THE CENTURY OF THE GENE. MOLECULAR BIOLOGY.

In the twentieth century, human society has built massive technological development. For much of the century the greatest technological contributions have come from the derivatives of the physical sciences: automobiles, telephones, airplanes, plastics, computers, etc. The introduction of these factors has changed society and human rather than political and social developments own behavior. However, during the second half of the twentieth century, and especially in the last two decades, have appeared a biological technologies have enormous medical and social potential. These new technologies, extraordinarily powerful, are those derived from the explosive progress of molecular biology in the second half of the twentieth century. Offer a new image of the evolution of life on the planet and are destined to revolutionize the structure of human society.

Perhaps the person who has most lucidly delved into these ideas has been Sydney Brenner, one of the most brilliant scientists of the twentieth century will go down in history of science for their enormous contributions to molecular biology, science instrumental in creating. Brenner says that the new biology brings us closer to an understanding of ourselves, the understanding of humans as organisms: "For the first time can raise the fundamental problem of man and begin to understand our evolution, our history, our culture and biology a whole “.

In this presentation I will discuss the history of scientific developments that have led to this situation and speculate briefly about the implications of these new discoveries in the future society, and even in our own understanding of human nature.

The milestones of biological knowledge

Throughout the history of biology have been three great revolutions, understanding the revolution concept as the introduction of a discovery that is important in itself and also leads to a radical change in approach which until then was given to discipline. It is not only the significance of the new information but also the effect it has on the general approach to discipline.

The first revolution occurred in 1860 with evolutionary theories of Darwin and Wallace, who defended the universality of the origin of living things. The second revolution was the discovery of the universality of the mechanism of biological information given by Watson and Crick in 1953. The third revolution was the discovery of the universality of animal design and basic regulatory processes of biological functions. This latest revolution has happened between the years 1985-2000 of the last century and, unlike the previous ones, is the result of contributions from a relatively large group of researchers. These three facts have led to a new understanding of the evolutionary phenomenon and the biology of humans.

The evolutionary fact

The idea that species change over time is very old and certainly before the Darwinian proposal. In the year 520 ANE, Anaximander of Miletus, in his treatise On Nature, introduced the idea of evolution and that life began in the oceans. John Ray in his book Historia Plantarum, published in 1686, cataloged 18,600 types of plants and proposed the first definition of species based on common descent. Darwin's own grandfather, Erasmus Darwin, explicitly proposed that animal species change over time.

What sets Darwin and Wallace from its predecessors is that proposed a plausible evolutionary mechanism based on the idea of natural selection. Darwin, in particular, proposed that the survival of particularly favored individuals was the force of natural selection as its increased survivability them also endowed with a greater capacity to transmit their characteristics to their offspring. Through this process the characteristics of the populations of individual species gradually modified through successive generations.

Darwin plus information provided that their predecessors did not know and it helped a lot in understanding the evolutionary phenomenon. For example, it was known that the age of the Earth was much older than previously assumed, which gave more time for gradual change advocated the theory of natural selection. Also there was a very elaborate and allowing fossil record check for a gradual change in many lines of animals and plants, which clearly supported Darwin's proposal. It was also known that artificial selection is capable of generating very profound morphological changes in a short time. This is evident, for example, with the large number of breeds of dogs world. All derive from the wolf, but through 5,000 or 10,000 years of evolution artificial, not natural, man has created a wide variety of breeds, indicating to what extent is versatile biological material when subjected to selection.

If we were to summarize the implications of evolutionary theory we could focus on three points: 1) All living things have a common origin, 2) there has been a gradual change over many millions of years has given rise to all biodiversity of the planet and, finally, 3) the human species is just one more of the hundreds of millions of species that exist or have existed. The Darwinian proposal reflected a Copernican shift in regard to the position of the human species as a biological entity; man ceased to be the center of creation to become just one more species of the millions of species created by evolution. Not surprisingly, occurred a great social reaction at the time. Even at the present time is not accepted by many members of society. According to the Gallup Institute in 2004 more than half of Americans believed that man was literally created as the Bible says about 10,000 years ago.

Genetics and evolution: operational definition of the gene

Darwin provided a descriptive plausible explanation, but no mechanistic biodiversity. The point is: if all living organisms have a common origin, what biological function is common to all, is transmitted from father to son and is modifiable to generate biodiversity? In his time, Darwin could not answer these questions.

It was precisely the approach to these issues which gave rise to genetics, the discipline that studies how it is transmitted and modifies the biological information. The first sign of the existence of heritable genetic information due to Gregor Mendel, an Augustinian monk who showed that the shape or color of peas is faithfully transmitted from one generation to another.

However, the progress of genetics in the twentieth century is due in large part to the fruit fly, Drosophila melanogaster, an organism that has become the object of classic study of genetic research, since it is easily bred in the laboratory, its life cycle is very short-which is very useful to study the inheritance of various characters from one generation to another and is totally harmless to humans. Studies in Drosophila -genes- possible to identify many specific heritable traits, showed that they are aligned and located in the nucleus of cells and organelles called chromosomes that each gene is located on a specific location of chromosome. They also showed that appear in nature -mutaciones- heritable variations of genes and these mutations are the source of biological variation necessary for the evolutionary process. These mutations can also be induced artificially through the use of radiation or chemicals. Overall, what genetics of Drosophila discovered is that the real motor of evolution are genes that constitute heritable genetic information and are modifiable.

After more than a century of research in this fly, knowledge of their genetic is the most complete of the Animal Kingdom and developed some concepts and technologies that enable experiments that can not be done in any other species.

Nature of genetic information

The problem then arose about in the forties of the last century, was to know the physical nature of the gene; what their chemical composition.

DNA

The solution to this problem led to what I call the second revolution in biology: the elucidation by Watson and Crick of the nature and structure of genetic information, DNA. The famous article published in Nature in 1953 was the beginning of a biological revolution destined to change the course of humanity itself. The DNA molecule is a double helix structure formed by two long chain molecules of a deoxy-ribose sugar linked by phosphate. Connecting both chains like rungs on a ladder, other molecules called nucleobases maintain the stability of the structure. As noted immediately Watson and Crick, the structure of the molecule explains the mechanism of replication leading to identical molecules and, therefore, ensuring the loyalty of biological information through generations.

In addition, the structure of DNA biological information indicating that lay in the sequence along the molecule called four bases thymine (T), guanine (G), adenine (A) and cytosine (C). What an organism inherits from its parents and that will condition their biological characteristics is simply a written language four-letter sequence.

The discovery of the structure and function of DNA modified experimental biology approach: all organisms are coded in a language of four letters, A, T, C and G. Thereafter biology focused on the study of DNA their properties and structure. The first complete DNA sequence was obtained from an organism, bacteriophage ØX174, contains 5,000 bases--called letters. By comparing the DNA sequence of a nematode worm consists of 90 million base pairs; the sequence of the fruit fly Drosophila has 120 million base pairs and the human being consists of 3,300 million base pairs. Each of these sequences represents a kind of formula to determine the species in question.

