaco tenia todo del fundamento y se iniciaba así la investigación de la genética, y los primeros pasos fueron hacia la teoría cromosomática, los genes ligados y la herencia ligada al sexo.

La Genética después de Mendel: Teoría Cromosómica de la herencia.- Iniciando el Siglo XX, cuando las técnicas para el estudio de la célula ya empezaban a desarrollarse, se pudo conocer que los genes estaban formados por ácido desoxirribonucleico (ADN) y que se encontraban dentro de unas estructuras en el citoplasma justo antes de cada proceso de división celular. A estas estructuras se las llamó cromosomas, término que significa « cuerpos coloreados », por la intensidad con la que fijaban determinados colorantes al ser teñidos para poder observarlos al microscopio. Y no solo eso, sino que se vio que estos aparecían repetidos en la célula formando un numero determinado de parejas de cromosomas homólogos característico de cada especie, uno de los cuales se heredaba del padre y el otro de la madre. Se llegó a la comprobación de que el número de pares de cromosomas no dependía de la complejidad del ser vivo: en el hombre se contabilizaron 23 pares de cromosomas, mientras que en una planta como el trigo podían encontrarse hasta 28 pares. 

Conociendo todo esto y con base en los estudios realizados en 1906 por el zoólogo estadounidense Thomas H. Morgan sobre los cromosomas de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), se pudo elaborar la teoría cromosómica de la herencia donde se establecía de manera inequívoca la localizaron física de los genes en la célula. Gracias a esta teoría se pudo conocer y explicar los casos en los que no se cumplían con exactitud las leyes de Mendel. De manera parecida a Mendel, Morgan cruzó de manera sistemática diferentes variedades de moscas del vinagre. Estas moscas ofrecían muchas ventajas con respecto a los guisantes escogidos por Mendel para sus experimentos, ya que tienen un ciclo vital muy corto, producen una gran descendencia, son fáciles de cultivar, tienen tan solo cuatro cromosomas y presentan características hereditarias fácilmente observables, como el color de los ojos, la presencia o ausencia de alas, etcétera.  El desarrollo de la ciencia siempre da alternativas cuando los pioneros científicos tienen imaginación y buscan alternativas.

Herencia de genes ligados.- La investigación con las moscas del vinagre proporcionó a Morgan evidencias de que los caracteres no eran heredados siempre de forma independiente tal y como había postulado Mendel en su tercera ley. Supuso que al haber solo cuatro cromosomas diferentes, muchos genes debían estar «ligados», es decir, debían compartir el mismo cromosoma y por ello mostrar una clara tendencia a transmitirse juntos a la descendencia. No obstante, las conclusiones realizadas por Mendel años atrás, no dejaban de ser correctas para los genes «no ligados». Solo la casualidad hizo que Mendel escogiese para los cruces de sus plantas características determinadas por genes situados en cromosomas distintos.

Herencia ligada al sexo.- En uno de sus primeros experimentos, Morgan cruzó un macho de moscas de ojos rojos (normales) con una hembra que había encontrado casualmente y que tenia los ojos blancos. Las moscas que obtuvo en esta primera generación o F1 tenían todas los ojos rojos, tal y como se describe en la primera ley de Mendel. Pero cuando cruzó entre si estas moscas para obtener la segunda generación filial o F2, descubrió que los ojos blancos solo aparecían en las moscas macho y además como un caracter recesivo. Por  alguna razón, la característica «ojos blancos» no era transmitida a las moscas hembras, incumpliendo, al menos parcialmente, la segunda ley de Mendel. Al mismo tiempo, en sus observaciones al microscopio, Morgan había advertido con extrañeza que entre los cuatro pares de cromosomas de los machos, había una pareja en la que los cromosomas homólogos no tenían exactamente la misma forma. Era como si a uno de ellos le faltase un trozo, por lo que a partir de ese momento a esta pareja se la denominó cromosomas XY. Sin embargo en la hembra, la misma pareja de cromosomas homólogos no presentaba ninguna diferencia entre ellos, por lo que se la denominó cromosomas XX.  Morgan pensó que los resultados anómalos del cruzamiento anterior se debían a que el gen que determinaba el color de los ojos se encontraba en la porción que faltaba en el cromosoma Y del macho.  Por tanto, en el caso de las hembras (xx) al existir dos alelos, aunque uno de ellos fuese el recesivo (ojos blancos), el carácter manifestado era el normal (ojos rojos). En los machos, sin embargo, al disponer únicamente de un alelo (el de su único cromosoma X), el carácter recesivo si que podía ser observado. De esta manera quedaba también establecido que el sexo se heredaba como un carácter más del organismo.

