¿Es el ADN chatarra realmente chatarra? Una planta de comer pescado pesa en.
En los 12 años desde que se secuenció el genoma humano, se ha descifrado su ADN a tantas criaturas (ostras, abejas, anguilas, camellos, ranas con garras, tiburones elefantes) que a veces es difícil reprimir un bostezo. Pero de vez en cuando, un genoma atraviesa la indiferencia y hace que los ojos de los genetistas se desorienten. Toma el humped bladderwort, una humilde planta acuática cuyo ADN fue secuenciado en mayo pasado.
La bandolera jorobada tiene flores amarillas parecidas a un dragón, y en realidad es carnívora, capaz de atrapar y comer no solo insectos sino también renacuajos y peces diminutos. Pero esta combinación de belleza y muerte no es lo que hace que el bladderwort sea especial. La mayoría de los organismos tienen un montón de ADN basura, menos peyorativo, ADN no codificante, que saturan sus células. La bladderwort no lo hace: el 97 por ciento de su ADN es un ADN clásico, trabajador y que construye proteínas. Y ese ADN magro y malo de la vejiga desafía algunas nociones modernas sobre cómo funciona todo el ADN, incluso (si no especialmente) en los seres humanos.
Primero, un manual sobre el ADN basura, uno de los términos más vilipendiados de la ciencia. Cualquiera que haya tomado Bio 101 recuerda (aunque sea vagamente) que el ADN se convierte en ARN, que a su vez se convierte en proteínas. Los tramos de ADN que producen proteínas se llaman genes, y los genes residen en moléculas mucho más largas llamadas cromosomas.
Hace un siglo, a medida que los biólogos se enfrentaban a la gran cantidad de proteínas diferentes necesarias para construir y mantener el cuerpo, decidieron que los genes debían estar muy unidos en los cromosomas, ya que el empaquetamiento compacto sería más eficiente. No podrían haber estado más equivocados. En los seres humanos, una especie típica a este respecto, menos del 2 por ciento de nuestros 3 mil millones de letras de ADN en realidad construyen proteínas. Los cromosomas se asemejaban más a vastos terrenos baldíos del Sahara, separados solo esporádicamente por oasis de genes.
Entonces, ¿qué hace ese 98 por ciento adicional? Aquí es donde las cosas se ponen contenciosas. Parte del exceso, los pseudogenes, los transposones, los tediosos estiramientos en los que la Madre Naturaleza mantuvo sus dedos sobre el teclado (ACACACACACA …), parece basura. Demonios, el 8 por ciento de nuestro genoma no es más que un antiguo ADN del virus destruido, el equivalente genético de un Pontiac Firebird en bloques de cemento. El nombre de ADN basura surgió a principios de la década de 1970 como un término general para este crucero.
Sin embargo, incluso en ese momento, algunos científicos se opusieron al término como demasiado despectivo. Los biólogos moleculares ya habían descubierto fragmentos de basura que, lejos de ser irrelevantes, en realidad administraban genes: activaban o desactivaban los genes y regulaban cuándo y dónde estaban activos los genes. A medida que surgían más y más ejemplos de este tipo de control en la década de 1980, el término ADN basura parecía cada vez menos apropiado.
Las protestas crecieron especialmente fuerte después de que el Proyecto Genoma Humano decidiera (de forma algo arbitraria) declarar el genoma completamente secuenciado en 2003. Antes, la mayoría de los genetistas argumentaban que, según nuestro tamaño e inteligencia, los seres humanos deben tener alrededor de 100.000 genes. El Proyecto Genoma Humano arrojó solo 23,000. (Incidentalmente, eso es menos que los 28.500 de Bladderwort). Ahora los biólogos se enfrentan a un dilema: ¿Cómo puede una especie tan compleja como el Homo sapiens sobrevivir con tan pocos genes?
Una buena apuesta fue el ADN no codificante. Nuevamente, el ADN no codificante puede activar o desactivar los genes o hacer que produzcan proteínas más rápido o más lento. También ayuda a empalmar y mezclar material genético, permitiendo que diferentes tipos de células (especialmente neuronas) personalicen su ARN y proteínas. En otras palabras, el ADN no codificante nos permite usar un gen de muchas maneras, multiplicando el número efectivo. Quizás, entonces, no fueron solo los genes los que hicieron a los seres humanos especiales; Fue como usamos los genes que contaron.