A universal genetic code

The problem is that the vital processes are not catalyzed by DNA but by proteins; DNA is simply a recipe that must be translated in all variety of proteins, some 3,000 basic, which are responsible for vital functions, including replication and expression of the DNA itself.

Proteins are made ​​up of combinations of 20 amino acids, so that each protein is different from the others because it is formed by a specific amino acid sequence. So, you have to translate the sequence of four bases inherited parental sequences of 20 amino acids to produce proteins that are the backbone of biological functions. Deciphering the code translation, the genetic code, was one of the great early successes of molecular biology. Ochoa Laboratories, Nirenberg and Brenner were instrumental in deciphering the mechanism of translation. These investigators showed that each amino acid is encoded by a specific sequence of three -triplete- bases, thereby ensuring that each gene, which is a particular sequence of total DNA, resulting in a specific protein. The AAG triplet coding for the amino acid lysine, while GCA AGA encoding alanine and arginine. Thus AAGGCAAGA DNA sequence would result in the sequence arginine-alanine-lysine amino acids.

The interesting thing is that the genetic code is universal for all organisms. The universality of the code is in itself a proof of evolution. All organisms have the same genetic code simply because we all have inherited from an ancient ancestor.

Gene in this context is simply a particular DNA sequence codes for a specific protein responsible for a specific function, such as hemoglobin necessary for respiration or muscle myosin.

Development of molecular biology

The discovery that DNA is the instructions to make a living and the deciphering of the basic mechanisms of gene function, genetic code and protein manufacturing, mark the beginning of molecular biology. The study of DNA, its structure and properties became the main focus of this discipline from the seventies of the last century. This concentration of effort has led to concepts and extremely powerful techniques for manipulating the DNA with great efficiency. These techniques are those that allow the cloning of genes, the generation of transgenic animals and plants, the possibility of gene therapy and Genome Projects. The generation of transgenic organisms, ie, bodies to which they have been introduced genes from another species, is derived from the fact that all the DNA of any origin, and are chemically identical to a gene is simply a DNA fragment. This mixes by chemical methods -genes- DNA fragments of heterologous origin. Once you have developed methods to introduce these fragments in the host organism, it now has a gene from different sources. A clear example is, for example, yeast strains which are inserted the gene encoding human insulin. By this method the transgenic yeast manufacture human insulin.

The great development of these procedures in recent years has generated plants-wheat, soybeans, rice, etc., that are already on the market, and transgenic animals of many species, rats, mice, pigs, flies, etc. Importantly, the methods used for various animal species are very similar and are the basis for applications for therapeutic use in humans, to cure genetic diseases by gene therapy. In 2000 the first gene therapy trial through which it was possible to cure a severe immunodeficiency several children was published in the journal Science. Unfortunately, these trials had to be discontinued due to adverse effects of the procedure; three children cured cancer subsequently developed. This example illustrates the same time, the potential of these new methods and that are still in a very early stage of development. Given the speed with which progress is being made ​​is expected to be available in the not too distant future.

The genetic design of animal body

One aspect that molecular biology has progressed significantly and considerable applications in regard to human biology is in the area of genetic engineering body of animals.

Initially, used in molecular biology experiments cell organisms, bacteria or viruses for the study of the properties and function of DNA. These studies yielded significant results, as described above, but by its very nature does not allow conclusions about what the genetic control of development of complex organisms, like a fly or a mouse, associations formed by cells that have grouped correctly in a three-dimensional structure.

Consider a butterfly ; each individual cell has to perform the primary biological function, protein synthesis, DNA replication, etc., but also has to be arranged, grouped with other and differentiate to specific organs, eyes, wings, legs etc., which are to assembled with the other organs so that each appears in the right place. In the design of an animal must have the various parts of the body in the three dimensions of space; the antero-posterior, dorsal-ventral and proximal-distal axis. This issue of body design has been one of the great challenges of the genetics of higher organisms: how genes specify the positional information of the various body cells so that they will do eye know that they shall be provided in the front of the body and that will form the legs must be on the ventral side. In other words, what is the genetic description of a three-dimensional body? In an insect like a butterfly we distinguish morphologically cephalic hand, thoracic and abdominal part, but there is no guarantee that this description corresponds to the true genetic description of the organism. It is in this issue of genetic description of the animals that have progressed significantly in the last thirty years.

The keys to the genetic design of animal body are called homeobox genes, now called Hox. These form a genetic machinery that has been studied in great detail in the fruit fly Drosophila. The characteristic of these genes is that a transform its mutations in other parts of the body (Figure 3). A mutation as Antennapedia (Antp) transforms such leg antenna, or a mutation as Ultrabithorax (Ubx) transforms the appendix dumbbell wing, resulting in a four wings fly. The interesting of these transformations is that, even though the general construction of the body is in error, the morphology of the parts is normal: the leg shown in Antp antenna is normal, which is abnormal is the site appears. Similarly, the transformed wings that appear on the Fly Ubx have normal morphology and size of wings. The only abnormal is the site where they appear. The implication of these phenotypes is that Hox genes that control is not the morphology of the structures but the overall body design, positional information to which I referred to earlier, which makes each organ appears in the appropriate place.

The homeotic genes are regulatory genes as senior determining the type of development of the various body parts of Drosophila. A very important question asked in the eighties of the last century there were many homeotic genes. Identifying all expected to allow elucidate the genetic logic underlying the design of the body. Studies in the United States and Spain showed that, surprisingly, the number of Hox genes is small. In Drosophila there are only nine Hox genes that establish the spatial coordinates in the anteroposterior axis, recognize the positional values ​​on this axis and determining the acquisition of suitable development program for generating the corresponding body part. These results were certainly interesting but concerned the fruit fly; in principle not suspected that they might have a general value to explain the body design of other animals, including humans.

However, progress in molecular biology in the seventies and eighties of last century allowed the -clonaje- molecular isolation and sequencing of the Drosophila Hox genes. At the end of 1985 all these genes had been cloned and sequenced. An extraordinarily important discovery was made ​​when their sequences were compared is that all these genes contain a common sequence that was called homeobox. The implications of the discovery of the homeobox were important: 1) This sequence encodes a DNA binding motif, which indicates homeotic proteins function as transcription factors and regulate the activity of other subsidiary, 2) the presence genes thereof sequence in all Hox genes indicates that these genes have a common origin and 3) the homeobox sequence is a molecular marker of Hox genes that allowed identification in agencies-human species, for example where it is impossible to detect by genetic methods conventional. As we will see the latter proved to be of great importance.

A universal genetic design

The fact that the homeobox is a molecular marker of Hox genes identified the Hox complex in many groups of the animal kingdom, and made ​​of these genes the fundamental object of study of developmental biology during the eighties and into the early nineties. The overall result is that the Hox complex found in all animal groups that have been searched. It is therefore a universal feature of the genome of all animals, including humans. Humans have a complex Hox much like Drosophila, only instead of having one copy per genome have four.

