Día mundial del ADN

Hoy es 25 de abril de 2017. Hoy es en todo el mundo el día del ADN (¿en todo el mundo?). Hoy quiero contarte 10 cosas sobre el ADN que alguna quizás no conozcas.

1. ¿ADN o DNA? Cuando hablamos en plan coloquial, como es este blog, decimos ADN si lo hacemos en español. Si hablásemos en inglés diríamos DNA. Pero si escribimos un tratado científico, existe una normativa sobre el uso de iniciales que dice que “se han de usar de la misma forma como fueron publicadas, por lo tanto, definidas por primera vez”. En ese caso se ha de decir DNA sin importar el idioma utilizado.

2. El ADN se aisló por primera vez, sin saberlo, por el médico suizo Friedrich Miescher, en 1869, de vendajes con pus de desechos en un hospital. Nunca supo para qué serviría esta nueva sustancia. En 1944 fue el médico canadiense Oswald Avery quien descubrió que la sustancia que modificaba un rasgo de la bacteria neumococo en el de otra era esta misma molécula. Que el ADN era la molécula de la herencia de un ser vivo fue demostrado por Alfred Hershey y Martha Chase en 1952, usando el virus bacteriano T2. Un año después, Jame Watson y Francis Crick, apropiándose de datos e ideas de Rosalind Franklin, publicaron la estructura del ADN (1). Este descubrimiento fue la señal de salida de una carrera que dura ya sesenta y cuatro años y que, como el propio universo, sigue aumentando su velocidad. ¿Los extraterrestres utilizarán alguna molécula parecida?

3. El ADN es la única molécula que se transmite de padres a hijos. Ese ADN debe contener, por lo tanto, todo el genoma humano. Como nos reproducimos sexualmente, con la fecundación recibimos dos genomas, uno de cada parental. Todas las células de nuestro cuerpo, a excepción de los glóbulos rojos, contienen los dos genomas completos recibidos en la fecundación. Cada uno de estos genomas contiene tresmil doscientos millones de letras (nucleótidos) que, a 0,34 nm entre cada dos letras, dan una longitud de, aproximadamente, 1 m de ADN por genoma o 2 m de ADN por célula. Si tenemos de media unas 10 elevado a 14 células (cien billones de células), el ADN de una sola persona daría para ir de la Tierra al Sol y volver más de 660 veces.

4. De todo nuestro genoma, sólo entre el 2 y el 3 por ciento corresponde con los genes que funcionan en nuestras células (mientras no se “demuestre” lo contrario, lo que, a día de hoy, 25 de abril de 2017, no se ha hecho) (Ver entrada de este blog titulada: ADN basura: restos de una lucha antievolucionista). El 97 o 98 por ciento restante parecen ser restos de ADN que hemos ido adquiriendo a lo largo de la evolución que, probablemente, ha sido menos costoso para la vida mantenerlos que tratar de eliminarlos.

5. La molécula de ADN está hecha con 4 letras: A, T, G y C, y la información que llevan está contenida en el orden de esas letras. De la misma manera que con diez símbolos, del 0 al 9, podemos escribir un número infinito de números, con las variaciones en el orden de los cuatro símbolos del ADN podríamos describir los genomas y sus variaciones de todas las personas pasadas, presentes y futuras, por muchos billones de personas que pudieran existir en el futuro, sin tener que repetir nunca la misma secuencia de letras.

6. Todos los seres vivos contienen como la molécula de su herencia al ADN, excepto unos pocos virus que la tienen en ARN. Toda la variabilidad de los seres vivos que han existido y que existirán, está determinada por la enorme variabilidad de las secuencias del ADN. El genoma de dos personas cualesquiera se estima que tienen una diferencia de una letra de cada mil. Con esta diferencia, se esperaría que en el genoma completo esas dos personas tuviesen unos 3,2 millones de letras diferentes. Estos cambios tienen una probabilidad muy escasa de afectar alguno de nuestros genes que determinan un rasgo vital.

