1960. Descubrimiento de la clonación de genes

1960. Se inicia la verdadera expansión de la biología molecular y la terapia génica. Por primera vez se descubre la posibilidad de la clonación de genes.

DESCUBRIMIENTO DE LA CLONACIÓN DE GENES

Aunque el verdadero inicio de la biología molecular se dio durante la década de 1950, con la  presentación del modelo estructural del ácido desoxirribonucleico (Ver: Primera descripción de ADN) por Francis Harry Compton Crick y James Dewey Watson en 1953, la verdadera expansión de esta ciencia comenzó en la década de 1960 con el descubrimiento de la clonación de genes.

Esta técnica permitió aislar fragmentos libres de ADN puro a partir del genoma. Así, fue posible secuenciar fragmentos de ADN, en los cuales estaban incluidos los genes. Todo esto se completó con la puesta en marcha de la técnica de la hibridación, que consiste en el marcaje con isótopos radioactivos de una molécula clónica de ADN, de la cual se conserva sólo una hebra (ADN desnaturalizado o monocatenario). Después de este tratamiento, el fragmento sonda se emplea para detectar secuencias complementarias en presencia de ADN o ARN.

Ed Southern, puso en marcha un procedimiento que se llama absorción de Southern y que se describe a continuación. Un ADN genómico que contiene un gen X, se corta en fragmentos que se separan según su tamaño, y se transfieren a un filtro. Al filtro con los fragmentos de ADN, se le aplica ARN o ADN marcado radiactivamente, de secuencia complementaria a la del gen X (fragmento sonda), que delatará al gen X al unirse a él. El método de absorción de Nothern es similar al anterior, el ADN que contiene el gen X, se une al ARN sonda de distintos tejidos, permitiendo así detectar el gen y cuantificarlo en los distintos tejidos. Estas técnicas han hecho posible recopilar una gran cantidad de información sobre la estructura y la expresión génica.

El empleo del método de absorción de Southern para el estudio de la estructura génica condujo a un importante hallazgo en el campo de la biología molecular. Éste consiste en el descubrimiento de la existencia, en los organismos eucariotas (plantas y animales), de regiones del ADN llamadas exones (que se expresan), que contienen información para la codificación de proteínas y están interrumpidas por otras secuencias del ADN, llamadas intrones (que no se expresan). Estos intrones se transcriben junto a los exones a moléculas de ARN y son eliminados durante el proceso de maduración del ARN. Este proceso ocurre en el interior del núcleo celular y el resultado es una molécula de ARNm sin interrupciones, es decir, sólo con los exones. Este ARNm maduro se traslada al citoplasma celular y se une a los ribosomas, donde tiene lugar la traducción o síntesis de proteínas.

El significado de los intrones no está claro, pero permiten diferentes combinaciones de los exones presentes en el ARN inmaduro, que se procesará de distinta manera según los tipos de células. Este sistema de maduración alternativa produce proteínas relacionadas pero diferentes a partir del mismo gen.

Control de la transcripción

La técnica de absorción de Nothern se puede emplear para detectar la presencia de moléculas de ARNm, procedentes de genes determinados, en extractos de tejido intacto. Estos estudios se complementan con la hibridación in situ, que detecta el ARNm en células individuales, y de esta forma se conoce su distribución en el tejido. La conclusión es que, en la mayoría de los casos, el ARNm codificador de una proteína específica, está presente sólo en los tejidos y en las células donde se expresa la proteína. De forma similar, los precursores inmaduros de moléculas de ARN que contengan aún intrones, no son detectados en los tejidos si no están presentes el ARNm o las proteínas.

En consecuencia, en la mayoría de los casos, la producción de proteínas diferentes en los distintos tejidos está regulada por los genes que se han transcrito en cada tejido, lo cual determina a su vez la eliminación de intrones y la traducción de proteínas. Esto se demuestra midiendo la proporción de transcripción de un gen específico en diferentes tejidos, donde la proteína puede estar presente o ausente.

La síntesis de proteínas distintas en los tejidos es vital para la comprensión de las diferencias funcionales de los mismos y está controlada por la transcripción. Además, la transcripción está regulada por factores de transcripción, los cuales se unen a secuencias específicas del ADN (las regiones reguladoras) y activan este proceso. Puede ser que cada tejido tenga los factores específicos que activan la transcripción de genes concretos, pero también es posible que estén presentes, de forma inactiva, en todas las células. En ese caso se activarían por señales específicas, como una modificación posterior a su síntesis, por ejemplo por adición de residuos fosfato (fosforilación). Esto activará la transcripción de los genes que respondan a la señal.

De la investigación a la aplicación terapéutica

La producción de grandes cantidades de proteína se realiza mediante la expresión del ADN correspondiente en grandes cantidades. Este método se utiliza con fines terapéuticos, en individuos que sufren alguna enfermedad causada por la ausencia de proteínas específicas. La labor de purificación de tales proteínas se realiza a partir de animales o de cadáveres humanos. Éste ha sido el planteamiento empleado para producir insulina en el tratamiento de la diabetes y de hormona del crecimiento en el enanismo.

En la actualidad, los intentos han estado encaminados a prescindir de la fase de producción de proteínas y a tratar a los individuos con enfermedades genéticas aportando los genes funcionales, de modo que la proteína necesaria la sintetice el individuo afectado. La terapia génica aplicada desde la infancia ofrece a los afectados la esperanza de un futuro mejor.