Drosophila studies had previously established that the function of these genes was to determine the development of the various parts of the body, but there was no evidence on which function performed in other organisms. The difficulty in studying this aspect is that the genetic analysis in Drosophila is not possible in many vertebrates and totally impossible in humans therefore had to resort to other methods.

The molecular technologies developed in the eighties and nineties can generate individuals, Drosophila flies in this case, which can introduce them to a gene from another species and study in this heterologous system function. Experiments of this type have concluded that humans and other vertebrate Hox genes function similarly or equal to their counterparts in Drosophila. Functional preservation goes so far as to human or mouse genes are able to replace their counterparts in Drosophila, this is the case of the mouse gene Hoxd13 if it is introduced into the fly is able to program development back Drosophila as the fly gene itself. Other striking examples are, for example, genes of Drosophila eyeless apterous and having known human counterparts. Apterous need to make wings; mutations in this gene produce wingless individuals. Eyeless need to schedule eye development; mutants in this gene have no eyes.

Drosophila melanogaster

When a fly apterous is introduced mutant human gene is capable of forming fly wings. Although humans do not have wings to fly, have a gene capable of replacing Drosophila training program wings fly thanks to a mechanism of functional conservation.

Similarly, the mouse homologue gene eyeless, called small eye, is capable of inducing fly eyes (Figure 4). Similar experiments with genes from other organisms have led to the conclusion that the genetic design of the eyes of all animals, flies, octopi, humans, is the same. The evolutionary invention of a light receiving element connected to the brain occurred 540 million years ago and has been inherited by all multicellular organisms. These experiments illustrate a general principle of evolutionary phenomenon: when a mechanism operates properly, the genetic programming of this mechanism is fixed in the genome and, from there, not modified or changed very little appears.

The general conclusion from all this is that the general mechanism of genetic engineering of animals, based on Hox genes and derivatives, it is common for all the Animal Kingdom. Surely the Cambrian explosion, that is, the sudden appearance of Bilateralia with organs arranged along the three axes, is the result of the appearance in the Lower Cambrian of Hox complex and its derivatives. Sequence similarity in the complex indicates the genes derived from an ancestral gene that underwent several tandem duplications, thereby giving rise to the set of linked genes that form the set.

Therefore, we can say that all living things share the same basic biological functions. In all these studies has emerged a unifying vision of biological processes based, ultimately, in the evolutionary process. Organisms have a common origin, as proposed by Darwin and Wallace, share the storage and release mechanism of genetic information based on the universality of the function of DNA, RNA and mechanism of genetic code. Finally, all components of the Animal Kingdom share the same genetic process of body design.

An important implication derived from these observations is that many aspects of the development of the human body can be studied in model, flies, worms, mice, on the understanding that genetic / molecular basis of these processes is common to all organisms species and, therefore, many of the processes involved will be also. A typical example of this approach are the regeneration studies being carried out in chickens and amphibians. Is an old observation that amphibians and reptiles are able to regenerate limbs while birds or mammals do not. Ongoing studies are allowing identify related, several of which regenerative process genes are also present in species that do not regenerate. It seems that the ability to regenerate an organ or not to depend not so much on the presence or absence of one or more genes and the mechanism of regulation of common genes. Regenerating species are able to activate these genes after physical trauma while not regenerate are not. A well-founded speculation is that, when well knows the process of regulation of these genes could be involved in controlling its function in order to artificially induce regenerative process in the human species, which naturally would not.

The genome projects

The above discussion is itself a vindication of the entire evolutionary phenomenon, clearly state the functional universality of biological phenomena. But also new molecular technologies have provided a more direct demonstration of this universality. In recent years it has finished the complete sequencing of the genome projects-the DNA of many animal and plant species, which has led directly compare the degree of similarity or difference of biological information among different species.

In this context the nematode Caenorabditis elegans genomes, containing a DNA of 90 million base pairs, the Drosophila fly 120 million base pairs and the human genome with 3300 million base pairs are particularly relevant. DNA from five people-three women and two men -hispano four different ethnic, Asian, African American and caucasiano- groups used in the Human Genome (fig. 5) project. Interestingly, no significant differences were detected between them.

These projects have managed to identify all the genes in each species, determining its sequence and accumulate this information in databases, which together with the development of sophisticated and powerful computer software tools, has enabled significant comparing sequences. The comparison has produced many interesting results, but one particularly important (fig. 6) is the discovery that the human species shares about 50% of genes with Caenorabditis elegans nematode and 60% with Drosophila. This observation is a healthy reminder of our biological origins we share with other animals. Naturally, this is reflected in the DNA which is the common evolutionary line that unites us all.

Study humanaen disease model organisms

The high degree of genetic similarity in those species and, indeed, throughout the animal kingdom not only validates the evolutionary phenomenon, but also has powerful implications in the study of human biology and pathology. By having so many genes in common with organisms such as Drosophila there are many aspects of biology and human disease that can be studied in flies without experimental and ethical constraints of human material. The philosophy is that a lot of progress in the knowledge that get in Drosophila apply to ourselves. As we saw earlier, the study of Hox genes is throwing flies very important for the function of these same genes in our own species information.

With regard to pathological processes, latest estimates indicate that 74% of human disease-related genes are present in Drosophila. It is therefore a source of information of great importance to the basic knowledge of human disease. Currently, many laboratories around the world are using Drosophila as a body to study diseases such as cancer, Alzheimer's disease, ataxias, etc. An example of this approach are experiments to induce molecular syndrome Alzheimer's disease in Drosophila. Amyloid deposition (Aß) protein in neurons is a feature of the disease. Pathological form containing 42 amino acids instead of 40 and form aggregates called amyloid plaques. The technology allows induce Drosophila eye disease or brain of the fly and study the evolution of the disease. Can produce hundreds of individuals and many prove possible remedies or compounds that interfere with the development of the disease. These experiments have identified a drug-Congo Red- which greatly mitigates the effect of the disease in flies. But unfortunately this drug is toxic to humans and no use for the treatment of disease, clearly indicates the potential of this technology. Experiments of this type have already identified several drugs designed to treat cancer and other degenerative processes.

Can you alter the length of human life?

The high degree of conservation throughout the animal kingdom of fundamental biological phenomena can speculate on the possibilities of manipulating processes considered up, inaccessible to human intervention bit ago. One of the fundamental paradigms of society and human culture is the idea that aging and death are inevitable biological processes. It is assumed that there is an internal programming that establishes, within a relatively narrow range, the maximum life span of individuals of each species.

During the twentieth century the average length of life has increased significantly, mainly due to the improvement in living standards, hygiene conditions and progress in medicine, but it is estimated that the maximum duration is around 120-125 years. Could exceed this limit? This is a topic that has attracted much attention in international scientific journals (see Nature 458, 1065-1071, 2008), mainly because recently there have been discoveries that deal directly with the genetic programming of the lifespan .

The fundamental fact is that we have identified in the nematode worm Caenorhabditis elegans and Drosophila several genes whose function is directly related to aging program for these species. Given the ease of genetic manipulation in these organisms, has gotten substantially prolong life in individuals of these species. In the case of nematode worms have been achieved arriving to live between six and seven times more than normal. Extrapolating to the human species, the average life of the population would be about 350 years and would outweigh the 500 individuals.

