De genomas y constructivismo

Se completó el mapa genético humano [*]

«Somos archivos digitales del Plioceno africano, incluso de los mares del Devónico; depósitos ambulantes de la sabiduría de épocas remotas. Podríamos dedicar toda una vida a leer esta antigua biblioteca y morir sin saciarnos de sus maravillas»
Richard Dawkins

Por: Alfonso Hernández

El siglo XXI se inicia con la consolidación de un avance científico colosal: se ha completado, después de décadas de progresos en la investigación genética, la secuencia del genoma humano, el libro natural de la herencia, el plano de la máquina biológica. En abril pasado celebramos, además, el quincuagésimo aniversario del descubrimiento, hecho por James Watson y Francis Crick, de la estructura de la molécula de ADN, que dio origen a la biología molecular. La ocasión es propicia, entonces, para recordar algunas enseñanzas básicas de la materia y, a partir de ellas, reflexionar sobre la concepción y el rumbo que se le está dando a la educación colombiana.

Quien escribe estas líneas se atreve a ello no porque sea especialista en el tema, sino porque lo considera de interés general y porque es partidario resuelto de que el saber irrigue con su savia nutricia los cerebros de los ciudadanos comunes. Espera que si se ha colado algún error en la exposición que sigue, algún experto se moleste en darle la merecida reprimenda para que el yerro del autor se convierta pronto en conocimiento nuevo del lector. Si es harto difícil popularizar los descubrimientos en todos sus detalles, al menos los hechos fundamentales, el método y la concepción científica de las cosas han de divulgarse profusamente. Que el sabio no se encierre en la torre de marfil de sus laboratorios ni la gente se deje lastrar por las cadenas de la ignorancia, base primordial de fanatismos, engaños y opresión, fue propósito fundamental de Carl Sagan a lo largo de su vida y meta por la que debemos batallar sin descanso.

 Importancia

Como la base física de la herencia es compartida por todos los seres vivos, el genoma es archivo invaluable de historia natural, huella indeleble del origen de la vida y de su desenvolvimiento, registro de las mutaciones y parentescos entre las especies, que ofrece, además, atisbos acerca del entorno cambiante. El tema que había sido baluarte de brumosas interpretaciones sobrenaturales, encuentra en la bioquímica la explicación que disipa los misterios. La teoría de la evolución, tan acremente combatida, se confirma, mientras que la creación, dogma de fe, pierde todo asidero. A las indagaciones antropológicas y paleontológicas se les le abre un ventanal amplísimo y se les dota de una herramienta eficaz para entender cómo los hijos de Lucy se dispersaron a partir de África, formaron razas y se establecieron alrededor del mundo. Gracias a los desarrollos de la genética, hoy hay bacterias que producen insulina o permiten almacenar y propagar genes humanos que están en investigación. También se mejoran especies de plantas y animales.

En el genoma se encuentran los secretos más importantes de nuestra apariencia, conducta, tendencia a la enfermedad y respuesta a las drogas. La medicina vive una revolución sin precedentes, nuevas recetas y vacunas traerán alivio a quienes viven un infierno de padecimientos y discapacidades por causa de las alteraciones indeseables de la bioquímica de su organismo. La corea de Huntington, el cáncer, el reumatismo, la diabetes y muchas otras enfermedades, se enfrentarán con un arsenal médico nuevo.

¿Qué es el genoma?

Es la suma total de los genes de un organismo y está compuesto por ácidos desoxirribonucleicos (ADN), que se organizan en una hélice doble, larga escalera espiral, cuyos peldaños son cuatro bases nitrogenadas, a saber, timina (T), guanina (G), adenina (A) y citosina (C). A estas cuatro bases se les denomina también las letras del alfabeto genético, pues en ellas está expresado todo el mensaje de la herencia. En la mencionada espiral, la timina siempre se empareja con la adenina en un peldaño, y la guanina con la citosina en otro; a este emparejamiento se le reconoce a Watson y Crick. El genoma humano contiene 3.200 millones de bases y las «barandas» de la espiral están formadas por azúcares y fosfatos. Lo que se ha logrado establecer es la secuencia, el orden en que se organizan esos tres mil millones de bases en el genoma humano. Ese orden es el que determina la herencia.

