Setenta años después del descubrimiento del ADN y de la creación del Departamento de Ciencias Biológicas

Cuatro grandes revoluciones han marcado el rumbo de las ciencias biológicas. Desde su fundación, en 1959, el Departamento de Ciencias Biológicas (DCB) de la Universidad de los Andes ha alineado sus contenidos académicos para hacer frente a los diferentes retos tanto de investigación, como éticos que estas plantean. En este artículo se hace una revisión de los descubrimientos más importantes que han caracterizado cada una de estas revoluciones, los desafíos éticos que añaden un nivel de complejidad a estas innovaciones biológicas y los nuevos los compromisos del DCB y de comunidad científica para desatar el poder de la biología, al mismo tiempo que se sopesan los riesgos de estos descubrimientos.

La segunda revolución fue el descubrimiento de la estructura de la molécula del ácido desoxirribonucleico, más conocido como ADN. Hace setenta años, los científicos Francis Crick, de Gran Bretaña, y James Watson, de Estados Unidos, gracias al trabajo previo realizado por la cristalógrafa londinense Rosalind E. Franklin, publicaron la famosa estructura de la doble hélice del ADN en un artículo de apenas una página, en la revista Nature.

Los biólogos moleculares son los encargados de llevar a cabo los experimentos que se centran en investigar la estructura, función, procesamiento, regulación y evolución de las moléculas biológicas y sus interacciones. Esto permite comprender el funcionamiento de la vida a nivel micro y el modo en que la estructura de una molécula —incluidos detalles como la ubicación y la forma de los sitios activos de una proteína— afectan a su funcionamiento.

Uno de los avances más notables en este campo fue el desarrollo de la PCR —siglas en inglés para reacción en cadena de la polimerasa—, que se basa en las características de estabilidad al calor de una enzima polimerasa, cuyo hallazgo y posterior aplicación mereció el premio Nobel de Química, concedido a Kari Mullis y Michael Smith en 1993. Su importancia radica en que la PCR permite la amplificación (miles de veces) de una secuencia determinada del ADN, de manera tal que hoy en día su uso es muy común en centros de investigación, universidades y laboratorios de diagnóstico.

En la pandemia pasada, por ejemplo, como en tantas otras crisis de salud pública relacionadas con enfermedades infecciosas, la PCR se utilizó para determinar si una persona estaba infectada con el virus del SARS-COV-2 o no. Hoy en día, la PCR es un procedimiento muy frecuente en los análisis genéticos moleculares y constituye una herramienta poderosa para la construcción de árboles filogenéticos y otros estudios evolutivos. Es una técnica de amplificación del ADN tan precisa, que también se utiliza como herramienta jurídica para confirmar o desmentir parentescos familiares y casos en criminalística con un grado de exactitud del 99,99 %.

Los avances para descifrar el código genético también se han desarrollado a gran velocidad. La secuenciación genética es una tecnología que permite conocer y descifrar el genoma que tienen todos los seres vivos. Se trata de «leer» ese código que contiene información imprescindible para su desarrollo y funcionamiento, como si se tratara de un libro de instrucciones. El orden en el que aparecen las secuencias que conforman el ADN (nucleótidos) corresponden a señas de identidad, que definen las características de cada organismo.

A mediados de la década de los setenta, Frederick Sanger desarrolló técnicas para secuenciar el ADN, por lo que recibió su segundo Nobel de Química en 1980 (el primero lo recibió en 1958, por sus estudios de la estructura de proteínas). Con la automatización de la secuenciación del ADN en la década de los ochenta, por primera vez, los biólogos y profesores universitarios propusieron la idea de analizar el genoma humano completo.

En junio del 2000 se anunció que la mayoría del genoma humano se había secuenciado y, en febrero del 2001, se publicó en la revista Nature el 90 % de la secuencia de los tres mil millones de pares de bases del genoma. Algunas de las sorpresas que acompañaron la publicación incluyeron el número relativamente pequeño de genes humanos —unos treinta mil—; la arquitectura compleja de las proteínas humanas comparadas con sus homólogos, por ejemplo, los nematodos y moscas de la fruta; y las lecciones que podían enseñar las secuencias repetidas de ADN. La secuenciación del genoma ha cambiado, de manera radical, múltiples campos, por ejemplo, nos ha permitido vincular variantes genéticas con enfermedades como el cáncer. También ha facilitado avances en nuestra comprensión de la evolución humana, ha mejorado el diseño de medicamentos y de la ciencia forense, y nos ha permitido genotipar de manera rápida los virus para comprender su patología y desarrollar tratamientos médicos.

