En busca del asombro: Preguntas a un estudiante de ciencias biológicas o de la salud

 

Las preguntas del Búho

La curiosidad es connatural al ser humano.  Un niño de 4 años es el mejor ejemplo.  Para aprender hay que volver a despertar ese apetito.  Y para investigar, también.

Aquí siguen algunas preguntas curiosas. Pista: las respuestas son sorprendentes, asombrosas, inesperadas en alguna época.  Tales respuestas serán materia de una entrada futura al blog.

1.       Los siguientes cuatro conceptos, ¿son sinónimos? ¿son equivalentes?: ADN – Genoma – Código genético - Genotipo.  En caso de que no lo sean, ¿cuál es la diferencia?

2.       ¿Qué es un Gen?

3.       ¿Cuál genoma tiene más genes, el de los humanos o el del arroz?

4.       ¿Cuántos genes tiene el genoma humano?

5.       ¿Cuántas moléculas de ADN nuclear hay en una célula somática típica de un Homo Sapiens?

6.       Si pudiéramos tomar las moléculas de ADN nuclear de una célula humana, estirarlas como se estira un resorte hasta volverlas rectas como un alambre, y colocarlas en fila, ¿cuánto mediría? (número de pares de bases x distancia en angstrom entre pares de bases)

7.       Los genes que expresan proteínas, ¿qué porcentaje del genoma humano representan? (en extensión, es decir, número de nucleótidos).  Y por cierto, ¿el resto para qué sirve?

8.       ¿Qué prefieres, tener telómeros largos o cortos?

9.       El “dogma central de la biología” (pésimo nombre), ¿tiene excepciones?  Y si las tuviese, ¿cuáles serían esas excepciones?

10.   Hace 6 millones de años (aprox) vivía el ancestro común de chimpancés y humanos.  En la actualidad los humanos tenemos 23 pares de cromosomas y los chimpancés 24.  ¿Qué pudo pasar ahí?

11.   En términos filogenéticos o de “distancia genética”, ¿cuál es el pariente más cercano de los chimpancés y bonobos? ¿gorilas, orangutanes o sapiens?

12.   ¿Quién tendrá mejor memoria visual de corto plazo, un chimpancé o un sapiens?

13.   De los cromosomas humanos, ¿cuál es el más grande y cuál el más pequeño?

14.   ¿Los virus son seres vivos?

15.   ¿Se puede ver un virus con un microscopio óptico superpotente? ¿y una molécula?

16.   ¿Cuántas células tiene un ser humano adulto?

17.   Si la médula ósea de un humano produce cada segundo 2 millones de glóbulos rojos y un millón de neutrófilos, ¿cómo es que no nos saturamos? ¿cómo desaparece la misma cantidad para mantener el equilibrio homeostático llamado “salud”?

18.   ¿Cómo “sabe” una célula madre embrionaria cómo convertirse en más de 220 tipos diferentes de células? ¿tendrá que ver la epigenética?

19.   Cuando uno engorda, ¿aumenta el número de células o permanece el mismo número pero éstas se hacen más grandes?  Misma pregunta si uno saca músculo en el gym.

20.   ¿Hay más neuronas en el cerebro qué estrellas en nuestra galaxia? ¿Cuántas neuronas tiene un cerebro humano adulto?  ¿cuántas estrellas tiene la Vía Láctea? ¿cuántos segundos hay en un millón de días?  (un millón de días es un poco más que lo que nos separa en tiempo de Tales de Mileto)

21.   ¿Hay células sin núcleo en el cuerpo humano?

22.   Pregunta para los presumidos que se creen muy eucariotas: ¿en tu cuerpo hay más células que bacterias? (¿qué es el microbioma? ¿eres un simbionte?)

23.   ¿Conoces algún mutante entre tus amigos?

