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Medio siglo de ADN

El descubrimiento de la estructura en doble hélice de la molécula básica de la vida cumple cincuenta años

 
Watson y Crick en su laboratorio de Cambridge, en 1953

La revista Nature publicó el 25 de abril de 1953 un artículo en el que James Watson y Francis Crick proponían «una estructura radicalmente diferente» para la sal de ácido nucleico. Por primera vez, se habló de una doble hélice para el ADN. Nueve años más tarde recibirían el Nobel por un descubrimiento que abrió las puertas al conocimiento de la genética y al desarrollo de la biotecnología.

La biotecnología y la ingeniería genética deben mucho de su potencial a las peculiares características de una molécula biológica, el ácido desoxirribonucleico (ADN), en la que descansan las claves del código genético de todo ser vivo. Su estructura, fundamental para entender los mecanismos de la replicación y la transmisión de caracteres de una generación a otra, fue descrito en un artículo publicado en la revista Nature en 1953. De ello se cumple ahora medio siglo.

En su artículo, James Watson y Francis Crick, del Cavendish Laboratory, en Cambridge, apuntaban que la nueva estructura podía tener «un considerable interés biológico». Tal vez porque el ADN, aunque no fuera una molécula que despertase grandes atenciones en la posguerra europea, llevaba un cierto tiempo provocando quebraderos de cabeza a un reducido grupo de investigadores que intuían en ella las claves para explicar la herencia. Pero una cosa es que la molécula creciera en interés y otra muy distinta es que su estructura resultara tan determinante para la historia.

El hallazgo de Watson y Crick, de hecho, fue considerado durante mucho tiempo una alternativa más a las distintas estructuras propuestas para el ADN. En su artículo de 1953, ambos investigadores citan otras formas, a las que rebaten su idoneidad, y comentan varias alternativas hasta concluir que la suya, como demostraban sus experimentos previos con técnicas de difracción de rayos X, entre otras, era la única compatible con las leyes de la química orgánica.

La puerta de entrada

El descubrimiento de Watson y Crick permitió entender las claves de la replicación y la transmisión de la herencia En la pieza que sirve de introducción a su texto, Watson y Crick escriben: «Somos conscientes de que el apareamiento específico que postulamos [la estructura en doble hélice] inmediatamente sugiere un posible mecanismo de copia para el material genético». Este mecanismo, largo tiempo perseguido, y en absoluto esclarecido en aquellos años, tenía que ser la llave que abriera las puertas de par en par al conocimiento de la transmisión de la herencia o, lo que es lo mismo, a la genética moderna.

Y así fue en efecto: la historia es harto conocida. No obstante, tuvieron que pasar años para que la estructura, íntimamente ligada a la replicación del ADN, fuera reconocida públicamente. El premio llegó en forma de Nobel compartido en 1962, en una década en la que se cimentarían buena parte de los conceptos que, en años posteriores, irían conformando un vasto conocimiento en múltiples áreas que no acaban, ni mucho menos, con el proyecto Genoma Humano ni se reducen, tampoco, a la nueva medicina de los genes.

El mundo de los genes

La genética ha permitido en estas dos últimas décadas tanto el desarrollo de ciencia básica como la puesta en marcha de una potente industria. El conocimiento de los genes y de sus funciones, que no empezaría a arrancar hasta bien entrada la década de los setenta, con sus derivaciones industriales basadas en la ingeniería genética y la biotecnología, está siendo, sin embargo, un paso intermedio entre dos conceptos separados por casi un siglo de vida: la microbiología moderna, asentada en el primer cuarto del siglo XX, y el conocimiento y la manipulación de lo ínfimo, un campo que bien podría denominarse nanobiología y para el que se están dando justo ahora los primeros pasos.

Entre la microbiología (el estudio de los microbios) y la nanobiología (la construcción de máquinas biológicas a escala nanoscópica) median un sinfín de aplicaciones que han dado un vuelco completo a las llamadas ciencias de la vida. Para empezar, un conocimiento cada vez más exhaustivo de virus y bacterias, microorganismos muchos de ellos patógenos e implicados en procesos infecciosos con múltiples vectores (desde insectos a productos alimenticios), para los que la genética viene aportando nociones básicas sobre su razón de ser, cuando no soluciones efectivas para paliar sus efectos negativos o aprovechar su potencial biotecnológico.

El conocimiento del genoma de microorganismos está siendo clave en el desarrollo de la industria alimentaria Diversos hitos, todos ellos vinculados a los genes y sus aplicaciones, se han sucedido en este amplio periodo. Entre los más significativos destacan la creación del primer ratón transgénico, en 1980, o la obtención, dos años más tarde, de la secuencia completa del fago lambda, el primer microorganismo del que se dispondría de su genoma. El siguiente, Haemophilus influenzae, no llegaría hasta 1995, aunque es con la obtención del genoma de Escherichia coli y Saccharomyces cerevisiae, en 1997, además de Caenorhabditis elegans (1998), que la era de la genómica, en la que estamos ahora mismo, no daría sus primeros saltos de calidad.