An important aspect of these findings is that aging genes identified in Drosophila and nematode worm are also present in humans. The best studied of these genes, called DAF-16 in worms and FOXO in Drosophila and humans, is related to the insulin pathway and have been detected variant forms of FOXO appear to be particularly common in people over a hundred years. Mutations in the human species that affect the activity of the insulin pathway have also been detected in centenarian.

DAF-16 / FOXO has been cloned and constructed genetically modified worms, which have altered functional levels of this gene and which result in changes that come to double the life span of the worms. Manipulating the fact that a single gene is achieved this result illustrates the potential of these techniques.

As mentioned above, this gene is present in our own species, which opens the possibility of manipulation could be used to alter the length of life of human beings.

The future evolution of the human species: technological man

In closing, I would like to briefly reflect on the evolution of life on the planet and the human species. Life on the planet began 2,000-3,000 million years ago. Animals Bilateralia -the existing today-animal groups, appeared 540 million years ago. About 100,000-200,000 years ago Darwinian selection gave rise to the human species, as has produced many million more species, living or extinct. However, the intellectual / technological development of our species has made essentially immune to the process of natural selection, therefore normal evolutionary rules affect us little or nothing today.

Human culture began about 10,000 years ago and technological development two hundred years ago, while DNA technology began twenty ago. The progress of this technology has been very fast and has resulted in very powerful methods of manipulation. That is, the vehicle evolution, DNA, is being modified directly by human intervention. These methodologies, still very raw, are being used in experimental animals, flies, mice, worms, etc., but given the great genetic similarity is not far off that can be applied to the human species. The potential of these methods is huge, especially if one considers that began twenty-five years. It is impossible to imagine what it will be able to perform in fifty years, not to mention 500 or 5,000. The human species will be able to genetically modify itself a controlled manner. This perspective has enormous potential to determine their own biological future, their own evolution. DNA technology provides a new social paradigm; You can completely change the very essence of being human.

Ginés Morata for: EL PAÏS

El SIGLO DEL GEN. BIOLOGÍA MOLECULAR Y GENÉTICA

El SIGLO DEL GEN.

BIOLOGÍA MOLECULAR Y GENÉTICA 

En el siglo XX la sociedad humana ha incorporado de forma masiva el desarrollo tecnológico. Durante gran parte del siglo las mayores contribuciones tecnológicas han venido de los derivados de las ciencias físicas: automóviles, teléfono, aviones, plásticos, ordenadores, etc. La introducción de estos factores ha modificado la sociedad y el comportamiento humano más que los propios acontecimientos políticos y sociales. Sin embargo, durante la segunda mitad del siglo XX, y especialmente en las últimas dos décadas, han aparecido unas tecnologías biológicas que poseen un enorme potencial médico y social. Estas nuevas tecnologías, extraordinariamente poderosas, son las derivadas del progreso explosivo de la biología molecular en la segunda mitad del siglo XX. Ofrecen una nueva imagen de la evolución de la vida en el planeta y están llamadas a revolucionar la propia estructura de la sociedad humana.

Quizá la persona que más lúcidamente ha profundizado en estas ideas ha sido Sydney Brenner, uno de los científicos más brillantes del siglo xx que pasará a la historia de la ciencia por sus enormes aportaciones a la biología molecular, ciencia que contribuyó decisivamente a crear. Afirma Brenner que la nueva biología nos acerca a la comprensión de nosotros mismos, al entendimiento de los humanos como organismos: «Por primera vez podemos plantear el problema fundamental del hombre y empezar a comprender nuestra evolución, nuestra historia, nuestra cultura y nuestra biología como un todo».

En esta exposición trataré de la historia de los acontecimientos científicos que han dado lugar a esta situación y especularé brevemente sobre las implicaciones que tienen estos nuevos descubrimientos en la sociedad del futuro, e incluso en nuestra propia comprensión de la naturaleza humana.

Los hitos del conocimiento biológico

A lo largo de la historia de la biología han existido tres grandes revoluciones, entendiendo el concepto revolución como la introducción de un descubrimiento que es importante por sí mismo y que además da lugar a un cambio radical en el enfoque que hasta ese momento se daba a la disciplina. No sólo se trata del significado de la nueva información, sino también del efecto que tiene en el enfoque general de disciplina.

La primera revolución se produjo en 1860 con las teorías evolucionistas de Darwin y Wallace, que defendían la universalidad del origen de los seres vivos. La segunda revolución fue el descubrimiento de la universalidad del mecanismo de la información biológica propuesta por Watson y Crick en 1953. La tercera revolución ha sido el descubrimiento de la universalidad del diseño animal y de los procesos básicos de regulación de las funciones biológicas. Esta última revolución ha sucedido entre los años 1985-2000 del pasado siglo y, a diferencia de las anteriores, es el resultado de las contribuciones de un grupo relativamente numeroso de investigadores. Estos tres hechos han conducido a una nueva comprensión del fenómeno evolutivo y de la propia biología de los seres humanos.

El hecho evolutivo

La idea de que las especies cambian con el tiempo es muy antigua y ciertamente anterior a la propuesta darwinista. En el año 520 ANE, Anaximandro de Mileto, en su tratado On Nature, introdujo la idea de la evolución y que la vida empezó en los océanos. John Ray en su libro Historia Plantarum, publicado en 1686, catalogó 18.600 tipos de plantas y propuso la primera definición de especie basada en una descendencia común. El propio abuelo de Darwin, Erasmus Darwin, propuso explícitamente que las especies animales cambian con el tiempo.

Lo que diferencia a Darwin y Wallace de sus predecesores es que propusieron un mecanismo evolutivo plausible basado en la idea de selección natural. Darwin, en particular, proponía que en la supervivencia de los individuos especialmente favorecidos estaba la fuerza de la selección natural ya que su mayor capacidad de supervivencia les dotaba también de una mayor capacidad de transmitir sus características a su descendencia. Mediante este proceso las características de las poblaciones de cada especie en particular se modificaban gradualmente a través de sucesivas generaciones.

Darwin disponía además de información que sus predecesores no conocían y ésta ayudó mucho a la comprensión del fenómeno evolutivo. Por ejemplo, se sabía que la edad de la Tierra era mucho mayor que lo que se había supuesto, lo cual concedía mucho más tiempo para el cambio gradual que preconizaba la teoría de la selección natural. También existía un registro fósil ya muy elaborado que permitía comprobar la existencia de un cambio gradual en muchas líneas de animales y plantas, lo cual apoyaba claramente la propuesta darwiniana. Se sabía también que la selección artificial es capaz de generar cambios morfológicos muy profundos en poco tiempo. Esto es evidente si, por ejemplo, consideramos la gran cantidad de razas de perros que existen. Todas derivan del lobo, pero a través de 5.000 o 10.000 años de evolución artificial, no natural, el hombre ha conseguido crear una gran diversidad de razas caninas, lo que indica hasta qué punto es versátil el material biológico cuando se somete a selección.