7. En todos los seres vivos un gen es un fragmento de la secuencia del ADN que determina la síntesis de una proteína (en algunos pocos casos determina la síntesis de un ARN). Serán las proteínas codificadas en los genes las que determinen las estructuras y funciones celulares necesarias para la existencia de una vida. Una alteración en alguna de las letras que componen un gen puede pasar inadvertida o puede causar una alteración o una pérdida del producto del gen que podrá causar una enfermedad o la mortalidad del individuo que la lleva.

                                                Gráfica tomada de Pertea y Salzberg (3)

8. El número de genes localizados en 24 cromosomas en el genoma humano ha variado en los últimos treinta años desde 100.000 genes en 1990 (2, 3) hasta los 20.310 genes en este año de 2017 (4). Los datos más recientes sobre los genes dan una media de 100 kb con una secuencia codificadora de 1.340 b. En el extremo de mayor tamaño se encuentra el gen de la titina que en 283 kb contiene 363 exones (secuencias codificadoras de la proteína) con el exon más largo de 17.106 b y que suman 114.414 b que codifican una proteína de 38.138 aminoácidos (5).

9. Como el código genético utiliza 4 simbolos (A, T, G y C) cada uno de ellos tiene un contenido informativo de 2 bits, lo que quiere decir que una letra del ADN tiene la información de dos símbolos binarios (0 y 1). A esta analogía podemos añadir que un Byte formado por 8 bits puede ser codificado con ocho 0 y 1 (lo que hacen nuestros ordenadores de mesa) o con cuatro letras del ADN. De esta forma, se puede sintetizar una molécula de ADN que lleve codificado un texto o una imagen en su secuencia, lo único que faltaría sería determinar el sistema de codificación (ver en este blog: Escribir con ADN) (6, 7). El éxito de quien fabrique un ordenador molecular, que es como se denomina este tipo de memoria, lo tiene asegurado ya que en un DVD (CD grabado con laser de 650 nm) caben 4,7 GB, en el mismo CD pero con la tecnología de ADN (grabado con 0,34 nm, ver el punto 3) la capacidad del CD pasaría a ser de 8 millones de GB, es decir, la misma capacidad de ¡un millón setecientos mil DVD!

10. Todos los seres vivos compartimos la misma molécula hereditaria y el mismo código genético. La mejor demostración de este concepto es con la ingeniería genética podemos introducir un gen humano en una bacteria o un gen de insecto en una planta (8) y estos transgenes foráneos funcionan exactamente igual que lo hacen en sus células de origen. La conclusión que podemos sacar de esto es que todos los seres vivos venimos de una misma célula primordial allá por los orígenes de la Vida pasándonos de una generación a la siguiente exclusivamente nuestro ADN. Esto es lo más hermoso de esta idea: nuestro ADN es una copia de una copia de una copia … de una primera, pequeña y sencilla molécula de ADN sin solución de continuidad y que la evolución, por azar y selección, convirtió en lo que hoy analizamos.

Referencias citadas

1. Watson J.D. y Crick F.H.C. 1953. A structure for deoxyribose nucleic acid. Nature 171, 737-738

2.http://www.ornl.gov/sci/techresources/Human_Genome/project/5yrplan/summary.shtml 
3. Pertea M. y Salzberg S. 2010. Between a chicken and a grape: estimating the number of human genes. Genome Biol. 11, 206
4. http://useast.ensembl.org/Homo_sapiens/Location/Genome?r=Y:1-1000 
5. Bang ML y otros. 2001. "The complete gene sequence of titin, expression of an unusual approximately 700-kDa titin isoform, and its interaction with obscurin identify a novel Z-line to I-band linking system". Circulation Research. 89 (11): 1065–72. doi:10.1161/hh2301.100981. 
6. Jiménez-Sánchez, A. 2013. A proposal for a DNA-based computer code. Intl. Inv. J. Biochem. and Bioinformatics, 1:1-4
7. Jiménez-Sánchez, A. 2014.  DNA computer code based on expanded genetic alphabet. European Journal of Computer Science and Information Technology 2:8-20.
8. Ow D.W. y otros. 1986. Transient and stable expression of the firefly luciferase gene in plant cells and transgenic plants. Science 234, 856-859 (Contiene la famosa foto del tabaco bioluminiscente)