Una historia de la epigenética

Autor: José Francisco Bravo Moreno

 

Contenido:

  1.  Historia de la construcción básica del modelo genético neodarwiniano
  2. A)  El concepto de la epigenética, y crítica al modelo hereditario de Watson y Crick

        2. B) Investigaciones recientes que ponen en entredicho la idea original de Watson y Crick y sus seguidores

Bibliografía

 

 

 

  1. Historia de la construcción básica del modelo genético neodarwiniano

Frederich Miescher (Wikipedia)

Según se sabe, el descubridor del ADN antes de que la molécula fuera llamada así, fue Frederich Miescher (1844 -1895) trabajando con esperma de salmón. Es necesario aclarar que la sustancia que el encontró y a la cual llamó nucleína en 1874, contenía, -según los análisis químicos de aquel tiempo-, ácido fosfórico asociado con una sustancia sui generis que hoy sabemos que son las bases nitrogenadas. Miescher aisló esta molécula lo que permitió su análisis posterior. Oskar Hertwig,  junto con Weismann –una voz oficial de mucha autoridad-, se habrían expresado en el sentido de que “…es altamente probable que la nucleína sea la responsable no solo de la fertilización sino de la transmisión de los caracteres”. Más tarde, Walter Fleming descubriría una molécula dentro del núcleo a la que llamó “cromatina”, Fleming la relacionó directamente con la nucleína. Más tarde, Thomas Hunt Morgan vindicaría la idea a la que habían llegado las especulaciones de varios investigadores de finales del siglo XIX, respaldados por Weismann, de que los cromosomas son los únicos transmisores de la herencia. Pero, según se sabe,  Weismann le daba una connotación muy reduccionista y mística a la función de las moléculas hereditarias, situándolas en el papel de principal transmisor de los caracteres, haciendo a un lado el papel del citoplasma, de quien evidentemente se podría pensar, sería el intermediario entre el medio ambiente extracelular y el núcleo. Eso hacía más imposible el siquiera considerar que cualquier factor medioambiental afectara el núcleo, ya sea en la célula somática o germinal. Weismann de hecho aseveraba que los cromosomas formaban un mundo apartado del cuerpo del organismo y de sus condiciones de vida, que era “una substancia hereditaria inmortal, independiente de las peculiaridades cualitativas del desarrollo del cuerpo vivo y que dirige el cuerpo perecedero, pero no es engendrada por él”.

 

Imagen de Desproporción áurea.

Al respecto, los siguientes párrafos referidos por Enrique Beltrán (1945), son de particular importancia pues fueron recientemente re-visitados experimentalmente con las técnicas modernas de la biología molecular, tanto en plantas protistas y mamíferos, en estos últimos se ha implementado una conjunción de técnicas que involucran la electrofisiología y la observación del comportamiento animal, derivándose de ello importantes publicaciones estando a punto de cumplirse el primer decenio del siglo XXI, las cuales referiremos más adelante, pero que apuntalan el buen nombre del sabio Lamarck. Pero de hecho han habido observaciones sencillas que demuestran plenamente lo dicho por el invertebrista antes de que estas recientes publicaciones circularan por todo el orbe (ver artículo de Otto Landman en este blog). Cómo decíamos, Beltrán ya señalaba en el año de 1945 lo siguiente:

“Guyenot (1930) y Prenant (1936), aunque teniendo esa posición (el que los cromosomas son los principales transmisores), critican a los extremistas que piensan que la acción de los factores extraños a los genes, especialmente del citoplasma, no tienen importancia al respecto”.

Al respecto, y siguiendo con la línea dejada por Weismann, los descubridores de la estructura del ADN (si es que lo fueron), dirían que se inspiraron en el libro de Schrödinger titulado: ¿Qué es la vida desde el punto de vista de lo físico?

