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  • El nuevo paradigma de la Biología Molecular: Nanoingeniería dentro de la célula

    Por Bill Wilberforce

    Imagine un lector de código de barras que, en lugar de decodificar líneas blancas y negras, imprima la lista de partes de cualquier máquina complicada. Apúntelo hacia un reloj despertador y empezará a imprimir: "dos campanas, dieciocho engranes, un resorte...etcétera". Apúntelo hacia una computadora portátil y la impresión será kilométrica.

    Este formidable aparato sería la envidia de nuestros amigos, y una herramienta muy útil para los fabricantes que quisieran practicar la ingeniería inversa con los productos de sus competidores. Pero esta maravilla sería aún más útil si pudiera detectar partes que de otra manera serían indetectables; por ejemplo, en caso de que una máquina tuviera partes tan pequeñas que incluso el microscopio más poderoso no pudiera identificarlas.

    Cómo puede haber adivinado, este fantasioso lector de código de barras es una metáfora de la revolución experimentada en la biología molecular durante los últimos cincuenta años. Con los equipos disponibles en el mercado, que requieren menos preparación que la necesaria para cocinar un pastel, un estudiante universitario casi sin experiencia puede empezar a hacer un inventario de las partes de su organismo vivo favorito. Con herramientas automatizadas más poderosas, se puede obtener una lista completa de las partes de cualquier criatura.

    ¿Cuál es la naturaleza de estas partes que se encuentran en los sistemas vivos? Principalmente, son cadenas de aminoácidos llamadas proteínas (un subgrupo de las cuales se llaman enzimas). Existen veinte tipos de aminoácidos que pueden encadenarse en diferentes secuencias para formar cualquier proteína existente en el planeta. Esto equivale a decir que nuestro alfabeto de veintiséis letras puede formar cualquier oración del planeta, dependiendo de la secuencia de las letras.

    Podría preguntarse: ¿cómo pueden estos equipos comerciales y herramientas automatizadas detectar estas proteínas, cuyas secuencias de aminoácidos son invisibles incluso a nuestros microscopios más avanzados? La respuesta es: leyendo el "código de barras" del DNA. El ácido desoxirribonucleico, o DNA, es el inventario de piezas contenidas por cada célula de cada organismo del mundo. Hay una correlación directa entre una "palabra" de tres letras del DNA y cada uno de los veinte aminoácidos. Por ejemplo, si usted encuentra una cadena de mil de esas palabras en el DNA (para un total de tres mil letras de DNA), ese organismo tendría una pieza proteínica de una longitud de mil aminoácidos. Lo que es más importante, se puede conocer la naturaleza exacta de esa proteína por el orden de las letras del DNA.

    El mecanismo mediante el cual estas herramientas leen el DNA está más allá del alcance de este ensayo, pero lo importante es que estas herramientas de la biología molecular han revolucionado la forma en que entendemos los sistemas vivos. Antes de que existieran estas herramientas, los científicos pensaban que las células eran bastante sencillas, sólo una gota de protoplasma (una sopa química), rodeada por una delgada membrana. Sin embargo, después de aplicar estas nuevas herramientas en varias formas de vida, los científicos se han dado cuenta de que hay muchas más piezas ocultas que las que esperaban originalmente. (Si desea más detalles, vea la posdata).

    Sólo para darnos una idea de lo que hacen algunas de estas piezas, veamos alguna proteína específica; en este caso, la "cadena pesada de kinesina". Esta proteína de tamaño mediano, formada por un par de cadenas idénticas (cada una con aproximadamente mil aminoácidos), normalmente funciona en sociedad con una proteína más pequeña llamada "cadena ligera de kinesina", también formada por un par de cadenas idénticas.

    En lo que se refiere a máquinas proteínicas, los pares de cadenas ligeras y pesadas de kinesina que comprenden lo que se conoce como kinesina convencional, son un sistema muy simple. Las cadenas pesadas tienen dos partes; la mitad de la molécula puede utilizar un combustible molecular llamado trifosfato de adenosina. Este combustible da energía a un proceso mediante el cual la cadena pesada se une a (o se suelta de) otra proteína: la tubulina. Como su nombre lo sugiere, la tubulina puede formar tubos (microtubos, para ser más exactos) que pueden ser parte del esqueleto de cada célula. En última instancia, la unión y liberación de las cadenas pesadas desde estos micro tubos permiten que el sistema de la kinesina marche desde un extremo de la célula hasta el otro, dando cientos de pasos por segundo.

    El propósito de esta marcha de alta velocidad se revela en la otra mitad de la molécula de cadena pesada. Esta mitad es una cola larga a la que se pegan las dos cadenas ligeras de kinesina, así como varios tipos de cargas celulares. En esencia, al marchar a través de la célula, la kinesina lleva paquetes de material que normalmente se moverían con demasiada lentitud si se mezclaran aleatoriamente.