Con el primero de los últimos tres organismos citados, se ha conseguido dar un gran paso adelante en salud, tanto en lo que refiere a prevención, especialmente en el terreno alimenticio (E. coli es un patógeno asociado a infecciones gastrointestinales) y en el terapéutico (el uso de antibióticos específicos ha logrado reducir el impacto negativo de úlceras estomacales y cáncer de estómago). De la levadura S. cerevisiae se está explotando su potencial biotecnológico por su poder fermentador. Finalmente, del famoso gusano C. elegans se está extrayendo información valiosísima asociada tanto al proceso natural de envejecimiento como a la aparición de distintas formas de cáncer.

Todos estos códigos genéticos, que se han completado con el del cromosoma 22 humano (1999), el primer borrador de la secuencia del genoma humano (2000) y la secuencia del ratón (2002), completan un escenario de casi 15 años que son los que llevan desde el nacimiento del proyecto Genoma Humano (arrancó formalmente en 1990 aunque la iniciativa redactó sus primeras hojas en 1987), a su culminación, la de la publicación de la secuencia completa, coincidiendo precisamente con el 50 aniversario del hallazgo de Watson y Crick. En este breve periodo se han secuenciado (o se han iniciado las secuencias) más de 50 organismos.

Los genomas vegetales también cuentan

En un artículo divulgativo publicado hace un tiempo por José Enrique Pérez Ortín y Andrés Moya (de la Universidad de Valencia) y Daniel Ramón (del Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos, CSIC) en la revista 'Métode' (Universidad de Valencia), los investigadores se refieren a los «otros genomas» en clara alusión a los vegetales y a la influencia de la genómica sobre la industria alimentaria.

En el citado artículo los autores aluden al estudio de los genomas de «diferentes organismos y materias primas implicadas en la elaboración de alimentos (animales de granja, vegetales comestibles, microorganismos utilizados en la fermentación de alimentos y bebidas), en su contaminación, o en la aplicación de los datos del genoma humano a la alimentación».

En el terreno alimentario los expertos recuerdan, en primer lugar, los trabajos de secuenciación de microorganismos patógenos responsables de toxiinfecciones alimentarias como Escherichia coli O157:H7, Campylobacter jejuni, Staphylococcus aureus o Listeria monocytogenes. Con los datos obtenidos de sus genomas se están diseñando procesos industriales para una eliminación más eficaz. También se han secuenciado los genomas de varias bacterias responsables de la producción de derivados lácteos como Lactococcus lactis, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus o Streptococcus thermophilus, o probióticos como Bifidobacterium breve o Bifidobacterium longum. Muchos de estos proyectos han servido, destacan los autores del artículo publicado por 'Métode' para llevar a cabo «comparaciones in silico y determinar qué genes son importantes para llevar a cabo los procesos metabólicos de interés industrial».

En el ámbito de los genomas vegetales, la secuencia de la planta modelo Arabidopsis thaliana, obtenida en 2000, dio paso a los estudios con otras plantas de interés estratégico por su valor comercial. Entre ellos, el del arroz, ya completo, y de otros vegetales como el maíz y el trigo, aún en fase de elaboración. De su conocimiento y posibilidades de manipulación se esperan mejoras en el rendimiento así como una mejor adaptación a condiciones no naturales o incluso extremas, como alta salinidad y temperatura o escasez de agua.

EN LA SALUD Y EN LA ALIMENTACIÓN

 
Muestras de microorganismos patógenos en tubos de ensayo
Imagen: Ars Image Gallery

De la mano de los genes han emergido igualmente dos nuevos conceptos de incalculable valor. De un lado, la llamada medicina genómica, que en su versión actual apunta ya a la 'complejómica' después de haber superado las fases de la proteómica, la 'metabolómica' o la 'transcriptómica'. Todos ellos son nombres de «escaso interés», según Kari Stefansson, el famoso cazador de genes islandés, pero de «gran significado» por cuanto aluden a la interacción del gen y de su expresión, las proteínas, con el entorno como factores clave en los estados de salud y de enfermedad.

De la mano de este conocimiento están surgiendo tecnologías clave como la bioinformática, centros de genotipación, chips de ADN, la terapia génica o nuevas aproximaciones al diseño de fármacos o a terapias celulares (como la derivada de las células madre) que están cambiando de raíz el mismo concepto de patología y, por descontado, también el de prevención y curación.

Dieta y salud se vincularán en el futuro por la nutragenómica En el otro extremo, la llamada nutragenómica se está abriendo paso como alternativa por la correlación existente entre genoma humano y nutrición y, por derivación, entre dieta y salud. En este terreno lo que se pretende es esclarecer cómo determinados nutrientes afectan a la expresión de determinados genes de nuestro organismo, así como la influencia de variaciones genéticas individuales y su respuesta fisiológica a dietas particulares. Como destacan Ortiz, Moya y Ramón, «la genómica va a ayudarnos a entender cómo las dietas afectan a nuestra salud». Más allá de este conocimiento básico se sitúa la moderna industria de los alimentos tecnológicos para muchos de los cuales el gen o su expresión van a ser fundamentales. Ni Watson ni Crick apreciaron, en 1953, semejante conexión.


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