24.   Los priones, ¿son agentes patógenos?  ¿y los radicales libres?

25.   Tú provienes de un espermatozoide motorizado y un óvulo no tan impaciente.  Si te digo que el óvulo del cual provienes fue construido en el cuerpo de tu abuela materna, ¿qué dirías?

26.   ¿Qué porcentaje de la energía total del organismo humano es consumido por el cerebro?

27.   Durante los últimos 4 millones de años los homininos bípedos descendientes de los Australopithecus tuvieron múltiples cambios anatómicos.  El cambio más importante fue la cefalización (crecimiento del cerebro[1]).  ¿Qué tuvieron que ver los cambios en la dentadura, en la extensión de los intestinos y en la estructura ósea de la cadera femenina con la cefalización?

28.   ¿Pueden producirse más de 50 toneladas de tejido celular humano proveniente de una sola persona y permanecer vivas dichas células durante muchas décadas (quizás indefinidamente) tras la muerte de esa persona?

29.   El fenotipo crece, madura y envejece. ¿Y el genotipo?

30.   ¿Hay conexión entre genotipo y fenotipo?  Y en caso tal, ¿qué tipo de conexión sería esa? ¿cómo funcionaría?

31.   ¿Qué es el envejecimiento? ¿envejecen las moléculas? ¿los cromosomas? ¿las células? ¿los tejidos? ¿los órganos? ¿o sólo los organismos enteros?  ¿En qué nivel o niveles se produce el “envejecimiento” y en qué consiste?

32.   ¿Qué es la regeneración? ¿se regeneran las moléculas? ¿los cromosomas? ¿las células? ¿los tejidos? ¿los órganos? ¿o ciertas partes de los organismos?  ¿En qué nivel o niveles se produce la “regeneración” y en qué consiste?

33.   ¿Será posible la inmortalidad de individuos humanos? ¿Es posible reprogramar las células humanas?

34.   Imagina un cuerpo sin cabeza que regenera su cabeza o una cabeza sin cuerpo que regenera su cuerpo.  Pues bien, eso es lo que hace un gusano llamado planaria.  ¿Y cuál será el pedacito más pequeño capaz de regenerar el cuerpo entero?

35.   Las serpientes cambian de piel.  ¿Y los seres humanos?  Y en caso tal, ¿cada cuánto se renueva?

36.   ¿Pueden heredarse marcas epigenéticas?

37.   ¿Qué es ENCODE? ¿Y HapMap?

---

[1] Sin duda no fue un cambio meramente cuantititativo.  De seguro cambió la estructura modular del cerebro y su “circuitería”.

Premio Nobel para el CRISPR: un pronóstico acertado

 Esta columna fue publicada el 3 de octubre en el portal El Unicornio, antes de los anuncios de ganadores del premio Nobel 2020.

Acerté en que se otorgaría el premio a la tecnología CRISPR.  Pero mi vaticinio apuntaba al premio de medicina y fisiología y resultó que se lo dieron en química.  Una prueba anecdótica más de la unidad de la ciencia y, específicamente, de la base química de lo biológico. 

Acerté también en que se lo daría a Jennifer Doudna y Emmanuelle Charpentier por la biotecnología de edición genética CRISPR/Cas9.  Pero yo también incluía como probable premiado al español Francisco Martínez Mojica por su trabajo de ciencia básica que llevó al descubrimiento de las secuencias repetitivas palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas en el ADN de bacterias y la postulación de su función como sistema inmune adaptativo en esos microorganismos.  Sorprendentemente, la academia sueca decidió no entregárselo a la ciencia básica, sino sólo a la tecnología de edición artificial. 

¿Premio Nobel para el CRISPR?

Por Jorge Senior

La próxima semana se entregan los premios Nobel en ciencias y literatura.  El Nobel de Medicina y Fisiología sigue siendo el galardón más prestigioso de esta rama científico – tecnológica, a pesar de ganadores como Luc Montagnier y Kary Mullis que han batido récords de desprestigio, no por las investigaciones premiadas, sino por hablar más de la cuenta después de volverse famosos.