Schrödinger parecía profetizar el descubrimiento de la molécula transmisora dándole un carácter providencial. Schrödinger en efecto, escribiría lo siguiente en 1944:

“El alma individual es igual al alma omnipotente omnímoda e inmortal… es lo más que puede alcanzar un biólogo que quiera demostrar de un solo golpe la existencia de Dios y la inmortalidad del alma”.

Lisenko creerá que está haciendo alusión a la molécula inmortal de Weismann.

Es por ello pertinente el citar nuevamente a Schrödinger quien escribiría luego en un tono neolamarckiano en 1958, haciendo referencia al creador del término epigenética Conrad H. Waddington. Aquí vemos que no necesariamente se inscribe en el ideario que más tarde impondrá el dogma de la biología molecular:

“A primera vista, las ideas de Darwin (frente a las de Lamarck) parecieran otorgar un escaso significado para la evolución de la conducta de las plantas y animales individuales; por ejemplo, a la preferencia que un animal individual puede mostrar por una nueva especie de alimento o por un nuevo método de caza. La idea nueva de la teoría de la selección orgánica, es que estas formas de conducta individual pueden influir en la evolución del filum por medio de la selección natural. La idea es sencilla: cada nueva modalidad de comportamiento puede considerarse la selección de un nicho ecológico nuevo…al adoptar un mismo entorno… hay una nueva influencia ambiental,..una nueva presión selectiva. Y es entonces cuando esta nueva presión selectiva guía el desarrollo genético y produce la adaptación al nuevo entorno. Esta teoría sencilla y convincente es de hecho antigua –según muestra Alister Hardy-, es anterior a Darwin e incluso a Lamarck, pero durante los últimos años se ha vuelto a descubrir, siendo desarrollada y contrastada experimentalmente, por ejemplo, por Waddington. Esta teoría demuestra, mucho más claramente que Lamarck, que la conducta, como el deseo de explorar, la curiosidad del animal, y los gustos y aversiones de un animal, puede ejercer una influencia decisiva en el desarrollo filogenético de los genes. Así pues, cada novedad conductual de un organismo individual tiene consecuencias filogenéticas creadoras y a menudo revolucionarias. Esto muestra que la iniciativa individual desempeña un papel activo en el desarrollo darwiniano. Esta observación invalida la impresión desesperada y deprimente que ha rodeado al darwinismo desde hace tanto tiempo, cuando parecía que la actividad del organismo no podría desempeñar ningún papel en el mecanismo de selección”.

Watson y Crick, habiéndose inspirado en el libro del cuarenta y cuatro de Shrödinger, corroborarían de manera circunstancial el concepto que sobre el ADN tenía Weismann, pues posteriormente sucedió que, junto con otros científicos premios Nobel, construirían los cimientos de toda una estructura moderna neodarwiniana, al decir de manera monolítica y en bloque con una determinación casi fanática, que el proceso secuencial en la expresión del ADN a ARN y proteína, se desenvuelve de manera unidireccional e irreversible, (ADN-ARN-proteína), alegando el que esto dejaba fuera cualquier incidencia medioambiental sobre cualquier modificación en la estructura de un gen. Luego obtendrían algún sustento en investigaciones realizadas en microorganismos, lo que parecía darles la razón. Pero de eso a decir que la funcionalidad del ADN dejaba fuera el concepto lamarckiano, sería un exceso que habrán de pagar caro, sobre todo aquellos que se han arrodillado ante las tesis preconizadas por Watson, Crick, Luria, Jacob y Monod. Es verdad también que el modelo en su dinámica funcional: replicación y transcripción, además de la traducción, respondería muy bien a las expectativas de Weismann, desmarcándose empero de la opinión de Shrödinger en todos sus puntos (según podemos inferir) aunque él haya sido el motivo de su inspiración.