Cada gen tiene una posición determinada y fija en el cromosoma. Lo mismo da que sea el cromosoma de un aborigen africano, el de un indígena mexicano, del Amazonas o uno”pies negros” de USA o un anglosajón, normando o germano de Europa. Y cuando los errores aparecen, lo hacen para todos igual. Así, por ejemplo, el mongolismo, también conocido con el nombre de trisomía del cromosoma 21 o síndrome de Down, tiene el mismo origen genético para todos los seres humanos: un cromosoma de más.  Desde 1909 el médico ingles Archibald Garrold descubrió que algunos rasgos hereditarios se correspondían con enfermedades metabólicas caracterizadas por la ausencia de una reacción bioquímica conocida.  Garrold propuso que tales trastornos, a los que denomino errores innatos del metabolismo, se debían a la ausencia de la enzima que mediaba la reacción. Este es el caso de la enfermedad conocida como fenilcetonuria o idiotez fenilpiruvica, en la que el aminoácido  fenilalanina no puede transformarse en otro aminoácido similar, la tirosína. 

Si un gen sano dirige la síntesis de una proteína sana y juega un papel concreto en el buen funcionamiento del organismo, podrá entenderse que si el gen en cuestión presentara un grave defecto, este puede repercutir en la salud de la proteína. ¿Cómo? Pues muy sencillo: impidiendo que se fabrique o que, de lo contrario, presente una anomalía en su estructura que le impida ejercer su trabajo.   Si existen entre 50.000 y 100.000 genes, esto quiere decir, en potencia, habrá el mismo número de trastornos genéticos.

Los médicos conocen en la actualidad alrededor de 3.500 enfermedades relacionadas con un patrimonio genético imperfecto, y han logrado aislar unos 1.800 genes implicados en la aparición de estos males. Más de 10.000 investigadores en todo el mundo estaban rastreando el genoma humano, en busca de nuevos genes. Algunos frutos ya se han recogido.

Recientemente un grupo de científicos (ya no hay científicos solitarios y dementes como los que el cine presentaba en los años del Dr. Jeykill o del Dr. Frankenstein) de la universidad de California en Los Ángeles ( UCLA ), en colaboración con otro equipo del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en San Antonio, descubrieron una pieza de ADN que contribuye a la aparición del cáncer de colon; Ernest P. Noble, de la UCLA, y Kenneth Blum, de la Universidad de Texas en San Antonio, conmocionaron al mundo de la medicina, al anunciar que habían dado caza a un gen en el cromosoma 11, que estaría implicado con algunas formas de alcoholismo; un grupo de investigadores británicos del Fondo Imperial para la Investigación del Cáncer y del Consejo de Investigación Médica hacían público el hallazgo del gen que determina el sexo masculino, en una pequeña región del cromosoma sexual Y. Cuando se activa en el embrión, el gen pone en marcha los mecanismos para la formación de los testículos, marcando el sexo definitivo del futuro bebe; científicos norteamericanos de la Facultad de Medicina John Hopkins, de Baltimore, descubrieron cuatro mutaciones genéticas que parecen ser responsables del siete por ciento de los casos de fibrosis quística o mucoviscosidosis; Francis S Collins, de la Universidad de Michigan, y Lap - Chee Tsui, del hospital para niños enfermos de Toronto, trabajaron sobre el gen de la mucoviscosidosis en uno de los brazos del cromosoma 7, y en un número de la revista especializada Journal of National Cáncer Institute, un equipo de científicos norteamericanos ha manifestado la posibilidad de un origen genético para el cáncer de pulmón.