Si tuviéramos que resumir las implicaciones de la teoría evolutiva podríamos centrarnos en tres puntos: 1) todos los seres vivos tienen un origen común, 2) ha habido un proceso de cambio gradual que a lo largo de muchos millones de años ha dado lugar a toda la diversidad biológica del planeta y, por último, 3) la especie humana es simplemente una más de los cientos de millones de especies que existen o han existido. La propuesta darwiniana reflejaba un cambio copernicano en lo que respecta a la posición de la especie humana como entidad biológica; el hombre dejaba de ser el centro de la creación para convertirse en simplemente una especie más de los millones de especies creadas por la evolución. No es sorprendente que se produjera una gran reacción social en la época. Aún en la época actual no es aceptada por muchos miembros de la sociedad. Según el Instituto Gallup, en 2004 más de la mitad de los norteamericanos creían que el hombre ha sido creado literalmente tal como dice la Biblia, hace unos 10.000 años.

Genética y evolución: definición operacional del gen

Darwin proporcionó una explicación descriptiva, plausible, pero no mecanística de la diversidad biológica. El asunto es: si todos los organismos vivos tienen un origen común, ¿qué función biológica es común para todos, se transmite de padres a hijos y es modificable para generar la diversidad biológica? En su tiempo, Darwin no podía responder estas cuestiones.

Fue precisamente el planteamiento de estas cuestiones lo que dio origen a la genética, la disciplina que estudia cómo se transmite y modifica la información biológica. La primera señal de la existencia de información genética heredable se debe a Gregor Mendel, un monje agustino que demostró que la forma o el color de los guisantes se transmite fielmente de una generación a otra.

Sin embargo, el progreso de la genética en el siglo xx se debe en gran parte a la mosca del vinagre, Drosophila melanogaster, un organismo que se ha convertido en el objeto de estudio clásico de investigación en genética, ya que se cría fácilmente en el laboratorio, su ciclo biológico es muy corto –lo que resulta muy útil para estudiar la herencia de los diversos caracteres de una generación a otra– y resulta totalmente inocua para los humanos. Los estudios en Drosophila permitieron identificar muchos caracteres heredables concretos –genes–, demostraron que están localizados y alineados en el núcleo de las células en unos orgánulos llamados cromosomas y que cada gen está situado en una posición específica del cromosoma. También demostraron que en la naturaleza aparecen variaciones heredables –mutaciones– de los genes y que estas mutaciones son la fuente de variación biológica necesaria para el proceso evolutivo. Estas mutaciones también se pueden inducir de forma artificial mediante irradiaciones o el uso de compuestos químicos. En conjunto, lo que la genética de Drosophila descubrió es que el motor real de la evolución son los genes, que constituyen la información genética heredable y que son modificables.

Después de más de un siglo de investigaciones en esta mosca, el conocimiento de su genética es el más completo del Reino Animal y se han desarrollado unos conceptos y tecnologías que permiten realizar experimentos que no se pueden hacer en ninguna otra especie.

Naturaleza de la información genética

ADN

El problema que surgió a continuación, aproximadamente en los años cuarenta del pasado siglo, era conocer la naturaleza física del gen; cuál era su composición química.

La solución a este problema dio lugar a lo que yo llamo la segunda revolución de la biología: la dilucidación por Watson y Crick de la naturaleza y estructura de la información genética, el ADN. El famoso artículo publicado en la revista Nature el año 1953 fue el comienzo de una revolución biológica destinada a cambiar el propio rumbo de la humanidad. El ADN es una molécula con estructura de doble hélice formada por dos largas cadenas de moléculas de un azúcar –deoxi-ribosa– unidas por fosfatos. Conectando ambas cadenas, como peldaños de una escalera, otras moléculas llamadas bases nitrogenadas mantienen la estabilidad de la estructura. Como notaron inmediatamente Watson y Crick, la propia estructura de la molécula explica el mecanismo de replicación dando lugar a moléculas iguales y, por lo tanto, asegurando la fidelidad de la información biológica a través de generaciones.

Pero además, la estructura del ADN indicaba que la información biológica radicaba en la secuencia a lo largo de la molécula de las cuatro bases nitrogenadas llamadas timina (T), guanina (G), adenina (A) y citosina (C). Lo que un organismo hereda de sus progenitores y que va a condicionar sus características biológicas es simplemente una secuencia escrita en un lenguaje de cuatro letras.

El descubrimiento de la estructura y función del ADN modificó el enfoque experimental de la biología: todos los organismos están cifrados en un lenguaje de cuatro letras, A, T, C y G. A partir de entonces la biología se centró en el estudio del ADN, sus propiedades y su estructura. La primera secuencia completa de ADN que se obtuvo de un organismo, el bacteriofago ØX174, contiene 5.000 letras –llamadas bases–. Por comparación la secuencia de ADN de un gusano nemátodo consta de 90 millones de pares de bases; la secuencia de la mosca del vinagre Drosophila consta de 120 millones de pares de bases y la del ser humano consta de 3.300 millones de pares de bases. Cada una de estas secuencias representa una especie de fórmula para construir la especie en cuestión.

Un código genético universal

El problema es que los procesos vitales no están catalizados por el ADN, sino por las proteínas; el ADN es simplemente una receta que ha de ser traducida en toda la variedad de proteínas, unas 3.000 básicas, que se encargan de las funciones vitales, entre ellas de la propia replicación y expresión del ADN.

Las proteínas están constituidas por combinaciones de 20 aminoácidos, de forma que cada proteína es diferente de las demás debido a que está formada por una secuencia específica de aminoácidos. Así pues, hay que traducir la secuencia de cuatro bases heredada de los progenitores en secuencias de 20 aminoácidos para producir las proteínas que son el sostén de las funciones biológicas. El desciframiento del código de traducción, el código genético, fue uno de los grandes primeros éxitos de la biología molecular. Los laboratorios de Ochoa, Niremberg y Brenner fueron decisivos para descifrar el mecanismo de traducción. Estos investigadores demostraron que cada aminoácido está codificado por una secuencia específica de tres bases —triplete—, asegurando de ese modo que cada gen, que es una secuencia particular del ADN total, se traduce en una proteína específica. El tripleta AAG codifica para el aminoácido lisina, mientras que GCA codifica alanina y AGA arginina. De esta forma el ADN de secuencia AAGGCAAGA se traduciría en la secuencia de aminoácidos lisina-alanina-arginina .

Lo interesante del código genético es que es universal para todos los organismos. La universalidad del código es, en sí misma, una prueba de la evolución. Todos los organismos tenemos el mismo código genético simplemente porque todos lo hemos heredado de un antepasado ancestral.

En este contexto un gen es simplemente una secuencia concreta de ADN que codifica para una proteína específica encargada de una función concreta, por ejemplo la hemoglobina necesaria para la respiración o la miosina del músculo.