¿Quién ganará en 2020, el año de la pandemia?  Mis apuestas van con un español, Francisco Martínez Mojica, y dos mujeres, la francesa Emmanuelle Charpentier y la estadounidense Jennifer Doudna, todos ellos entre los 50 y los 60 años de edad.  Ninguno de los tres es médico, son microbiólogos y bioquímicos muy ligados a la investigación básica biomédica.  Y los tres han sido protagonistas claves de la investigación, el desarrollo y la innovación de una revolucionaria tecnología de edición genética, cuyo impacto en la sociedad puede ser tremendo por las inmensas posibilidades que abre.  Pero también es posible que el Nobel se lo otorguen a Feng Zhang o a George Church, quienes disputan la primacia sobre la hazaña tecnológica.  De hecho, la Oficina de Patentes de EEUU le dio la prioridad a Zhang en 2017.  Sin embargo, la Academia Sueca maneja criterios distintos a una batalla de abogados.

El término “CRISPR” es un acrónimo correspondiente a la versión en inglés de la enigmática frase siguiente: Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas (o sea que en español el acrónimo sería RPCARIE).  Recordemos que un palíndromo es una palabra o frase cuyas letras tienen la misma secuencia al derecho o al revés.  Pero en este caso las “letras” son las bases del ADN. 

Se trata de secuencias repetitivas que se encuentran en el ADN de ciertas bacterias y contienen fragmentos de material genético de virus que han atacado anteriormente a ese linaje bacteriano, lo que permite que funcione como memoria del sistema defensivo antivirus.  Francisco Martínez Mojica fue el primero en identificar esas secuencias repetitivas en arqueas en su tesis de doctorado del año 1993 y en 2005 postuló su función inmunológica.  Además, fue quien acuñó el acrónimo CRISPR.

 Si la bacteria es infectada nuevamente por un virus que tenga ese material genético, puede identificarlo y defenderse cortando el ADN del virus con la ayuda de unas proteínas asociadas que hacen el papel de “tijeras”. Tales proteínas reciben el nombre de “Cas” (acrónimo de “CRISPR Associated”) y se distinguen entre sí por números: Cas1, Cas2, etcétera.   En consecuencia este particular sistema inmune de las bacterias recibe el nombre de CRISPR/Cas.

En 2005 el francés Alexander Bolotin descubre la Cas9 y al año siguiente Eugene Koonin del NCBI de Estados Unidos propone un esquema para la función inmune adaptativa del CRISPR.  Los científicos ya vislumbran el potencial tecnológico de estos descubrimientos y se dispara la investigación de punta en el tema.  En 2008 el holandés John van der Oost descubre que el pedazo de ADN vírico se transcribe a ARN que a su vez guía las Cas a su blanco.  Pero a finales de ese año, en Illinois, Luciano Marraffini y Erik Sontheimer encuentran que el objetivo del CRISPR es cortar el ADN, no el ARN, hecho confirmado posteriormente por Sylvain Moineau en Canadá.

Es en 2011 cuando Emmanuelle Charpentier detalla el mecanismo del ARN para guiar a las Cas9 y al año siguiente, junto a Jennifer Doudna anuncia el logro de una técnica de manipulación para guiar al Cas9 por medio de partículas de ARN y así, en principio, poder editar a voluntad el ADN de cualquier ser vivo.  Nace así el CRISPR/Cas9 como tecnología potente y barata, dando inicio a una revolución en ingeniería genética.  Pocos meses después Virginijus Siksnys, en Lituania, hace un anuncio similar. 