  1. A)  El concepto de la epigenética, y crítica al modelo hereditario de Watson y Crick

Existió la posibilidad de investigar en términos de la genética moderna, la explicación epigenética preconizada por Waddington (1942), es decir, sobre si ésta podría ser complementaria a aquellas dadas por la biología molecular. Pero esto no fue posible, al respecto, Monod diría lo siguiente para de una vez por todas –y según él- matar el ideario que sobre el devenir de la historia había dejado resabios del Lineo Francés:

“Es preciso añadir, finalmente -y este es un punto es de una gran importancia-, que el mecanismo de la traducción es estrictamente irreversible. Ni se ha observado, no es concebible, que la información sea jamás transformada en el sentido inverso es decir de proteína a ADN. Esta noción se apoya en un conjunto de sus observaciones tan completas y tan seguras hoy en día, y sus consecuencias en la teoría, de la evolución, principalmente, son tan importantes que se las debe considerar como uno de los principios fundamentales de la moderna biología. De esto se deduce, en efecto, que no hay mecanismo posible por el que la estructura y las performances pudieran ser modificadas y estas modificaciones transmitidas aunque solo fuera parcialmente a la descendencia, si no es como consecuencia de una alteración de las estructuras representadas por un segmento de la secuencia del ADN.

El sistema entero, por consecuencia, es totalmente, intensamente conservador, cerrado sobre sí mismo, y absolutamente incapaz de recibir cualquier instrucción del mundo exterior.

Nada permite suponer que nuestras concepciones sobre este punto deberán o incluso podrán ser revisadas en otro”…”..Es pues la noción, o más bien el espectro que debe a toda costa exorcizar todas las ideologías vitalistas y animalistas.

Y sin embargo, la falsa paradoja del enriquecimiento epigenético se puede ver, pues, una contradicción en el hecho de decir que el genoma define enteramente la función de una proteína mientras que esta función está ligada a una estructura tridimensional cuyo contenido informativo es más rico que la contribución directamente aportada a esta estructura por el determinismo genético.

Esta contradicción no ha dejado de ser revisada por ciertos críticos de la teoría biológica moderna. Especialmente Elsasser, quien ve precisamente en el desarrollo epigenético de las estructuras macroscópicas de los seres vivos, un fenómeno físicamente inexplicable, en razón del enriquecimiento sin causas que él parece testimoniar. Este mecanismo desaparece cuando se observan los mecanismos de la epigénesis molecular, el enriquecimiento de información, proviene de lo que la información genética (representada por la secuencia) expresa de hecho en condiciones iniciales bien definidas tales que entre todas las estructuras posibles, una sola de ellas es de hecho realizable

Más tarde, entonces, habría dejado claro que la autorregulación en el ADN tiene ciertos límites que curiosamente se ciñe a algunas propuestas darwinistas, pero por otro lado, deja claro que de acuerdo a ello y a la unidireccionalidad de la información genética que “la conducta adquirida no se puede transferir a la siguiente generación”.

Según lo parecía, y de acuerdo a varias autoridades cuasi-sagradas que podían hablar sobre la evolución, con el descubrimiento parcial del funcionamiento del ADN, se obtenían las pruebas definitivas y contundentes que sepultaban con una losa muy pesada la figura de Lamarck (cómo por ejemplo, lo que habría dejado establecido un hiperdarwiniano cómo Ernst Mayr en un artículo claramente denigratorio hacia la figura del invertebrista realizado en1973).

Tales actos de deslinde hacia la figura del invertebrista, también lo eran en términos modernos para Conrad Hal Waddington (1905-1975), embriólogo Inglés destacado, quien en los años cuarenta del siglo XX, se habría decidido a no dejar morir del todo el ideario del Linneo Francés, hace uso del ahora muy conocido término “epigenética”. El término de epigenética en el siglo XX, ya había sido establecido por el mismo Waddington definiéndolo como aquellas interacciones de los genes con su medio ambiente las que finalmente conllevan a la consolidación del fenotipo, enfatiza con ello el que los mecanismos epigenéticos varían en respuesta al medio ambiente. Waddington habría sido excluido del registro de la historia por tener una cierta inclinación a lo expresado por Lamarck. Esta explicación moderada sobre el lamarckismo intentaba el no oponerse de manera directa a la idea original darwiniana, pues él siempre creyó en la selección natural. Para 1963, todavía Waddington trata de llamar la atención hacia la importancia de la estrategia epigenética, pero ya sin mencionarla cómo tal:

“Usualmente los resultados de la interacción entre el núcleo y el citoplasma no son visibles, pero tienen que ver con reacciones químicas en las cuales los genes toman parte. Nosotros lo podemos observar en la siguiente vía: suponga que en un particular tipo de citoplasma, los genes se activan. Estos genes pueden así producir sustancias que serán adicionadas al citoplasma, alterándolo. Esta alteración del citoplasma puede ahora tener una diferente reacción con el núcleo para que otros genes entren en operación. Así, el citoplasma puede ser alterado de nuevo y hacer que otros genes entren en juego”.

Conrad Hal Waddington. Del blog Sputnik shuffle (Morphogenetic Metaphors in Architecture – The Quixotic Contributions of Conrad Waddington)

 

A manera de advertencia que se cumpliría sin lugar a dudas, y con cierta ironía sobre las mutaciones seleccionistas neo-darwinianas, nos dice Waddington:

“Nosotros podríamos mantenernos expectantes y esperanzados de que la naturaleza opera en semejante vía (alelos benéficos= mayor descendencia), es decir, que la naturaleza opera en la dirección de producir solo las mutaciones favorables. Sin embargo, esto no acontece, debe observarse entonces que las mutaciones o cambios en los genes siguen operando en una dirección que sigue siendo más bien un misterio”.

Ya con el apoyo indiscriminado de la comunidad científica hacia la tesis de la unidireccional de la información genética, fue que surgieron libros en donde de manera intencionada los títulos de estos ya hacen un claro desdén a los mecanismos citoplasmáticos o extra-ADN que pudiesen afectar la expresión de los genes, como por ejemplo aquel famoso título: “El ADN la clave de la vida”, aduciendo el que hay una explicación reduccionista y determinista en el sentido de que el ADN explica todos los proceso vitales.

No todos se ciñeron a esta explicación, en los años sesenta, tenemos el caso no sólo de Waddington sino del Dr Barry Commoner, quien en su libro “Ciencia y Supervivencia”, nos hace ver sus sospechas sobre la forma extremadamente reduccionista en que se estaba llevando a cabo la explicación sobre el funcionamiento del ADN. Siendo asesor científico del gobierno en el mismísimo Washington en los años sesenta, hizo la siguiente observación:

“Se ha alegado, por ejemplo, que la ciencia del siglo XX pasará a los anales históricos por sus logros en el campo biológico, y no por la física nuclear.

Semejante alegato refleja la convicción de que por ahora se han desentrañado las leyes biológicas básicas y particularmente, que ahora conocemos la vida bajo sus verdadero aspecto, es decir, cómo una forma química”

“Quien quiera que haya aprendido biología efectuando la disección de una rana, se quedará extrañado y confuso ante los informes de investigación biológica actual: moléculas que se reproducen por sí mismas, códigos moleculares que predicen cuando un huevo ha de dar origen a una tortuga o a un tigre, esfuerzos para crear vida en un tubo de ensayo”.

Esas innovaciones parecen impugnar los principios biológicos que nos son familiares. Si una molécula posee lo esencial para la vida –duplicación autónoma-, entonces se debe desestimar la teoría celular que afirma que los atributos de la vida residen en la célula cómo unidad, y no en una de sus partes menores, como la molécula. Si se lograra sintetizar la vida en un tubo de ensayo, el principio hasta ahora indiscutible, -omne vivum ex ovo – toda vida proviene de otra pre-existente debería pasar al olvido”.