Desarrollo de la biología molecular

El descubrimiento de que el ADN es el manual de instrucciones para hacer un ser vivo y el desciframiento de los mecanismos básicos de la función génica, el código genético y la manufactura de proteínas, marcan el comienzo de la biología molecular. El estudio del ADN, su estructura y sus propiedades se convirtió en el principal foco de esta disciplina a partir de los años setenta del pasado siglo. Esta concentración de esfuerzos ha dado lugar a conceptos y técnicas extraordinariamente poderosas que permiten manipular el ADN con gran eficiencia. Son estas técnicas las que permiten el clonaje de genes, la generación de animales y plantas transgénicas, la posibilidad de terapia génica y los Proyectos Genoma. La generación de organismos transgénicos, esto es, organismos a los que se les ha introducido genes de otra especie, se deriva del hecho de que todos los ADN, de cualquier origen, son químicamente idénticos y que un gen es simplemente un fragmento de ADN. Esto permite mezclar por métodos químicos fragmentos de ADN —genes— de origen heterólogo. Una vez que se han desarrollado métodos para introducir estos fragmentos en el organismo receptor, éste dispone ahora de un gen de origen diferente. Un ejemplo claro lo constituyen, por ejemplo, las estirpes de levaduras a las que se les ha introducido el gen humano que codifica para la insulina. Mediante este procedimiento las levaduras transgénicas manufacturan insulina humana.

El gran desarrollo de estos procedimientos en años recientes ha permitido generar plantas —trigo, soja, arroz, etc., que ya están en el mercado— y animales transgénicos de muchas especies, ratas, ratones, cerdos, moscas, etc. Es importante señalar que los métodos que se utilizan para las varias especies animales son muy parecidos y constituyen la base de aplicaciones para su uso terapéutico en la especie humana, con objeto de curar enfermedades genéticas mediante terapia génica. En el año 2000 se publicó en la revista Science el primer ensayo de terapia génica mediante el que se logró curar una inmunodeficiencia severa a varios niños. Desgraciadamente, estos ensayos se tuvieron que interrumpir debido a efectos perjudiciales del procedimiento; tres de los niños curados desarrollaron posteriormente un cáncer. Este ejemplo ilustra, al mismo tiempo, el potencial de estos nuevos métodos y el hecho de que todavía están en una fase muy temprana de su desarrollo. Dada la velocidad con la que se está progresando es de esperar que estén disponibles en un futuro no demasiado lejano.

El diseño genético del cuerpo animal

Uno de los aspectos en que la biología molecular ha progresado de forma importante y con considerables aplicaciones en lo que respecta a la biología humana es en el área del diseño genético del cuerpo de los animales.

Inicialmente, los experimentos en biología molecular utilizaban organismos unicelulares, bacterias o virus para el estudio de las propiedades y función del ADN. Estos estudios produjeron resultados muy importantes, como se ha descrito anteriormente, pero por su propia naturaleza no permitían conclusiones sobre cuál es el control genético del desarrollo de los organismos complejos, como una mosca o un ratón, formados por asociaciones de células que han de agruparse de forma correcta en una estructura tridimensional.

Tomemos como ejemplo una mariposa  cada célula individual tiene que realizar las funciones biológicas primarias, síntesis de proteínas, replicación del ADN, etc., pero además tiene que disponerse, agruparse con otras y diferenciarse para hacer órganos específicos, ojos, alas, patas etc., los cuales han de ensamblarse con los demás órganos de forma que cada uno de ellos aparezca en el lugar adecuado. En el diseño de un animal hay que disponer las diversas partes del cuerpo en las tres dimensiones del espacio; los ejes antero-posterior, dorso-ventral y próximo-distal. Este problema del diseño corporal ha sido uno de los grandes retos de la genética de los organismos superiores: cómo los genes especifican la información posicional de las diversas partes del cuerpo de forma que las células que van a hacer ojo saben que han de disponerse en la parte anterior del cuerpo y las que van a formar la patas deben de estar en la parte ventral. En otras palabras, ¿cuál es la descripción genética de un organismo tridimensional? En un insecto como una mariposa distinguimos morfológicamente una parte cefálica, una parte torácica y una parte abdominal, pero no hay garantía de que esta descripción corresponda a la verdadera descripción genética del organismo. Es en este asunto de la descripción genética de los animales donde se ha progresado de forma notable en los últimos treinta años.

Las claves del diseño genético del cuerpo animal están en los llamados genes homeóticos, ahora llamados Hox. Estos forman una maquinaria genética que ha sido estudiada con gran detalle en la mosca del vinagre Drosophila. Lo característico de estos genes es que sus mutaciones transforman unas partes del cuerpo en otras. Una mutación como Antennapedia (Antp) por ejemplo transforma la antena en pata, o una mutación como Ultrabithorax (Ubx) transforma el apéndice halterio en ala, dando lugar a una mosca con cuatro alas. Lo interesante de estas transformaciones es que, a pesar de que la construcción general del cuerpo es errónea, la morfología de las partes es normal: la pata que aparece en la antena de Antp es normal, lo que es anómalo es el sitio donde aparece. Igualmente, las alas transformadas que aparecen en la mosca Ubx tienen morfología y tamaño normal de alas. Lo único anormal es el sitio donde aparecen. La implicación de estos fenotipos es que lo que controlan los genes Hox no es la morfología de las estructuras sino el diseño general del cuerpo, la información posicional a la que me refería anteriormente, que hace que cada órgano aparezca en el lugar correspondiente.

Los genes homeóticos son pues genes reguladores de alto rango que determinan el tipo de desarrollo de las diversas partes del cuerpo de Drosophila. Una pregunta muy importante que se hizo en los años ochenta del siglo pasado fue cuántos genes homeóticos existen. La identificación de todos ellos era de esperar que permitiera dilucidar la lógica genética que subyace en el diseño del cuerpo. Estudios realizados en Estados Unidos  demostraron que, sorprendentemente, el número de genes Hox es pequeño. En la Drosophila solamente existen nueve genes Hox que establecen las  
coordenadas espaciales en el eje antero-posterior, reconocen los valores posicionales en este eje y determinan la adquisición del programa de desarrollo adecuado para generar la parte correspondiente del cuerpo. Estos resultados eran ciertamente interesantes pero se referían a la mosca del vinagre; en principio no se sospechaba que pudieran tener un valor general para explicar el diseño del cuerpo de otros animales, incluyendo la especie humana.

Sin embargo, el progreso de la biología molecular en los años setenta-ochenta del pasado siglo permitió el aislamiento molecular —clonaje— y la secuenciación de los genes Hox de Drosophila. A finales de 1985 todos estos genes ya había sido clonados y secuenciados. Un descubrimiento extraordinariamente importante que se realizó cuando se compararon sus secuencias es que todos estos genes contenían una secuencia en común, que se llamó homeobox. Las implicaciones del descubrimiento de la homeobox fueron muy importantes: 1) Esta secuencia codifica para un motivo de unión al ADN, indica que las proteínas homeóticas funcionan como factores de transcripción y regulan la actividad de otros genes subsidiarios, 2) la presencia de la misma secuencia en todos los genes Hox indica que estos genes tienen un origen común y 3) la secuencia homeobox es un marcador molecular de los genes Hox que permitió identificarlos en organismos —la especie humana, por ejemplo— en los que es imposible detectarlos por procedimientos genéticos convencionales. Como veremos a continuación este último aspecto resultó ser de gran importancia.