Feng Zhang era un joven doctor en química y bioingeniería de apenas 31 años en 2013 cuando, trabajando para el Broad Institute, logra adaptar el CRISPR/Cas9 para editar ADN de células eucariotas, como las que tenemos los seres humanos y otros animales, así como las plantas.  El Instituto Broad pertenece nada menos que a las universidades Harvard y MIT y le ha ganado la batalla legal por la patente del sistema CRISPR/Cas9 a la Universidad de Berkeley (California) que respalda a Doudna y Charpentier. Aunque casos se han visto en que el perdedor logra que se revoque la decisión. De todos modos, Feng no se detuvo y entre 2015 y 2017 logró otra hazaña con el sistema CRISPR/Cpf1 que ofrece ventajas sobre el Cas9.

En solución salomónica el premio Harvey de 2018 fue otorgado a Doudna, Charpentier y Zhang, más allá de las disputas por la patente.  Más del 25% de los ganadores del Harvey han obtenido después un Nobel. ¿Sucederá lo mismo en este caso? Si asi fuese quedaría por fuera Francisco Martínez Mojica, el español de la Universidad de Alicante que hizo el descubrimiento básico inicial, pues cada premio Nobel tiene un tope de tres ganadores.

A la postre, el premio es lo de menos.  Con el poder de edición genética la medicina de precisión podrá quizás curar más de 4.000 enfermedades genéticas.  Lo alucinante es que también se posibilita la creación de superhumanos.  La eugenesia está de regreso y más potente que nunca.  La especie humana se convierte cada vez más en Homo Deus, como planteara Yuval Noah Harari en el segundo libro de su trilogía.  Es inaplazable el debate bioético y político sobre una tecnología tan peligrosamente poderosa y de consecuencias imprevisibles. 

 

 

La increíble historia de Henrietta Lacks

En este anómalo agosto, Henrietta Lacks cumplió 100 años.  Como el gato de Schrödinger, ella está viva y muerta.  Una parte de ella murió en 1951.  Otra parte de ella es inmortal y pesa actualmente varias toneladas.  Su yo inmortal fue el asesino de su yo mortal.  Hela ahí: ese yo inmortal y asesino es un hito de la medicina y hoy ayuda a salvar vidas.  Su yo mortal nunca imaginó el final de esta increíble historia.  Ni el más imaginativo de los escritores pudo vislumbrar semejante destino para un simple mortal.

Todo comenzó en febrero de 1951 cuando a Loretta Pleasant, una joven de 30 años, le diagnosticaron cáncer cervical en el hospital John Hopkins en Baltimore.  Era una mujer pobre, de raza negra, con 5 hijos, el último de los cuales había nacido pocos meses antes en ese mismo hospital.  Cuando se casó con su primo David Lacks nueve años antes, tomó su apellido, pero ni siquiera sus descendientes saben cómo o por qué cambió su nombre a Henrietta. 

El médico Howard Jones decidió hacer una biopsia, tomó muestras de células del tumor para diagnosticarlo y les pasó algunas a investigadores del mismo instituto. Uno de ellos era el ginécologo Richard TeLinde, quien investigaba sobre cáncer cervical, y los otros dos eran una pareja casada, George y Margaret Gey, quienes llevaban años trabajando en cultivos celulares in vitro, intentando que células humanas perduraran largo tiempo fuera del cuerpo de origen.  En su laboratorio el matrimonio Gey creó las condiciones para la reproducción por mitosis de las células tumorosas de Henrietta, quien no tenía la menor idea del asunto, pues en aquella época el consentimiento informado no era práctica habitual, ni había un protocolo bioético que obligara a dar tal información al paciente.  Para sorpresa de los investigadores estas células resultaron dotadas de un superpoder: reproducirse indefinidamente, más allá del límite de Hayflick que marca la muerte programada por apoptosis a las celulas ordinarias del ser humano y de muchas otras especies. ¡Las agresivas células cancerosas de Henrietta eran inmortales! 

