Genética musical: ¿En qué se parece una célula a una orquesta sinfónica?

Cuesta creer, con todo lo que sabemos ahora mismo, que no haya pasado ni un siglo desde que los genes comenzaron a comprenderse, si tenemos en cuenta que nuestra especie lleva existiendo más de 15.000 años. Pero ni siquiera Darwin y Wallace, padres de la teoría de la selección natural, sabían de la existencia de los genes. Ni siquiera Gregor Mendel sabía qué eran los genes, aunque se considere el padre de la genética. Ni el mismo joven Miescher tenía la menor idea de qué era eso, cuando, a sus 25 años, le tocó el trabajo sucio  de analizar químicamente unos apósitos llenos de pus y aisló los ácidos nucleicos por primera vez. Hace tan solo cien años que nació Rosalind Franklin, la científica que desentrañaría por cristalografía la estructura de doble hélice del ácido desoxirribonucleico (ADN). No es sencillo, a día de hoy, comprender la magnitud que ha alcanzado la genética ni todo lo que científicos de todas partes del mundo han descubierto en menos de cincuenta años. Sin embargo, en un intento de darte una idea de hasta qué punto el lenguaje que hablan nuestras células es extraño, vamos a equipararlo a algo que conocemos mejor: la música. A fin de cuentas, ¿qué diferencia a una partitura de un gen? ¿Y qué no?

Las bases del ADN. O sea, lo básico

Estructura molecular del ADN. Las bases nitrogenadas se encuentran enfrentadas A-T y C-G y unidas por enlaces débiles de naturaleza puente de hidrógeno. En su forma natural, el ADN forma una doble hélice muy estable, lo que permite obtener fragmentos de ADN incluso de organismos que murieron hace miles de años.

Digamos que el ADN es una macromolécula formada por una concatenación de más pequeñas moléculas, los nucleótidos, que existen en cuatro variedades distintas según una porción que conocemos como “base nitrogenada”. Hay, en realidad, bastantes más que cuatro bases, pero en el ADN encontramos cuatro: adeninas, timinas, citosinas y guaninas. Estas cuatro bases se van uniendo en una cadena de distinta manera, secuenciándose, de la misma manera que las notas musicales se van uniendo en un pentagrama para formar una partitura.

En tanto que el ADN es una molécula formada por dos cadenas enrolladas, emparejadas entre sí, el apareamiento se hace a través de la unión, como piezas de puzzle, de las adeninas de una cadena con la timina y la guanina con la citosina, de manera que una sola molécula de ADN tiene dos cadenas o “partituras”, la una complementaria a la otra, en tanto que la secuencia de bases de la otra encaja con la de la una. Y aunque la mayoría, más del 80% del ADN que compone nuestro genoma, no dice absolutamente nada (lo que no quiere decir que no tenga ninguna función), existen tramos de secuencia de estas bases que tienen un significado, que codifican para producir algo biológicamente útil, como una proteína. Estos trozos son lo que llamamos “genes” y son una información que las células no solamente usan y cuidan, sino que replican y pasan de generación en generación a sus células hijas.

Todo esto está ya muy trallado y es lo que se cuenta incluso en los libros de Biología de 1º de la ESO: toda la información para construir un organismo se encuentra codificado en su ADN, guardado en el interior de las células. Éstas vendrían a ser como micro-bolsitas de té vivientes que tienen maquinarias moleculares de proteínas que pueden copiar las partituras que hay en el ADN, activarlas, leerlas y usarlas para producir más proteínas (incluso otras iguales a ellas mismas) que hacen que la célula entera funcione. Podrías equipararlo a la misma manera en que engranajes y resortes hacen que exista un reloj en conjunto que nos marca la hora. No obstante, pongamos el punto en algo inquietante: para que el ADN se copie y se transmita de generación en generación, así como para expresar la información que guarda, hacen falta proteínas, pero esas mismas proteínas nacen a raíz de la información que guarda el ADN. Las células hablan dos lenguas: la de los nucleótidos (algo así como el lenguaje musical) y la de los aminoácidos (como los sonidos de las notas). En este aspecto, se necesita un mecanismo que traduzca un lenguaje a otro, una especie de gramática o diccionario, un Translator que los intercambie. ¿Cómo diablos, entonces, empezó todo? Sin ADN no hay proteínas, pero sin proteínas no hay ADN. ¿Qué fue primero? La respuesta que más popularidad tiene a día de hoy es que, realmente, ninguno de los dos. El que lo empezó todo, parece ser (aunque nunca podremos saberlo del todo) fue el que ahora consideramos el primo feo del ADN, el ARN (ácido ribonucleico), y el diccionario que usa para pasar de una lengua a otra es lo que venimos llamando, desde finales del siglo XX, código genético.