Un diseño genético universal

El hecho de que la homeobox sea un marcador molecular de los genes Hox permitió identificar el complejo Hox en muchos grupos del Reino Animal, e hizo de estos genes el objeto fundamental de estudio de la biología del desarrollo durante los años ochenta y hasta principios de los noventa. El resultado general es que el complejo Hox se ha encontrado en todos los grupos animales en los que se ha buscado. Es, pues, una característica universal del genoma de todos los animales, incluyendo a la especie humana. Los humanos tenemos un complejo Hox muy parecido al de Drosophila, sólo que en vez de tener una copia por genoma tenemos cuatro.

Los estudios de Drosophila habían establecido previamente que la función de estos genes era determinar el desarrollo de las diversas partes del cuerpo, pero no existía evidencia de qué función realizan en otros organismos. La dificultad para estudiar este aspecto es que el análisis genético realizado en Drosophila no es posible en muchos vertebrados y totalmente imposible en la especie humana, por lo tanto hubo que recurrir a otros métodos.

Mosca Drosophila

Las tecnologías moleculares que se desarrollaron en los años ochenta y noventa permiten generar individuos, moscas Drosophila en este caso, a los que se les puede introducir un gen de otra especie y estudiar en este sistema heterólogo su función. Diversos experimentos de este tipo han permitido concluir que los genes Hox humanos y de otros vertebrados funcionan de forma parecida o igual a sus homólogos de Drosophila. La conservación funcional llega al extremo de que genes humanos o de ratón son capaces de reemplazar a sus homólogos de Drosophila, éste es el caso del gen de ratón Hoxd13 que si se introduce en la mosca es capaz de programar el desarrollo de la parte posterior de Drosophila como el propio gen de la mosca. Otros ejemplos muy llamativos son, por ejemplo, genes de Drosophila apterous y eyeless que tienen homólogos conocidos en humanos. Apterous es necesario para hacer alas; las mutaciones de este gen producen individuos sin alas. Eyeless se necesita para programar el desarrollo del ojo; los mutantes en este gen no tienen ojos.

Cuando a una mosca mutante apterous se le introduce el gen humano es capaz de formar alas de mosca. Aunque los humanos no tengamos alas de mosca, tenemos un gen capaz de reemplazar al de Drosophila que programa la formación de las alas de mosca gracias a un mecanismo de conservación funcional.

Igualmente, el gen de ratón homólogo de eyeless, llamado small eye, es capaz de inducir ojos de mosca. Experimentos similares con genes de otros organismos han llevado a la conclusión de que el diseño genético de los ojos de todos los animales, moscas, pulpos, seres humanos, es el mismo. El invento evolutivo de un órgano receptor de luz conectado al cerebro tuvo lugar hace 540 millones de años y ha sido heredado por todos los organismos multicelulares. Estos experimentos ilustran un principio general del fenómeno evolutivo: cuando aparece un mecanismo que opera adecuadamente, la programación genética de este mecanismo queda fijada en el genoma y, a partir de ahí, no se modifica o se modifica muy poco.

La conclusión general de todo lo anterior es que el mecanismo general de diseño genético de los animales, basado en los genes Hox y derivados, es común para todo el Reino Animal. Seguramente la explosión del Cámbrico, esto es, la aparición repentina de los Bilateralia con los órganos dispuestos a lo largo de los tres ejes espaciales, es el resultado de la aparición en el Cámbrico Inferior del complejo Hox y sus derivados. La similitud en secuencia de los genes del complejo indica que derivan de un gen ancestral que sufrió varias duplicaciones en tándem, originándose así el conjunto de genes ligados que forman el conjunto.

Por tanto, podemos afirmar que todos los seres vivos comparten las mismas funciones biológicas básicas. De todos estos estudios ha surgido una visión unificadora de los procesos biológicos basada, en última instancia, en el proceso evolutivo. Los organismos tienen un origen común, como propusieron Darwin y Wallace, comparten el mecanismo de almacenamiento y liberación de la información genética basado en la universalidad de la función del ADN, del ARN y en el mecanismo de código genético. Por último, todos los componentes del Reino Animal comparten el mismo proceso genético de diseño corporal.

Una implicación de importancia que deriva de estas observaciones es que muchos de los aspectos del desarrollo del cuerpo humano se pueden estudiar en organismos modelo, moscas, gusanos, ratones, en el entendimiento de que la base genética/molecular de estos procesos es común para todas las especies y, por lo tanto, muchos de los procesos involucrados también lo serán. Un ejemplo típico de este enfoque lo constituyen los estudios de regeneración que se están llevando a cabo en anfibios y en pollos. Es una observación muy antigua que los anfibios y reptiles son capaces de regenerar las extremidades mientras que las aves o los mamíferos no. Los estudios en marcha están permitiendo identificar los genes relacionados con el proceso regenerativo, varios de los cuales están también presentes en especies que no regeneran. Parece ser que la facultad de regenerar un órgano o no hacerlo depende no tanto de la presencia o ausencia de uno o varios genes como del mecanismo de regulación de genes comunes. Las especies que regeneran son capaces de activar estos genes después de un trauma físico, mientras que las que no regeneran no lo son. Una especulación bien fundada es que, cuando se conozca bien el proceso de regulación de estos genes, se podría intervenir en el control de su función con objeto de inducir artificialmente el proceso regenerativo en especies como la humana, que de forma natural no lo harían.

Los proyectos genoma

La exposición anterior es en sí misma una reivindicación de todo el fenómeno evolutivo, al exponer claramente la universalidad funcional de los fenómenos biológicos. Pero, además, las nuevas tecnologías moleculares nos han proporcionado una demostración más directa de esta universalidad. Durante los últimos años se ha terminado la secuenciación completa del ADN —los Proyectos Genoma— de muchas especies animales y vegetales, lo cual ha permitido comparar directamente el grado de similitud o diferencia de la información biológica entre especies diferentes.

En este contexto son particularmente relevantes los genomas de nemátodo Caenorabditis elegans, que contiene un ADN de 90 millones de pares de bases, el de la mosca Drosophila con 120 millones de pares de bases y el genoma humano con 3.300 millones de pares de bases. En el proyecto Genoma Humano  se utilizó el ADN de cinco personas —tres mujeres y dos hombres— de cuatro grupos étnicos diferentes —hispano, asiático, afro-americano y caucasiano—. Es interesante destacar que no se detectaron diferencias significativas entre ellos.

Estos proyectos han conseguido identificar todos los genes de cada especie, determinar su secuencia y acumular esta información en bases de datos, lo cual, junto con el desarrollo de instrumentos informáticos muy sofisticados y poderosos ordenadores, ha permitido comparar las secuencias significativas. La comparación ha producido muchos resultados de interés, pero uno particularmente importante  es el descubrimiento de que la especie humana comparte aproximadamente un 50% de los genes con el nemátodo Caenorabditis elegans y un 60% con la mosca Drosophila. Esta observación es un saludable recordatorio de nuestros orígenes biológicos, que compartimos con el resto de los animales. Naturalmente, esto se refleja en el ADN que es el trazo evolutivo común que nos une a todos.