Todo esto le sugiere a Barry Commoner que hay una prefigurada y distorsionada idea de que:

“….la vida podría existir en un solo componente celular, lo cual tolera la noción de una molécula viva”.

“Si la replicación y la herencia originan las restantes rasgos de la vida, entonces el ADN  se destaca como rector químico de la célula y secreto de la vida”

“Pero el triunfo aparente del ADN no obedece a una victoriosa revolución del largo debate, en su lugar se ha llegado a esa discusión por el método menos arduo de desterrar la cuestión teórica básica. Realmente, los nuevos experimentos no han respondido a esa cuestión, pues, en realidad, no sustentan la idea de que el ADN sea una molécula autoduplicativa”.

“la evidencia crucial y experimental para la conclusión de que el ADN es una molécula autoduplicativa requeriría de la demostración de que en un sistema de tubos de ensayo conteniendo una partícula molecular de ADN, se formaran nuevas moléculas de ADN, réplicas exactas de la primera, lo que no se ha realizado todavía. Aunque en los sistemas de probetas se sintetiza una nueva partícula de ADN similar a la empleada para cebar el proceso, la similitud no es tan exacta, ni mucho menos, como lo requiere la teoría”.

“Lo que nos dice el experimento en tubos de ensayo es esto: un solo mensaje molecular no determina la herencia del organismo vivo”.

Y he aquí la principal consideración antilamarckiana que no es posible demostrar:

“El dogma central entraña una preocupación no demostrada, a saber, que mientras los ácidos nucleicos pueden guiar la síntesis de otros ácidos nucleicos y proteínas, el efecto inverso es imposible, es decir, que las proteínas no pueden guiar la síntesis de ácidos nucleicos”.

“Pero las observaciones experimentales actuales niegan la segunda –y crucial- parte de tal presuposición. Y añade Commoner: ”Ni el ácido nucleico ni la proteína son capaces por si solas de guiar el proceso químico sintético. Ninguna molécula es autoduplicativa o rectora química de la célula”.

Concluirá Commoner diciendo que aun agrupando los componentes químicos, estos no dan origen a la vida, es decir: “ no se ha encontrado el mecanismo coordinador que presida la coordinación esencial de sus numerosas reacciones separadas”.

De ahí que creemos oportuno nuevamente repetir el hecho de que se hayan editado libros con títulos como “El ADN: Clave de la vida”. Pero, ciertamente, existió en contraposición a ellos, un título cómo: “La célula: Clave de la vida” en donde por cierto, le dan la primacía a Lamarck como el real descubridor de la teoría celular.

 

2         B)- Investigaciones recientes que ponen en entredicho la idea original de Watson y Crick y sus seguidores

No hace mucho, algunos biólogos consideraron que el stress medio ambiental puede, en algunos casos, dirigir las mutaciones. La idea es herética pues recordaba el espectro de Lamarck y la herencia de los caracteres adquiridos. Esta noción de que el medio ambiente puede remodelar (¿al azar?) la herencia, cayó del favor del ámbito científico cuando Weismann expuso la doctrina de la separación estricta del germoplasma respecto de las células somáticas. Sin embargo, se ha dicho que lo que la gente olvida es que muchos organismos no secuestran sus células germinales, es el caso de las plantas y de los organismos unicelulares (ver el artículo de Otto Landman en este blog ).

Todo lo que hoy se ha desarrollado sobre mutación dirigida comenzó en 1988, cuando John Cairns, de la Universidad de Harvard se hizo la pregunta de si en realidad era válido el principio dogmático de que las mutaciones desfavorables en ningún modo y sin ninguna probabilidad, permiten la sobrevivencia de microorganismos cómo las bacterias .