El ARN se estudia menos y de peor forma que el ADN porque es más endeble, de peor calidad, dura menos en las células y hasta hace poco se le daba como demasiada importancia al ADN ya que era la molécula por excelencia de la herencia. Sin embargo, desde hace aproximadamente una década, no hemos parado de mirar al ARN con desconfianza, porque nos lo encontramos por absolutamente todas partes haciendo de todo en la célula. Cuando se quiere leer un gen, las células no usan ese gen como tal, ya que podría estropearse, sino que hacen una copia de ese gen pero en forma de ARN, que se procesa por una mole de ARN llamada ribosoma que, usando más ARN, convierte la secuencia de bases de la copia del gen en una secuencia de aminoácidos que pasa a formar parte de una proteína con actividad biológica (como transportar cosas, formar estructuras, sentir hormonas o transmitir mensajes, acelerar una reacción química, etc., etc., etc.). Cabe anotar que, pese a lo que se enseña en el colegio, hay muchos tipos de ARN distintos y, a veces, son producto directo de un gen. Es decir: los genes no siempre codifican información para hacer proteínas, sino que el fin último puede ser directamente un ARN con función reguladora, como los micro-ARN, los ARN interferentes, los ARN nucleolares pequeños, en fin, un circo de ARNs por todas partes que apagan y encienden genes. Se sabe, incluso, que hay ARNs, las ribozimas, capaces de procesarse a sí mismos, sin ayuda de proteínas.

Las bases nitrogenadas del ADN. Nótese que timina, citosina y uracilo son muy similares (pertenecen a la misma familia de compuestos, las pirimidinas), por lo que es fácil que la citosina se convierta en uracilo al perder el grupo NH2. A su vez, véase cómo la timina y el uracilo son esencialmente iguales, salvo por el H3C- (metilo) que prende de uno de sus extremos

¿Qué diferencia hay entre ADN y ARN? Básicamente, que el ARN es una secuencia de bases, igual que el ADN, pero “con uracilo en lugar de timina”. Lo perverso del lenguaje es que timina y uracilo son en realidad la misma molécula, pero las timinas son uracilos marcados con una etiqueta (un grupo metilo) que las marca como “uracilos del ADN, correctamente colocados”, para diferenciarla de los uracilos que aparecen de forma espontánea cuando a las citosinas les da por convertirse químicamente en ellos (una mutación que podría ser bastante inapropiada si compromete la información de un gen o las secuencias que lo regulan). Las mutaciones, o alteraciones del mensaje genético, aparecen de forma muy común y la mayoría suelen ser corregidas; otras tantas, permanecen y dan lugar a las distintas versiones de los genes que tenemos (y, consecuentemente, a la variabilidad que vemos en nosotros mismos, desde los ojos azules o el color de la piel hasta el coeficiente intelectual o la tendencia a unas enfermedades u otras en particular). El que la mayor parte del ADN no codifique información está muy bien en realidad: precisamente, si ocurre una mutación en esas partes no pasa nada, porque no se compromete ningún mensaje.

Los ARN son como esas cintas en las que se grababa la música de los casetes y se copiaban las canciones de la radio. No duran mucho, pero hacen el apaño. Y si te sorprende la cantidad de cinta que cabe en un casete, te sorprenderá saber que sólo en una única célula de tu cuerpo puedes acumular fácilmente unos dos metros de ácido nucleico entre ADN y ARN

Los ARN cuentan, además, con algunas bases especiales (ribotimina, hidroxiuridina, en fin, nombres muy raros) y estructuras, por lo general, más sencillas y poco resistentes que la del ADN. Es normal: el ADN tiene que aguantar perenne toda una vida sin descuajeringarse, mientras que el ARN puede producirse siempre y su función no exige que dure mucho. Así, la evolución molecular habría empezado realmente como un puñado de ARNs autoprocesables y autorreplicables que, poco a poco, fueron asociándose con aminoácidos y trasladando a las cadenas proteicas que formaban. El ADN sólo sería una versión de ARN más estable en el que las secuencias que funcionaban y que conseguían codificar información útil se mantenían guardadas. Por eso habría aparecido la timina en su composición y se habría generalizado su uso, pues no interesa una biblioteca en la que los libros guardados cambian su mensaje de forma aleatoria. Cuanta más seguridad se le pueda meter para garantizar que los libros  mantienen la información adecuada, mejor. Y vaya si se le ha metido: las células actuales son expertas en copiar casi perfectamente el ADN, tan inerte que es capaz de aislarse imperturbado de sedimentos de tierra, manchas de sangre, pelo, semillas milenarias o mortajas.