Quizá cuando se inició el proyecto, las personas no le dieron la trascendencia que tenía, (la desinformación y la falta de divulgación no dejan de ser un mal para la comprensión, avance y entusiasmo por la misma ciencia), pero parece que fue ayer cuando el Instituto Nacional de la Salud y el Departamento de Energía norteamericano, respaldado por el gobiernos de otros países, pusieron en marcha uno de los proyectos más ambiciosos en la historia de la biología: el Proyecto Genoma de EE.UU. en el que se han invertido 3.000 millones de dólares. Su objetivo: secuenciar el mensaje genético del ser humano, es decir, determinar ordenadamente la cadena de 3.000 millones de bases que forman la molécula de ADN.  Cuando hayan pasado muchos años de manejo de las estructuras del ADN, la medicina del siglo XXI sufra una auténtica revolución, en la que se dé el salto definitivo del tratamiento a la prevención de enfermedades.

Hoy los médicos pueden tratar a pacientes en el momento en que aparecen los primeros síntomas de una enfermedad.   En el futuro, los especialistas tendrán a su disposición las armas para identificar los genes que podrían causar algún serio problema en el paciente en cualquier etapa de la vida, y de esta manera sacar ventaja y adelantar soluciones.

Algunos ejemplos del avance de la genética pueden resumirse así: Hemofilia: Deficiencia del proceso normal de coagulación sanguínea causada por la ausencia de una proteína coagulante. El gen fue aislado y clonado en 1984; Alcoholismo: En marzo de 1990, investigadores de Utah, EE.UU., anunciaban que un gen localizado en el cromosoma 11 podría estar implicado en el desarrollo de este mal; Corea de Huntington: Trastornos neurológicos, como perdida de memoria y movimientos incontrolados. El gen se halla en el cromosoma 4; Anemia Falciforme: Mal causado por la fabricación de hemoglobina defectuosa, incapaz de transportar el oxigeno en la sangre. El gen mutante fue aislado en 1980; Mucoviscosidosis: O fibrosis quística. Gen anómalo encontrado en el año 1990 en el cromosoma 7. Afecta a miles de niños, ocasionándoles trastornos respiratorios y digestivos; Hipotiroidismo Congénito, Afecta a niños provocando retraso mental profundo si no es detectado antes de los seis meses; Determinante del Sexo: En julio de 1991, biólogos británicos  anunciaban que el sexo del embrión viene determinado por la activación de un gen hallado en el cromosoma masculino Y;  Retraso Mental del X - Frágil : Se trata de la causa hereditaria m s frecuente de retraso mental. Se caracteriza por una especie de ruptura de uno de los brazos del cromosoma X; Miopatia de Duchenne: Atrofia muscular que aparece hacia los dos años de edad y desemboca en una parálisis total; Maníaco - Depresión: También llamada enfermedad bipolar, afecta a un 2 por ciento de la población. El gen responsable fue localizado en 1987, en el cromosoma 11; Esquizofrenia: Afecta al 1 por ciento de la población. En 1989 psiquiatras de la Universidad de Londres encontraron el gen de la locura en una región del cromosoma 5; Síndrome de Lesch Nyhan, Ceguera y parálisis. Aparece con una frecuencia de 1 en 3000 en las poblaciones judías originarias en Europa Central. El gen clonado en 1980; Malformaciones Congénitas: El riesgo de una embarazada tenga un hijo con una malformación genética en el nacimiento es del cuatro por ciento. Entre los casos comunes se destacan: Hidrocefalia: Tamaño desmesurado de la cabeza debido a la acumulación excesiva de líquido en el interior del cráneo. Microcefalia: Cabeza pequeña y generalmente deforme, ocasionada por un subdesarrollo de la caja craneal. Labio Leporino: Presencia en el recién nacido de una gran hendidura en el labio. Ano Imperfecto: Deformidad conocida también como imperforación. El bebe nace sin ano. Espina Bífida: Defecto del tubo neural que consiste en una anomalía en el cierre de uno o más vértebras.