«Sin duda la doble hélice es una molécula excepcional. El hombre moderno tiene unos 50 mil años de edad, la civilización tiene apenas 10 mil años de existencia y los Estados Unidos sólo tienen doscientos años de historia; pero el ADN y el ARN han existido durante miles de millones de años. Todo este tiempo la doble hélice ha estado ahí, activa, y aun así somos los primeros seres de la tierra que hemos llegado a cobrar conciencia de su existencia»                                                                                                                                                                           Francis Crick

 Los genes, distribuidos a lo largo del genoma, son la unidad básica de material hereditario, o sea que codifica, que contiene las instrucciones para ensamblar, a través de los ácidos ribonucleicos, (ARN las proteínas. Éstas son los bloques que conforman la vida, proveen la arquitectura estructural de las células y tejidos y las señales moleculares para coordinar la actividad celular. El genoma garantiza la transmisión de los rasgos y funciones mediante su replicación, es decir, mediante la copia exacta de sí mismo, aunque ocurren errores que originan enfermedades o capacidades excepcionales, estas últimas menos comunes. Codificar y replicar son, pues, las funciones del genoma y la dirección del proceso es ADN, que se transcribe en ARN y éste que se traduce en proteínas.

Replicación

Cuando la célula se divide, las dos tiras de ADN se usan como plantillas para formar unas nuevas. La doble hélice del tramo que se va a copiar se separa y se rompen los lazos entre los pares de bases. Una molécula de ADN polimerasa se mueve alrededor de cada una de las tiras originales de ADN, de tal manera que allí donde la tira vieja tiene adenina, se le une timina y si la que está presente es timina, se le une adenina. Igual sucede entre guanina y citosina. Se da una relación semejante a la existente entre una copia fotográfica y su negativo. De esta manera se garantiza que las nuevas células contengan la misma información genética que la célula que las origina. Es el mecanismo básico que ha creado la evolución para garantizar la herencia, requisito primordial de la supervivencia de las especies. Adicionalmente, grupos de enzimas se ocupan con gran celo de corregir la mayor parte de los errores que se cometen en esta tarea colosal de copiar tres mil millones de bases en unas pocas horas. La naturaleza, tan variada y rica, procede con frecuencia con mucha precisión. La labor de la ciencia ha consistido en captar, con la mayor exactitud y objetividad posibles, este proceso para entenderlo y, luego, poder incidir en él.

 Codificación

De los tres mil millones de bases que contiene el genoma humano alrededor de un 5% son genes, mientras que el 95% es el denominado «ADN basura» que no tiene una función conocida. En cuanto al número de genes, los humanos no sobrepasan en mucho los 30. 000.
Algo que parece sorprendente es que no hay correspondencia directa entre la complejidad del organismo y la cantidad de genoma ni el número de genes. Aunque el genoma humano contiene 200 veces más ADN que la levadura, iguala la cifra que corresponde a las ranas y a los tiburones, mientras que es insignificante frente al del tritón, un batracio, que tiene quince mil millones de pares de bases. En cuanto a los genes, esta falta de correlación puede deberse a los fenómenos de procesamiento del RNA, que permiten producir varias proteínas a partir de un solo gen. Las especies inferiores quizás necesitan más genes específicos para enfrentar las adversidades del medio. Por ejemplo, la planta, por no tener movimiento, requiere un mayor número de genes. Por el contrario, el ser humano, gracias al desarrollo del sistema nervioso y del cerebro, puede responder a múltiples estímulos con un número proporcionalmente menor de genes.

 El genoma humano con sus más de 30.000 genes que codifican alrededor de 120.000 proteínas diferentes. Cada codón o tripleta de bases consecutivas constituye las instrucciones para codificar un aminoácido; 20 aminoácidos se combinan para formar los miles de proteínas. Por ejemplo, AAG o AAA codifican para formar lisina. En ocasiones, el cambio de uno sólo de estos componentes en un codón ocasiona graves alteraciones. Es el caso de la secuencia del ADN que codifica una de las cadenas que constituyen la hemoglobina, la proteína de los glóbulos rojos que transporta oxígeno: si se cambia la A del codón GAG por una T, y el codón queda GTG, se produce valina en vez de ácido glutámico y la persona padecerá anemia falciforme.

el proceso de codificación es el siguiente.