Pero Henrietta nunca lo supo.  Ella no era inmortal.  El 4 de octubre de 1951 falleció por causa de ese tumor inmortal.  Sólo 20 años después, casi de casualidad, su familia se enteró de que una parte de Henrietta, precisamente la que causó su muerte, aún vívía.  Y no sólo eso, la reproducción de esas células, llamadas HeLa por el nombre de la paciente fallecida, había escalado a niveles industriales, distribuyéndose por innumerables laboratorios de todo el mundo debido a sus propiedades especiales y su inmensa utilidad para la investigación biomédica.  Las células HeLa, por ejemplo, contribuyeron a la investigación de Jonas Salk que llevó a la exitosísima vacuna contra la poliomelitis.  Muchos descubrimientos médicos, y hasta algunos premios Nobel, se han derivado de investigaciones realizadas con esas células letales y maravillosas.  Es el caso de Elizabeth Blackburn, Carol Greider y Jack Szostak que en 2009 ganaron el Nobel por su trabajo sobre la enzima telomerasa, que repara los telómeros de los cromosomas y es clave en la juventud eterna de las células HeLa.  Se calcula que se han realizado unos 74.000 experimentos con las células descendientes de Henrietta, que algunos clasifican como no humanas, pues son mutantes con 80 cromosomas.  Aquí en Colombia también se utilizan.

Dos temáticas se abren a partir de esta historia.  Una es la deliberación bioética que se derivó de este caso y el perfeccionamiento consecuente de los protocolos.  Sin embargo, no se puede desconocer que los inmensos beneficios para la humanidad obtenidos de las investigaciones con esta línea celular inmortal, superan cualquier derecho individual de corte liberal.  El Bien común prima sobre el interés particular.  Por ello, actualmente en muchos países todos somos donantes por defecto, mientras no digamos lo contrario.  En Colombia, la ley 1805 de 2016 establece en su artículo 3 que “se presume que se es donante cuando una persona durante su vida se ha abstenido de ejercer el derecho que tiene a oponerse a que de su cuerpo se extraigan órganos, tejidos o componentes anatómicos después de su fallecirniento”.

El otro tema, de mayor importancia, es el renacimiento del milenario sueño de la especie humana de alcanzar la inmortalidad, ya no por magia sino por ciencia y tecnología.  Entiéndase por inmortalidad, en este contexto biológico, la detención del envejecimiento, no la indestructibilidad.  Durante el 80% de los 4 mil millones de años de historia de la vida la muerte por envejecimiento o muerte programada no existía.  Este “invento” reciente de la evolución es concomitante con otra novedad: la reproducción sexual de organismos pluricelulares.  Sexo y muerte son dos caras de la misma moneda evolutiva.  Sin embargo, hay especies animales que no tienen ese mecanismo llamado “muerte” en su ciclo vital, como la hydra, por ejemplo. ¿Podremos los seres humanos prescindir de la muerte senil algún día?  La respuesta parece ser afirmativa y no muy lejana.  Una posibilidad sería con células madres y epigenética para lograr la regeneración de tejidos y órganos. 

Si el siglo XX fue el siglo de la física, ahora estamos en el de la biología y la medicina se encuentra al borde de una revolución científica.

Publicado en El Unicornio en agosto 9 de 2020

@jsenior2020

Blog

 

 

Un libro incómodo

Reseña del libro Una herencia incómoda de Nicolas Wade

Esta reseña fue publicada en la revista Advocatus en 2015

Editorial Planeta, a través de su sello Ariel, ha publicado la que posiblemente es la obra más polémica de 2015 en los países de habla hispana, como ya lo había sido en 2014 en naciones angloparlantes.  Se trata del libro Una herencia incómoda, subtitulado Genes, raza e historia humana, autoría del editor de ciencia y tecnología del New York Times, Nicholas Wade.  El título original es A troublesome inheritance: genes, race and human history.

Wade es licenciado en ciencias naturales del King’s College (Universidad de Cambridge), ha sido editor de Nature y Science. Es autor de varios libros y numerosos artículos de divulgación científica e historia contemporánea de la ciencia.