El ADN no codificante también ofreció nuevas pistas sobre curar enfermedades. Francamente, la secuenciación del genoma humano no ha estado a la altura de su exageración aquí: casi no han surgido nuevos tratamientos, y tampoco hay muchos en trámite. Las cosas se ven especialmente sombrías para los asesinos comunes, como la diabetes y las enfermedades del corazón. Esas dolencias tienen claramente un componente genético. Pero cuando los científicos examinan los genes buscando qué mutaciones tienen en común los pacientes, aparecen vacíos. En otras palabras, lejos de curar estas enfermedades utilizando la genética, los científicos ni siquiera pueden encontrar el ADN correcto al cual dirigirse. Los genetistas aún están explicando los detalles de por qué este enfoque tuvo un efecto difuso, pero parte del problema podría ser una falla en entender cómo el ADN no codificante contribuye a las enfermedades.
Estas altas expectativas de ADN no codificante alcanzaron su punto máximo el otoño pasado gracias a un ambicioso proyecto conocido como ENCODE. Se propuso catalogar hasta el último bit de ADN no codificante en el genoma humano. Costó $ 288 millones y produjo una explosión de supernova de 30 artículos científicos en septiembre pasado, incluido un artículo general en Nature con 442 co-autores. Dado su tamaño y alcance, ENCODE cubrió mucho. Pero sus líderes anunciaron un hallazgo principal sobre todo: que el 80 por ciento del ADN no codificado tenía algún tipo de función biológica. Esto fue como si Colón descubriera cinco nuevos continentes a la vez: mundos completamente nuevos de actividad genética inesperada y posibles objetivos terapéuticos para explotar. Si el Proyecto del Genoma Humano desinflaba las esperanzas sobre la medicina genética, ENCODE las impulsó de inmediato.
Sin embargo, al mismo tiempo, algunos científicos se quejaban de ENCODE, y en una serie de artículos de principios de este año, argumentaron que ENCODE se estaba superando ampliamente. En particular, disputaron la afirmación de que el 80 por ciento del genoma era de alguna manera “activo” o “funcional”. Por ejemplo, las células a veces transcriben el ADN en ARN solo para dar la vuelta y destruir ese ARN momentos más tarde. Es un trabajo de Sisyphean que no beneficia al organismo en absoluto, pero ENCODE, sin embargo, considera que el ADN es funcional. (Un líder de ENCODE incluso admitió que, al tratar de determinar qué porcentaje de ADN deberían contar como “funcional”, su equipo había jugado con diferentes definiciones, lo que resultó en un rango entre el 20 y el 80 por ciento. Finalmente, decidieron impulsar los 80 porcentaje porque “el número más grande … trae el impacto de este trabajo a una audiencia mucho más amplia”.
En otras palabras, los críticos se quejaron de que ENCODE había definido el “ADN funcional” de manera tan amplia que el término perdió todo significado. Ningún biólogo realmente cuestiona el objetivo de ENCODE: algunos ADN basura tienen una función, y debemos entenderlo. Pero al salvar al bebé, ENCODE también puede haber ahorrado mucha agua de baño.
La reacción científica fue lo suficientemente dura, pero los críticos realmente se esforzaron en hacer campaña sobre la campaña de marketing de ENCODE, que incluyó decenas de entrevistas y una caricatura promocional. Un crítico comparó el empuje de los medios con el “juego de manos”. Otro anunció que estaba “listo para tomarse a sí mismo en un estupor”. Un papel especialmente vitriólico reprendió las “conclusiones absurdas” y “autoestima” de los científicos de ENCODE. comportamiento de “servir”; incluso la sección de agradecimientos contiene comentarios sarcásticos. El documento concluyó, de manera no magnánima, que “uno de sus autores predijo que los resultados de ENCODE requerirán la reescritura de los libros de texto. Estamos de acuerdo, muchos libros de texto que se ocupan del marketing, las exageraciones de los medios de comunicación y las relaciones públicas pueden tener que ser reescritos “.