Sin embargo, si bien hoy tenemos la tecnología para secuenciar el genoma de manera rápida y precisa, todavía nos falta mucha información cuando se trata de interpretar realmente lo que significa esa secuencia. Hay regiones del ADN de las que se desconoce su función y hay genes con funciones que no se comprenden bien. Incluso hay partes del genoma que, en realidad, nunca se secuenciaron por completo.

Durante los últimos diez años y, en consonancia con los adelantos de la tercera revolución biológica, la Vicerrectoría de Investigación y Creación de la Universidad de los Andes creó los centros satélites (core facilities) para apoyar, impulsar y facilitar el desarrollo de la investigación en el DCB a través de la prestación de servicios especializados con tecnología de alta calidad. A nivel internacional una inmensa cantidad de institutos de investigación están interesados en descifrar los genomas de todas aquellas plantas, animales, bacterias y virus para una mejor comprensión de todas sus funciones biológicas. Cada genoma proporciona nueva información desconocida y única de cada especie que demuestra especialización, pero, al mismo, tiempo muestra información común que nos permite conectar y entender los procesos más básicos que determinan la vida. El gráfico que aparece a continuación muestra el número creciente de genomas secuenciados desde el año 1997.

El Laboratorio de Secuenciación GenCore, de la Universidad de los Andes, por ejemplo, fue el primero en realizar pruebas para la detección del COVID-19 y entregar información clave a las autoridades de salud para contrarrestar los efectos de la pandemia en Colombia. En este espacio, además, se pueden secuenciar muestras asociadas a humanos, sedimentos marinos, plantas, animales y patógenos de interés en salud pública. Los centros de servicios de la Universidad de los Andes están enfocados en las áreas de investigación con modelos animales, metabolómica, microscopía y computación de alto rendimiento para la investigación, y apoyo y divulgación científica de la biodiversidad.

La biología sintética es una disciplina relativamente nueva que se originó en la década de los noventa como una extensión de la biología molecular y de la ingeniería genética. Se define como la síntesis de biomoléculas o la ingeniería de sistemas biológicos con funciones nuevas que no se encuentran en la naturaleza. La biología sintética, junto con la nanobiotecnología, representa una de las fronteras más interesantes —y, obviamente, más sujetas a debate— de la capacidad que tenemos los humanos de modificar el ambiente a nuestro favor.

El procedimiento implica el diseño y construcción de un ADN vía computador, que se construye por síntesis química y, finalmente, se inserta en una célula autónoma, inicialmente en procariotas (bacterias) y, más recientemente, en células más complejas como las levaduras (eucariotas), por lo cual no se habla de vida artificial (in silico) sino de vida sintética. Se trata de una cuarta revolución con todas sus implicaciones, lo que representa tanto oportunidades como amenazas, y muchas preguntas éticas.

Los primeros avances en esta área se centraron en la construcción de circuitos lógicos genéticos y en la creación de organismos que podían realizar tareas útiles. Uno de los precursores más importantes de la biología sintética fue el genetista inglés Richard J. Roberts, quien recibió el Nobel de Medicina en 1993. En la década de los años noventa, Roberts comenzó a explorar la posibilidad de diseñar sistemas biológicos artificiales al utilizar tecnología de ingeniería genética y biología molecular.

En 2010, Craig Venter y su equipo anunciaron la creación del primer organismo sintético, una bacteria que contenía un genoma completamente fabricado en el laboratorio [5]. Este avance fue un hito importante en la biología sintética y abrió nuevas posibilidades para la creación de organismos artificiales con fines médicos y de biorremediación.

Poco tiempo después, el equipo liderado por Jef Boeke, de la Universidad de Nueva York (NYU), anunció la primera levadura que lleva dentro uncromosoma artificial diseñado por su equipo [7]. El grupo ensambló un cromosoma completo al juntar 273 871 fragmentos de ADN y aplicar losmismosprincipiosqueVenterparamodificarun ser mucho más complejo: la levadura, a diferencia de las bacterias, tiene dieciséis cromosomas y pertenece al gran grupo de los eucariotas, que engloba a todos los seres vivos con núcleos celulares.