Cairns creció bacterias en un medio donde el azúcar que podía metabolizar la bacteria (glucosa y/o sacarosa) se encontraba en escasa cantidad, por otro lado, el otro azúcar llamado lactosa, que bajo ninguna probabilidad podía metabolizar, debido a la mutación que presentaba, estaba presente en cantidad suficiente. Cairns encontró que las bacterias no morían cuando escaseaba por completo la glucosa o la sacarosa y que por el contrario, de alguna manera habían adquirido algún gen que les permitía metabolizar la lactosa. Sus asombrosos resultados le han llevado a creer que las mutaciones reactivan a los genes defectuosos de las bacterias supliéndolos por aquellos que permiten la digestión de la lactosa, esto ocurre con una frecuencia que derriba la tesis de las mutaciones al azar.

Por tanto, la fuerza de la selección no es meramente el escardeo para que no se desajuste el organismo, sino que activamente encamina la mutación en una dirección benéfica. Esto por supuesto hacía revivir la figura de Lamarck, lo que causó en su tiempo gran controversia en el mundo científico.

Pocos meses más tarde, Barry G. Hall de la Universidad de Rochester, presentó una evidencia más contundente utilizando la inducción de mutaciones selectivas. El realizó experimentos similares en los cuales esta vez las bacterias “hambrientas” necesitarían realizar dos mutaciones que por cierto, no están relacionadas funcionalmente en ningún modo para utilizar una nueva fuente de alimentación. Hall calculó que debido a la diferencia en cuanto al tipo de mutaciones que se habrían inducido con respecto al experimento de Cairns, sería astronómicamente imposible el producir siquiera una mutación benéfica. Hall encontró -para su sorpresa-, que el número de bacterias que evolucionaron para ajustarse a las nuevas condiciones era enorme. Otros investigadores, posteriormente, refrendaron los resultados de Hall. Hall anunció luego que también había observado lo mismo en hongos microscópicos y dijo: “Ahora sí puedo decir lo que actualmente se sabe sobre los mecanismos mutacionales: ¡nada!”.

Cabe aclarar que los mecanismos lamarckianos descubiertos por Cairns y Hall no hacen referencia a la estrategia epigenética, pero forman parte del proceso histórico que está derribando el concepto del dogma de la biología molecular.

Ya solo para terminar esta segunda parte sobre mi historia de la epigenética, diré que si hubo cierto científico del tiempo presente, que aparentemente se alineó de algún modo a lo dicho por Shrödinger y Weismann, pues habría mencionado que al final de cuentas la función de la molécula del ADN si tiene un determinismo teleológico .

 

BIBLIOGRAFIA

Commoner, B. (1970). Ciencia y supervivencia. Ed. Plaza & Janes. Barcelona

Beltran, E. (1945). Lamarck interprete de la naturaleza. Ed. Talleres de la Nación, México.

Landman, O. E. (1993) Inheritance of acquired characteristics. Sci. Am. 266(3): 88 96

Mirsky, A. E. (1968). The discovery of DNA. Sci. Am. 218(6): 78-90

Monod, J.(1989). El azar y la necesidad. Ed. Orbis, España.

Pérez-Tamayo, R. (1994). Existe el método científico. Ed. La ciencia para todos, SEP., México.

Piaget, J. (1980). Biología y conocimiento. Ed. Siglo XXI, México

Rennie, J (1993). DNA`s New Twist. Sci. Am. 266(3): 88 96

Schrödinger, E. (1944). What is Life? The physical aspect of the living cell, Cambridge University Press.

Schrödinger, E. (1958). Mind and Matter. Ed. Cambridge University Press, Cambridge

Waddington, C.H. (1963). Biology for the modern world. Ed., Barnes & Noble, New York

Waddington, C.H. (1942). Canalization of development and the inheritance of acquired characters. Nature, 150: 563-565.

 



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Comentarios

Recomiendo el siguiente artículo, habla sobre la reapreciación de Lamarck en el campo de las neurociencias en los USA, es reciente:

Barry, G. (2013). Lamarckian evolution explains human brain evolution and psychiatric disorders. Frontiers in neuroscience.

Puede bajarse de:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3840504/pdf/fnins-07-00224.pdf

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