Si todo esto no fuera suficiente, la multitud de diseño inteligente pronto se lanzó a la refriega, lo que hizo que el debate fuera aún más audaz. En resumen, los defensores del diseño inteligente, una rama del creacionismo que utiliza un lenguaje científico pero no ideas científicas o estándares de evidencia, respaldaron firmemente el ENCODE. ¿Por qué? Debido a que la gran cantidad de ADN basura en nuestro interior no refleja bien las habilidades de ingeniería de Dios. ¿Por qué no eliminar el desperdicio, Big Guy? Pero si la mayoría del ADN no codificante tiene un propósito esencial, tal vez Dios nos haya creado molécula por molécula, después de todo. Y si ese es el caso, bueno, entonces la evolución es una tontería y Jesucristo murió por nuestros pecados (o algo así, su razonamiento es un poco confuso). Para ser claros, nadie afirma que los científicos de ENCODE apoyen el diseño inteligente. Pero a los críticos les preocupaba que, además de producir una ciencia defectuosa, ENCODE también proporcionara municiones para el enemigo.
Ahora, finalmente, la pobre vejiga jorobada ha sido arrastrada a los contratiempos. Millones y millones de años atrás, el Bladderwort tenía un complemento normal de ADN basura. (Sabemos esto porque comparte un antepasado con uvas y tomates, los cuales están bastante hinchados con la chatarra.) Sin embargo, por cualquier motivo, comenzó a desprenderse de esa generación de ADN extraño, hasta que llegó al genoma esbelto de hoy. . Al mismo tiempo, y aquí está la clave, el Bladderwort ha evolucionado mucho, incluso adquiriendo nuevos rasgos. De hecho, la trampa de agua evolucionó para atrapar insectos y los renacuajos son una de las maravillas del reino vegetal, capaces de cerrarse en menos de un milisegundo, cientos de veces más rápido de lo que puedes parpadear. En otras palabras, incluso mientras el genoma de la vejiga se hizo mucho más simple, su cuerpo se volvió más complejo, lo que socava la idea de que el 80 por ciento del ADN basura hace algo vital. Y por supuesto, los científicos que decodificaron el genoma de Bladderwort tomaron un golpe en ENCODE en su artículo.
Por supuesto, ahora podría argumentar que son los críticos de ENCODE quienes están estirando las cosas. Después de todo, ¿cuánto puede el genoma de la vejiga, una planta, realmente decirnos sobre el genoma del Homo sapiens , un animal? Pero incluso dentro del reino animal básicamente no hay correlación entre el tamaño del genoma y la sofisticación. Thelungfish, por ejemplo, tiene un genoma enorme, de unos 133 mil millones de letras, 40 veces más grande que el genoma humano. Mientras tanto, ciertas especies de pez globo Takifugu, (en) famoso como un manjar ocasionalmente venenoso en Japón, tienen un genoma pequeño, solo 365 millones de letras. Y ninguno de los peces es obviamente más complejo o bien adaptado. Algunas criaturas se cargan de basura, otras adelgazan, pero ambas pueden prosperar.
En un área de la ciencia sin resolver, es fácil batirse entre dos extremos. ¡El ADN basura es completamente necesario! No, no, espera. ¡Es completamente innecesario! Tome una respiración: la respuesta casi seguramente se encuentra en algún punto intermedio. Pero nadie sabe qué extremo del espectro está más cerca de la verdad. ¿El epíteto del ADN basura será más preciso de lo que nos damos cuenta, o se considerará el nombre inapropiado más grande en la ciencia? Parte de la respuesta se encuentra dentro, y se aclarará a medida que secuenciamos más y más seres humanos. Pero también tenemos que mantener la secuencia de esponjas y gusanos y tiburones elefantes, para darnos una perspectiva más amplia. Esos organismos pueden parecer un poco oscuros o aburridos, es cierto. Pero, de nuevo, también lo hizo la trompa.
Para leer más sobre el ADN humano, especialmente si tienes antecedentes CS.
ADN visto a través de los ojos de un codificador:
El genoma está lleno de copias antiguas de genes y experimentos que salieron mal en algún lugar del pasado reciente, digamos, el último medio millón de años. Este código está ahí pero inactivo. Estos se llaman los ‘pseudo genes’.