Genes y canciones

Comparar la secuencia de bases del ADN con la secuencia de notas de una partitura musical puede estar bien para una pequeña aproximación. Tanto la música como la genética tienen unos códigos que permiten escribir de alguna manera lo que tiene que (re)producirse las veces que haga falta. La forma de escribir partituras, igual que las secuencias de notas, pueden cambiar con el tiempo y dar lugar a distintas versiones de la misma canción; no todos tenemos las mismas versiones de los mismos genes. Somos variados. Y, además, cada producto tiene sus ritmos, sus propios matices, sus funciones. No es lo mismo una canción de pop-rock que la melodía de una pieza clásica, como tampoco es igual una proteína con función hormonal que otra con función enzimática, pero las partituras sí están escritas en el mismo lenguaje. Y a los científicos de principios del siglo XX les perturbó la siguiente idea: ¿cómo va a ser posible que toda la diversidad inabarcable que existe no ya a nivel de todo el planeta, sino en un solo organismo, responda a la secuenciación de cuatro malditas letras? La respuesta se encuentra en que los genes, de hecho, no son partituras. Al menos, no como las conocemos.

De la misma manera que las secuencias de bases nitrogenadas se interpretan a partir del código genético para generar productos coherentes, las notas musicales ordenadas en los pentagramas forman melodías estructuradas interpretables a partir de un código que permite leerlas, tanto en la Antigüedad como hoy en día

La analogía se nos desmonta aquí, pues si queremos seguir con la metáfora, deberíamos considerar que un mismo gen puede leerse de distintas maneras para dar lugar a melodías diferentes. De una sola secuencia podemos sacar distintos productos según cómo se lea: según los compases que se empalmen, según los acordes que se le den a la melodía una vez producida (modificaciones que se le hagan a la proteína formada, vaya), según se lea en un sentido o en otro y, esto es lo más importante, según qué otras melodías estén sonando en la misma célula. Ya hemos abandonado hace mucho la idea de un gen-una proteína.

Los genes hacen productos moleculares que, si bien pueden ser trozos de proteína, no siempre son proteínas enteras, sino piezas que pueden  servir para formar proteínas distintas según con qué otras piezas se ensamblen. Asimismo, una proteína completa puede tener funciones muy diferentes según qué otras proteínas estén presentes. Hay proteínas que silencian a otras, o que las activan, o que las modifican para que cambien su forma y función, o que las destruyen, o que retuercen el ADN para que salga de él esto u otro, a más o menos ritmo. La música que suena en conjunto dentro de una célula depende de todas las melodías que suenan de forma orquestada en el ADN. De hecho, es sabido que todas las células de nuestro cuerpo tienen la misma información genética (pues proceden del mismo cigoto primigenio que se multiplicó como un poseso hasta dar los 50 mil millones de células que nos forman). Pero lo que suena en una neurona no es lo que suena en un glóbulo blanco. De esta manera, actualmente es muy importante para los científicos entender cómo las modificaciones químicas de las células encienden, apagan y modulan genes y generan las redes de proteínas interconectadas que dan lugar a un funcionamiento coherente. Lo sorprendente no es, de hecho, que algo de vez en cuando vaya mal, como cuando nos sale una célula cancerosa, sino que algo haya llegado a ir bien alguna vez.

Hay genes que pueden cambiar de sitio dentro del genoma (los llamados transposones o genes saltarines, descubiertos por Barbara McClintock), como si de pronto un trozo de canción de Taylor Swift se metiera dentro de una partitura de Mozart. Hay genes que se leen en sentidos inversos, como si por leer una partitura en un sentido pudiéramos sacar dos (o más) canciones distintas. Hay trozos de ácido nucleico (véanse los virus y afines) que sabotean el concierto entero para empezar a sonar ellos solos en toda la cámara y que su música no pare de sonar hasta en la sopa. Imagina que una melodía se compincha con otra y con otra y con otra y forman una enorme orquesta sinfónica tocando músicas distintas que, sin embargo, suenan de forma armónica.

Imagina que una canción hace sonar coros que hacen que todo un cuerpo luzca de mujer y otra canción cambia todo el concierto para que suenen las melodías que hacen crecer barba y hombros, menguan los senos y agravan la voz. Imagina cómo las bacterias guardan genes especiales en disquetes que se pueden pasar unas a otras con canciones que les permiten hacerse resistentes, por ejemplo, a un antibiótico. E imagina todos los arpegios y coros que hacen que, si nuestros padres tenían un ritmo más de rock, nosotros tengamos un ritmo rockero, que si eran más proclives al rap, nosotros seamos más vulnerables al rap. Que si nuestros abuelos pasaron hambruna, nosotros tengamos una salud más frágil; que si en nuestra familia hay una mayor incidencia de alguna enfermedad, nosotros tengamos más riesgo de padecerla. Porque no se trata de que sean cuatro, siete, doce o veintisiete letras, sino la estructura que forman esas letras para construir mensajes y cómo esos mensajes hablan entre sí para darnos un discurso que moviliza la vida sobre la Tierra desde hace cientos de millones de años.