El texto de Wade es un gran ensayo de revisión en torno a la evolución humana reciente y su trasfondo histórico.  El autor empieza por reconocer un factor clave que el “Modelo Estándar de las Ciencias Sociales” usualmente olvida: que el homo Sapiens es un animal y que la historia humana se desenvuelve en el marco de la evolución biológica. Los desarrollos recientes en diversos campos de las ciencias de la vida tienen un impacto profundo en las ciencias sociales. Genética, epigenética, evo-devo, genética de poblaciones humanas,  genografía, neurociencias, entre otras, constituyen disciplinas que en conjunto convergen en un campo sumamente dinámico en la actualidad, a veces denominado “Ciencias de la Naturaleza Humana”. 

En particular, la paleogenómica y la genografía han permitido rastrear la historia de las migraciones del ser humano moderno desde el África noroccidental a Eurasia, Oceanía y las Américas en los últimos 50 mil años, desplazando y eliminando a otros homínidos como Neanderthales y Denisovianos, no sin antes tener con ellos algún grado de hibridación. La gran capacidad de desplazamiento y ocupación de territorio de esta especie llevó a una diversificación notable, pero reciente, y en términos generales de tipo arborescente, generando múltiples variedades o razas.  Hoy sabemos que la humanidad tiene un origen común no muy lejano y que compartimos los mismos genes, pero también sabemos que durante milenios poblaciones más o menos grandes se separaron parcialmente, diferenciándose por sus frecuencias alélicas, y constituyendo subgrupos que aproximadamente coinciden con las tradicionales “razas” intuitivas que de manera no científica se establecieron al entremezclarse las culturas en los últimos siglos, muchas veces de manera violenta y opresiva.  Este proceso no debe entenderse como la ramificación en bloques homogéneos diferenciados entre sí, pues las poblaciones mantienen, en los pocos milenios transcurridos, una enorme heterogeneidad interna, fundamental para la supervivencia.      

El volumen tiene 10 capítulos. Los primeros cinco capítulos sustentan la tesis de la base biológica de la raza a partir de recientes desarrollos científicos y en contravía de la posición mayoritaria de los científicos sociales (por ejemplo la famosa declaración de la Asociación Americana de Antropología en 1998 que considera a la “raza” como un constructo social sin fundamento científico y por lo demás perjudicial). La segunda mitad del libro, reconoce el autor, entra a un terreno hasta cierto punto especulativo y se plantea la cuestión de si el comportamiento social, y por tanto la naturaleza de las sociedades humanas, ha experimentado un cambio evolutivo en el pasado reciente. Wade admite que no hay suficientes pruebas sobre el asunto, pero indica que se debe a que no ha habido una investigación sistemática al respecto y que urge hacerlo.  

Dado que el tema racial es sumamente sensible, no sólo en EEUU, las críticas no se hicieron esperar. Entre ellas, destaca una carta al NYT firmada por 143 profesores de universidades estadounidenses. En la edición en español Wade responde a estas críticas en el prefacio.

Independientemente de si Wade tiene o no razón en sus afirmaciones, resulta muy pertinente su lectura en facultades de derecho, ciencias sociales, ciencias de la salud, ciencias naturales, así como es importante generar espacios de discusión sobre la diversidad humana y sus implicaciones éticas, jurídicas y culturales, pues el concepto abstracto de igualdad no se sustenta en el desconocimiento de las diferencias existentes.

Este texto, además, hace parte de una creciente tendencia a la biologización de las ciencias sociales, como se expresa en las obras de Steven Pinker, Edward Wilson, Daniel Dennet, David Stamos y otros autores. Tendencia que suscita un intenso debate epistemológico en las ciencias sociales, enfrentando las posiciones extremas de los reduccionismos culturalista y biologista, con la visión integral que reconoce tanto el carácter biológico del ser humano como las propiedades emergentes de la organización social.