«Una enzima llamada ARN polimerasa lee la secuencia del gen, produciendo una cadena complementaria de ARN mensajero que sale del núcleo y se traslada al cuerpo de la célula. Unas máquinas moleculares llamadas ribosomas sujetan la cadena del ARN mensajero y leen el código en tríadas o codones. Para cada codón, el aminoácido correspondiente es traído al ribosoma por una molécula de ARN de transferencia que reconoce específicamente cada codón. Uno por uno, los aminoácidos que constituyen la proteína se van uniendo en una cadena hasta que se forma la proteína completa» (Kevins, pág 86).

El ADN está almacenado en los cromosomas que, a su vez, se encuentran en el núcleo de la célula. Todas las células de un organismo contienen los mismos genes, pero hay un subconjunto de ellos que se «expresa» en las diferentes clases de células, y eso define la naturaleza y función de cada clase, esto es, si va a ser una célula muscular, esquelética, circulatoria o nerviosa. En total, el cuerpo humano tiene 75 billones de células distribuidas en 200 clases, que conforman los diez sistemas interdependientes del organismo. Cada especie empaqueta su ADN dentro de un número de cromosomas. Un mosquito tiene seis, la arveja 14, el perro 78, los chimpancés 48. Los humanos tenemos 46, en 23 pares, uno proviene del padre y el otro de la madre, lo que permite una mayor variabilidad hereditaria, un verdadero avance de la evolución. 22 pares de cromosomas son los llamados autosomas, que se diferencian de los cromosomas sexuales; los hombres tienen un cromosoma X y uno Y; las mujeres tienen dos cromosomas X.

Los seres humanos tenemos el mismo genoma en el 99.9%, la mayor diferencia es de 0.1%. Considerando que el ADN está compuesto por tres mil millones de bases, hay diferencias de unos 3 millones. Agreguemos que entre parientes las diferencias son menores a esa cifra. En la actualidad la investigación se ocupa de establecer todos los genes del cuerpo humano, las proteínas y sus estructuras y en concluir todo el plano químico del organismo.

Parece claro que la educación colombiana necesita formar a los estudiantes en la aplicación del método científico, alentar en ellos el amor a la ciencia y las ansias de conocerla. Este es, sin lugar a dudas, un elemento esencial para que el país se enrute por el progreso y el bienestar. Pero quien se topa con algunos de los tantos documentos que orientan las políticas educativas, no puede menos que sorprenderse. Recomendado por la UNESCO y por el Ministerio de Educación de Colombia, Edgar Morin, en sus Siete saberes necesarios para la educación del futuro, insiste en que la «verdadera racionalidad» debe «negociar con el «misterio, lo irracionalizado, lo oscuro». Se trata, ni más ni menos, de un llamado a que la ciencia claudique frente a la magia o el mito, a que la evolución ceda ante la creación. En su libro Ciencia con consciencia», Morin afirma que «Incluso después de un esfuerzo prodigioso, los epistemólogos han sido incapaces de establecer un criterio riguroso e inatacable para la cientificidad. De lo que resulta que lo científico es lo que tiene el consenso de las ‘batas blancas’, es decir, de los propios científicos» (Ciencia con consciencia, Morin Edgar, Anthropos, mayo 1984, pág 59).

Pregúntense los lectores ¿será que el ADN y su papel en la herencia son el mero «consenso de las batas blancas»? La cura de enfermedades y las observaciones en el laboratorio o la clonación ¿no prueban nada? ¿Vale lo mismo el «consenso de las batas blancas» que un aquelarre?

Las teorías constructivistas, tan aclamadas hoy en la docencia, sostienen:

«…la existencia de múltiples realidades socialmente construidas, no gobernadas por leyes naturales, causales o de cualquier otra índole. La ‘verdad’ es definida en función de la persona mejor informada…» «La verdad tiene que ver con el poder de comprender y utilizar la información, con aquella construcción sobre la cual hay consenso» (Constructivismo. El paradigma, el aprendizaje, la enseñanza y el cambio conceptual. Universidad Santiago de Cali. De documento 1, El paradigma constructivista. E. Guba e I. Lincoln, pág. 18)     

¿Se equivoca Crick cuando afirma que las moléculas de ADN y ARN existen antes de la aparición de la humanidad? ¿Son esas moléculas «construidas socialmente» o han existido antes que cualquier sociedad? Según el constructivismo ¿No es válida la ley de Chargaff sobre el emparejamiento de bases? Entre «las múltiples realidades socialmente construidas» ¿tienen la misma validez la teoría científica de la evolución y el mito de la creación, sobre las cuales hay «consenso»en diferentes sectores sociales? ¿Es posible hacer ciencia a partir de afirmar que no hay realidad ni verdad sino meros acuerdos?