No solo la genética tendrá como fin la salud humana y animal, sino el descubrir cómo pueden utilizarse recursos genéticos para que el reino vegetal supere las enfermedades, la contaminación y brinde potencialidades de alimentos en todo el mundo.  Los alimentos transgénicos es una polémica aún no terminada, y los radicalismos en este ámbito deben ser sustituidos por la mesura y la investigación.  Cabe mencionar el lamentable caso de la Dra. Blanca San Segundo del Consejo Superior de Investigaciones científicas de Barcelona, donde realizaba estudios de la resistencia de los cultivos en la relación insectos-plantas: El lepidóptero Chilo suppresalis constituye una de las peores plagas de las plantaciones de arroz, pero no es capaz de atacar las plantas de maíz. La Dra. San Segundo y su equipo habían conseguido introducir uno de los genes de defensa del maíz (un inhibidor de proteasas) en el arroz, confiriendo así a las plantas transgénicas una resistencia inmediata frente al ataque de Chilo. Se lograba así un proceso natural para atacar plagas sin el uso masivo y maligno de insecticidas que daña el medio ambiente y la salud humana, sin embargo, un día, un grupo de opositores entro al recinto y destruyo todas las plantas transgénicas.

Hay casos en que organizaciones como greenpeace y otras muchas más que protestan justamente frente a los abusos de empresas mundiales que comercializan con alimentos transgénicos que dañan la salud de los consumidores aunque hace ganar mucho a esas empresas. Fue el caso de Junio del 2006 en España donde se trató ante el Ministerio de agricultura y medio ambiente las normas que legitiman la presencia de transgénicos y los alimentos que no lo son.  La ingeniería genética, tal como se está aplicando hoy en día a la producción de alimentos resistentes a los potentes plaguicidas, por las grandes compañías químico-farmacéuticas, que acaparan paulatinamente el mercado de la agroalimentación, supone un auténtico peligro para la salud de las personas, caso de ingerir alimentos con la estructura genética modificada, puesto que esta alteración, es aprovechada, en las fase de producción, para saturar aun más a la planta de potentes pesticidas, que ingerimos nosotros en parte, que inevitablemente también terminan contaminando el suelo y las aguas.

La genética no cesa de su intima interrelación con el medio ambiente.  Desde tiempos prehistóricos, el ambiente condicionó en mucho el tipo de estructura genética y de herencia de las especies.  Cuando los primeros peces que salieron del agua para ir a tierra como los crosopterigios hace 400 millones de años, pasando por las radiaciones estelares que irrumpían en las estructuras celulares en los seres vivos del planeta y crear así mutaciones no letales, las especies han visto condicionados sus desarrollos en y por el medio ambiente en que viven, incluyendo el grado en que éstos lo modifican: tal es el caso de los seres humanos, que  tan solo en los últimos instantes del día estelar del planeta han podido modificar su entorno en formas positivas como desastrosas.

El medio ambiente se ve amenazado ya por el calentamiento global, pero antes de ello ya esta pasando por radiaciones nucleares, radiaciones por centrales eléctricas, contaminación por mercurio, por químicos miles que caen a aguas, y suelos pasando a los alimentos.  También hay quienes buscan alternativas de uso de energía no fósil, de aprovechamiento de viento y energía solar, que no desea sino mantener sus aguas limpias aunque no las beba, que pugna por una genética que ayude y no degenere las especies vegetales. Todo ese ambiente si se mantiene en equilibrio no hará sino ayudar a que la genética –incluyendo la de los humanos- (recordar la talidomida, el cáncer de mama, la degeneración de la dermis por radiaciones, las muertes fetales o la infertilidad por causas ambientales cuando el medio ambiente ha sido malamente modificado con químicos vertidos inauditamente) y que los estudios de la herencia y descubrimientos de la ingeniería genética ayuden a prevenir enfermedades.

Ya se han anunciado avances en este ámbito, recientemente o desde principios del Siglo XX. Las tareas de la investigación científica en la genética están planteadas.  Los avances solo se dan en la medida de la voluntad política de gobiernos con visión de lo que puede ser el futuro médico rompiendo con los limitados recursos del presente.  La ciencia necesita de inversión de tiempo y dinero, de científicos y de normas políticas avanzadas. No es posible tener prejuicios morales en la creación de una política en el avance científico. Los beneficiarios no pueden ser otros más que los mismos humanos y las especies de animales y plantas que venzan sus enfermedades. La biotecnología, la manipulación genética, la ingeniería genética y todos los medios para que los secretos de la vida sean develados no harán sido terminar los trabajos que algún día en el 1865 un clérigo de Checoslovaquia había iniciado usando la ciencia para descubrir una meta que no era otra cosa sino develar esos secretos de la vida.