Estudio de la enfermedad humana en organismos modelo

El alto grado de similitud genética en las especies mencionadas y, de hecho, en todo el Reino Animal no sólo valida el fenómeno evolutivo, sino que también tiene implicaciones poderosas en el estudio de la biología y patología humana. Al tener tantos genes en común con organismos como Drosophila hay muchos aspectos de la biología y de la enfermedad humana que se pueden estudiar en moscas sin las limitaciones experimentales y éticas que impone el material humano. La filosofía que subyace es que mucho del progreso en el conocimiento que consigamos en Drosophila será aplicable a nosotros mismos. Como vimos anteriormente, el estudio de los genes Hox de las moscas está arrojando información muy importante sobre la función de esos mismos genes en nuestra propia especie.

En lo que respecta a los procesos patológicos, las últimas estimaciones indican que el 74% de los genes relacionados con enfermedades humanas están presentes en Drosophila. Se trata, por tanto, de una fuente de información de enorme importancia para el conocimiento básico de la enfermedad humana. Actualmente, muchos laboratorios en todo el mundo están usando Drosophila como organismo para estudiar patologías como el cáncer, la enfermedad de Alzheimer, ataxias, etc. Un ejemplo de este enfoque lo constituyen los experimentos para inducir el síndrome molecular de la enfermedad de Alzheimer en Drosophila. La deposición de la proteína amiloide (Aß) en las neuronas es una característica de la enfermedad. La forma patológica contiene 42 aminoacidos en vez de 40 y forma agregados llamados placas amiloides. La tecnología de Drosophila permite inducir la enfermedad en los ojos o el cerebro de la mosca y estudiar la evolución de la enfermedad. Se pueden producir cientos de individuos y probar gran cantidad de posibles remedios o compuestos que interfieren con el desarrollo de la enfermedad. Estos experimentos han permitido identificar una droga — Rojo Congo — que mitiga grandemente el efecto de la enfermedad en moscas. Aunque desgraciadamente esta droga es tóxica para los humanos y no serviría para el tratamiento de la enfermedad, indica claramente el potencial de este tipo de tecnología. Experimentos de este tipo ya han identificado varias drogas dirigidas a tratar el cáncer y otros procesos degenerativos.

¿Se puede alterar la duración de la vida humana?

El altísimo grado de conservación en todo el Reino Animal de los fenómenos biológicos fundamentales permite especular sobre las posibilidades de manipular procesos considerados, hasta hace poco, inaccesibles a la intervención humana. Uno de los paradigmas fundamentales de la sociedad y cultura humana es la idea de que el envejecimiento y la muerte son procesos biológicos inevitables. Se supone que existe una programación interna que establece, dentro de un rango relativamente estrecho, la duración máxima de la vida de los individuos de cada especie.

Durante el siglo XX la duración media de la vida humana ha aumentado considerablemente, principalmente debido a la mejoría en el nivel de vida, las condiciones higiénicas y el progreso en medicina, pero se estima que la duración máxima está en torno a los 120-125 años. ¿Se podría sobrepasar este límite? Éste es un tema que ha suscitado gran atención en las revistas científicas internacionales (veáse Nature 458, 1065-1071, 2008), debido fundamentalmente a que recientemente se han hecho descubrimientos que tienen que ver directamente con la programación genética de la duración de la vida.

El hecho fundamental es que se han identificado en el gusano nemátodo Caenorhabditis elegans y en la mosca Drosophila varios genes cuya función está directamente relacionada con el programa de envejecimiento de estas especies. Dada la facilidad de manipulación genética en estos organismos, se ha conseguido alargar de forma sustancial la vida en individuos de estas especies. En el caso del nemátodo se han conseguido gusanos que llegan a vivir entre seis y siete veces más de lo normal. Extrapolando a la especie humana, la vida media de la población sería de unos 350 años y habría individuos que sobrepasarían los 500.

Un aspecto importante de estos descubrimientos es que los genes de envejecimiento identificados en el gusano nemátodo y en Drosophila están también presentes en la especie humana. El mejor estudiado de estos genes, llamado DAF-16 en el gusano y FOXO en Drosophila y en humanos, está relacionado con la vía de la insulina y se han detectado formas variantes de FOXO que parecen ser particularmente frecuentes en individuos mayores de cien años. Mutaciones en la especie humana que afectan la actividad de la vía de la insulina también se han detectado en individuos centenarios.

DAF-16/FOXO ha sido clonado y se han construido gusanos modificados genéticamente, en los que se han alterado los niveles funcionales de este gen y que se traducen en alteraciones que llegan a duplicar la duración de la vida de los gusanos. El hecho de que manipulando un solo gen se logre este resultado ilustra el potencial de estas técnicas.

Como se mencionaba anteriormente, este gen está presente en nuestra propia especie, lo que abre la posibilidad de que su manipulación pudiera utilizarse para modificar la duración de la vida de los seres humanos.

La futura evolución de la especie humana: el hombre tecnológico

Para terminar, me gustaría reflexionar brevemente sobre la propia evolución de la vida en el planeta y la de la especie humana. La vida en el planeta comenzó hace 2.000-3.000 millones de años. Los animales Bilateralia —los grupos animales existentes en la actualidad—, aparecieron hace 540 millones de años. Hace unos 100.000-200.000 años la selección darwiniana dio origen a la especie humana, como ha originado muchos millones de especies más, vivas o extintas. Sin embargo, el desarrollo intelectual/tecnológico de nuestra especie la ha hecho esencialmente inmune al proceso de selección natural, por lo tanto las reglas evolutivas normales nos afectan poco o nada en la actualidad.

La cultura humana comenzó hace unos 10.000 años y el desarrollo tecnológico hace doscientos años, mientras que la tecnología del ADN comenzó hace veinticinco. El progreso de esta tecnología ha sido rapidísimo y ha dado lugar a métodos muy poderosos de manipulación. Esto es, el vehículo de la evolución, el ADN, está siendo modificado directamente por la intervención humana. Estas metodologías, todavía muy crudas, se están usando en animales de experimentación, moscas, ratones, gusanos, etc., pero dada la gran similitud genética no está lejos el día en que se podrán aplicar a la especie humana. El potencial de estos métodos es enorme, sobre todo si se considera que comenzaron hace veinticinco años. Resulta imposible imaginar lo que serán capaces de realizar dentro de cincuenta años, por no hablar de 500 o 5.000. La especie humana tendrá la posibilidad de modificarse genéticamente a sí misma de forma controlada. Esta perspectiva ofrece enormes posibilidades de determinar su propio futuro biológico, su propia evolución. La tecnología del ADN ofrece un nuevo paradigma social; podrá cambiar completamente la propia esencia del ser humano.

Ginés Morata: EL  PAÍS