A lo anterior, los constructivistas añaden que la ciencia es la culpable de todos o casi todos los males de la humanidad. Al parecer piensan que la ignorancia es más conveniente que el saber. Buena parte de los «Siete saberes», de Morin se dedica a tratar de demostrar las consecuencias funestas del desarrollo de la ciencia y la tecnología. Y en el documento de la Vicerrectoría de la Universidad Nacional «Bases para una política académica»(Borrador 003, Nov. 26, 2001 www.dnic.unal.edu.co/nacional/va) se lee:
“El conocimiento es la mayor riqueza social pero las decisiones orientadas por el conocimiento pueden significar una contaminación ambiental mayor, unas condiciones más precarias de salud, unas menores probabilidades de supervivencia social, un aval a prácticas de discriminación o un aumento de las barreras entre unas colectividades y otras. (Pág. 18)»

Así se culpa a la ciencia de los diversos problemas de la humanidad. No faltan tampoco quienes la consideran responsable de la esclavitud de los pueblos o le achacan los usos criminales de la energía atómica o las manipulaciones especulativas con el genoma. A esto respondemos que el conocimiento en sí mismo es libertad: permite volar y navegar en las profundidades a una especie cuya anatomía la obligaría a permanecer confinada a la tierra. Posibilita desuncir el yugo de enfermedades pavorosas, sus conclusiones no respaldan, sino que niegan las falacias en las que se han basado la discriminación y el fanatismo. Los oprimidos han encontrado en el método de análisis científico un arma para desechar el engaño y abatir la opresión, tanto en la Revolución Francesa como en la Independencia de América o en las batallas del obrerismo. Para la ciencia no existen razas ni pueblos ni sexos inferiores o malditos, como sí han existido para los mitos y las religiones.

Las maravillas del cosmos y del átomo, de la vida y de la herencia han abierto parte de sus secretos a la mente humana gracias al método de investigación científica. Los efectos desfavorables causados por algunos desarrollos se han conocido y se pueden atenuar o resolver gracias a los estudios ecológicos. Si la energía atómica, el fuego o el cuchillo, tan útiles para liberar la existencia humana de la escasez y de la furia de los elementos, se utilizan para asesinar y oprimir o la genética para hacer de la vida un negocio vulgar, eso no se resuelve en los laboratorios sino en la arena de la luchas sociales. Hay que refrenar a los incendiarios, no renunciar al uso del fuego. Castigar a quienes apuñalan, no abandonar la fundición de los metales. Rechazar la privatización del genoma, no renunciar a su conocimiento.

Método científico: herramienta insustituible

Vale la pena recordar a algunos de los protagonistas de esta empresa colosal, sus hallazgos y sus procedimientos, puesto que la ciencia no debe ser vista como algo misterioso e incomprensible, sino como el fruto de un esfuerzo humano y un método adecuado.

Gregory Mendel (1822-1884), abate del monasterio de Brno, en el Imperio Austro-húngaro, se entregó durante más de ocho años a cosechar arvejas; cruzaba plantas de rasgos claramente contrastantes: altas y bajas, de semillas amarillas y de semillas verdes, redondas o arrugadas. Luego observaba la descendencia resultante y, echando mano de sus conocimientos matemáticos, recogió la mejor cosecha de su esfuerzo: elucidó las leyes básicas de la herencia.

Louis Pasteur (1822-1895) Demostró que los nuevos gérmenes surgen de otros y no por generación espontánea. Gracias a sus investigaciones los gérmenes empezaron a utilizarse como vacunas.

Friedrich Miescher (1844-1895). Observando a través del microscopio vendas impregnadas de pus, descubre en el núcleo de los glóbulos blancos una substancia con fósforo y nitrógeno, que posteriormente se denominaría ácido nucleico.

Albert Kossel (1853-1927). Premio Nobel. Se propuso identificar, átomo por átomo, cómo se forman los ácidos nucleicos y descubrió que están conformados por adenina, citosina, guanina y timina.