Además, el 97% de tu ADN está comentado. El ADN es lineal y se lee de principio a fin. Las partes que no deben decodificarse están marcadas muy claramente, como los comentarios de C. El 3% que se usa directamente forma los llamados ‘exones’. Los comentarios, que vienen ‘entre’ se llaman ‘intrones’.
Estos comentarios son fascinantes por derecho propio. Al igual que los comentarios de C, tienen un marcador de inicio, como / *, y un marcador de parada, como * /. Pero tienen algo más de estructura. Recuerde que el ADN es como una cinta: los comentarios deben eliminarse físicamente. El inicio de un comentario casi siempre se indica con las letras ‘GT’, que por lo tanto corresponden a / *, el final se señala con ‘AG’, que es como * /.
Sin embargo, debido al corte, se necesita algo de pegamento para conectar el código antes del comentario al código posterior, lo que hace que los comentarios se parezcan más a los comentarios html, que son más largos: ‘‘ el final .
El inicio del comentario es claro, seguido de una gran cantidad de ADN no codificante. En algún lugar muy cerca del final del comentario hay un “sitio de sucursal”, que indica que el comentario terminará pronto. Luego sigue un comentario más, y luego el terminador real.
El corte real de los comentarios ocurre después de que el ADN se haya transcrito en el ARN y se realice haciendo un bucle en el comentario y juntando las piezas del código real. Luego, el ARN se corta en el ‘sitio de la sucursal’ cerca del final del comentario, después de lo cual el ‘aceptador’ (inicio del comentario) y el ‘donador’ (final del comentario) están conectados entre sí.
Ahora, ¿para qué son buenos estos comentarios? Esa discusión es parte de una guerra santa que puede rivalizar con la de vi / emacs. Al comparar diferentes especies, sabemos que algunos intrones muestran menos cambios de código que los exones vecinos. Esto sugiere que los comentarios están haciendo algo importante.
Hay muchas explicaciones posibles para la gran cantidad de ADN no codificante, una de las más atractivas (para un codificador) tiene que ver con la “propensión al plegado”. El ADN debe almacenarse en una forma altamente enrollada, pero no todos los códigos de ADN se prestan bien a esto.
Esto puede recordarle la codificación RLL o MFM. En un disco duro, un bit está codificado por una transición de polaridad o la falta de la misma. Una codificación ingenua codificaría un 0 como “sin transición” y 1 como “una transición”.
Codificar 000000 es fácil: solo mantenga la fase magnética sin cambios durante unos pocos micrómetros. Sin embargo, cuando se descodifica, la incertidumbre aumenta: ¿cuántos micrómetros leímos? ¿Esto corresponde a 6 ceros o 5? Para evitar este problema, los datos se tratan de manera tal que no se produzcan estos largos tramos de transiciones.
Si vemos ‘no hay transición, no hay transición, transición, transición’ en el disco, podemos estar seguros de que esto corresponde a ‘0011’; es extremadamente improbable que nuestro proceso de lectura sea tan impreciso que pueda corresponder a ‘00011’ o ‘ 00111 ‘. Así que necesitamos insertar espaciadores para evitar transiciones muy pequeñas. Esto se llama ‘Run Lengh Limiting’ en medios magnéticos.
Lo que hay que tener en cuenta es que, a veces, las transiciones deben insertarse para asegurarse de que los datos puedan almacenarse de manera confiable. Los intrones pueden hacer lo mismo al asegurarse de que el código resultante pueda enrollarse correctamente.
Sin embargo, esta área de la biología molecular es un campo minado! Enormes diatribas se enojan con las variantes con nombres interesantes como ‘introns early’ o ‘introns late’, y palabras masivas como ‘fold propensity’ y ‘stem-loop potencial’. Creo que es mejor dejar que esta discusión se enfade un poco.
Actualización de 2013: ¡diez años después, el debate aún no se ha resuelto! Es muy claro que el “chatarra de ADN” es un error, pero en cuanto a su función inmediata, no hay consenso. Echa un vistazo a Fighting about ENCODE y a la chatarra para obtener una discusión de dónde nos encontramos.