Phoebus Aarón Levene (1869-1940). Aisló los nucleótidos y descubrió que los azúcares son los otros componentes de los ácidos nucleicos, que éstos se diferencian entre los que contienen deoxirribosa (ADN) y los que contienen ribosa (ARN).

Hunt Morgan (1866-1945). Premio Nobel de Medicina. Estudió la drosophila o mosca de la fruta que, por tener un ciclo de vida de apenas unos 14 días y poseer solamente cuatro pares de cromosomas facilita las labores del investigador. Morgan y su equipo lograron localizar cada gen en un cromosoma específico y revelaron la base genética de la determinación del sexo.
Herman J. Muller (1890-1967). Demostró que con rayos x se pueden causar mutaciones y cambios hereditarios.

1953 Watson y Crick encontraron la estructura de doble hélice de la molécula de ADN, para lo cual no hicieron por sí mismos ningún experimento, pero se atuvieron a los conocimientos previos, tales como las leyes de Chargaff y a las imágenes de difracción de rayos X tomadas por Rosalind Franklin.

1966 se supo cómo el código genético utiliza grupos de tres bases ADN para especificar los aminoácidos constituyentes de las proteínas.

Stanley Cohen y Herb Bayer, en 1973, desarrollan procedimientos de ADN recombinante, que permite la clonación y manipulación.

Fred Sanger y Walter Gilbert desarrollan métodos para determinar el orden de las bases a lo largo de las moléculas de ADN. Craig Venter hace aportes de fundamental importancia a los métodos de secuenciación. 

Mirando en perspectiva, se podrían enumerar algunos factores metodológicos que han sido decisivos en el desarrollo de la genética: la observación sistemática, potenciada por el desarrollo de los microscopios; la experimentación meticulosa con distintas clases de plantas y animales y la búsqueda de similitudes y diferencias entre las diversas especies; el uso de procedimientos matemáticos para establecer tendencias y probabilidades, y, por supuesto, la formulación de hipótesis y teorías a partir de las observaciones y de las leyes establecidas. Experimentos y observaciones que echan las bases para elaborar teorías y teorías que deben comprobarse e iluminan el camino de nuevas indagaciones. Esa dialéctica entre experimento y pensamiento, razón y acción, ha sido la llave que ha abierto el cofre de los secretos de la naturaleza. 

Podemos afirmar que el gran protagonista de los descubrimientos en el campo de la genética es el método de investigación y el deseo de descubrir las leyes de los fenómenos naturales, de despojarse de los preconceptos y de elaborar hipótesis que se someten a prueba permanentemente, para que los resultados de la investigación reflejen la realidad objetiva. El de la genética es, en líneas generales, el mismo método, que aplicado sistemáticamente, ha logrado en unos pocos siglos un caudal de sabiduría en las más diversas ramas como no se había acumulado en toda la historia.

Las sociedades modernas aceptan las riquezas y los poderes que la ciencia genera, pero no aceptan la enseñanza profunda que contiene, el poder de desvelar todo lo oculto, el placer de comprender todo lo que antes se veía como misterio. Se la combate porque hace público lo que siempre ha sido privado, vuelve profano lo que hasta ahora se consideraba sagrado. La ciencia pregona la validez del conocimiento objetivo y objetivable en cuanto es objeto de demostración. Los otros aprovechan los desarrollos de la ciencia, gozan con la abundancia derivada de ella, aumentan su período vital, pero le son hostiles en cuanto a su fundamentación y significado.   

Emilio Yunis

Notas

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 [*] Agradezco a Alejandro Chaparro, doctor en Genética de la Universidad de Sao Paulo y profesor de la Universidad Nacional de Colombia, quien de manera generosa se ocupó de revisar y corregir los planteamientos atinentes al tema científico, y libró al autor de cometer errores conceptuales. Si a pesar su ayuda se ha colado alguna imprecisión, la responsabilidad cabe, únicamente, al autor del presente artículo.
Para elaborarlo se consultaron los siguientes documentos: The Human Genome, Edited by Carina Dennos and Richard Gallegher, nature-palgrave, 2001. De esta publicación se tomaron las ilustraciones y la mayor parte de la información. La impronta humana, Shapiro, Robert. La conquista del genoma humano, Davies, Kevin, Paidos, 2001. Biología, Villee, Claude, McGraw-Hill, octava edición.