    Las células nerviosas son un ejemplo especialmente asombroso de cuán importante es la transportación de la kinesina para el correcto funcionamiento de las células. Nuestras células más largas, que se extienden desde la baja espalda hasta los dedos gordos de los pies, se encuentran en el nervio ciático. Mucho de lo necesario para mantener vivos los extremos de estas células nerviosas proviene directamente de la sangre de los dedos gordos. Pero algunas cosas deben recorrer todo el camino desde el principio de las células en la baja espalda. Si tuviéramos que esperar que estas cosas se esparcieran aleatoriamente hasta el extremo de nuestros dedos gordos, ¡tendríamos que esperar durante años! En lugar de eso, dependemos del transporte activo de la kinesina para proveer a los extremos de nuestras células nerviosas de los componentes necesarios.

    La kinesina es sólo una proteína entre miles que trabajan juntas en cada organismo. El conocimiento de la gran diversidad de estas máquinas proteínicas es muy reciente, y es el resultado del uso de las revolucionarias herramientas de la biología molecular. Esta diversidad y la complejidad de cada máquina proteínica subrayan un nuevo paradigma de la biología: el funcionamiento interno de las células es una proeza de nanoingeniería de alta tecnología.

    La mayoría de las veces, los biólogos identifican al nanoingeniero en alta tecnología como la Naturaleza misma, y hacen rápidamente a un lado las implicaciones de actividad inteligente. Pero como ha dicho el bioquímico de la Universidad Leigh, Michael Behe, con respecto a esta situación: "si parece pato, camina como pato y grazna como pato, probablemente es un pato". El razonamiento inductivo de Behe es bastante sensato. En cualquier otro campo se asume que las cosas que parecen haber sido diseñadas cuidadosamente, fueron diseñadas.

    El inconveniente de esta "pomada inductiva" es el hecho de que el único ingeniero que pudo haber fabricado estas máquinas proteínicas parece ser Dios, o "alguien con el mismo conjunto de habilidades" --como diría Jon Stewart del programa Daily Show. Entonces, en lugar de abrazar las implicaciones de su nuevo paradigma, los biólogos (en su mayoría) las ignoran o las denuncian, por no querer que su campo de estudio destruya la separación entre iglesia y estado que creen tan esencial para un fructífero progreso científico. Pero en este punto, la pregunta correcta es: ¿las nuevas aplicaciones de las revolucionarias herramientas de la biología molecular reforzarán estas denuncias? o ¿continuarán subrayando la compleja ingeniería de los sistemas vivos?

    A partir de todo lo que hemos aprendido hasta ahora, la segunda parece ser la respuesta correcta. Aunque es posible que las herramientas de la biología molecular develen algunos mecanismos que se diseñen por sí solos (en una actividad muy parecida a la autoorganización, pero que produzca máquinas complejas en lugar de repetir patrones fractales), parece muy poco probable. Para los iniciadores, la tendencia ha ido hacia la revelación de un número cada vez mayor de sistemas complicados, no de mecanismos que muestren cómo se producen aquellos. Además, las leyes de producción de información, desarrolladas para tratar las cuestiones que surgen en esta era de las computadoras, pesan mucho en la balanza contra ese tipo de mecanismos.

    Por lo tanto, parece que el resultado más probable de la fantástica revolución de la biología molecular es la conciencia cada vez mayor de que las cosas vivas, incluyéndonos a nosotros, se explican mejor como objetos de nanoingeniería. Sin duda esta conciencia seguirá el curso normal que siguen las nuevas ideas. Primero, será ignorada. Luego será ridiculizada. Después, será tolerada a regañadientes. Finalmente, se dirá: "¡Bueno, ya lo sabíamos!"

    P.D. Las cifras aproximadas dadas para el número de genes de los organismos superiores representan una interesante excepción a esta tendencia a subestimar el número de piezas. Por ejemplo, antes del Proyecto del Genoma Humano, se pensaba, con base en los resultados provenientes de organismos más sencillos, que el ser humano tenía aproximadamente 100,000 genes (http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/SCIENCE96). Ahora se piensa que el número es cercano a los 20,000 (http://www.newscientist.com/article.ns?id=dn6561), ¡casi el mismo que el de los gusanos más sencillos (http://genomebiology.com/2001/2/11/comment/2008)!

    En este caso, la exageración en el cálculo se debió a una forzada extrapolación originada en lo que se sabía de organismos más sencillos, y basada en la ingenua suposición de que nuestra mayor complejidad se debía a un mayor número de genes. En última instancia, este error nos ha mostrado que la lista de piezas que obtenemos al leer los genes del DNA es solamente la punta del iceberg. La nanoingeniería de los organismos se extiende mucho más allá de las meras partes proteínicas, e incluye intrincadas redes de señales de retroalimentación y formaciones tridimensionales de proteínas.

    RESUMEN BIOGRÁFICO: Bill Wilberforce es el seudónimo de un joven biólogo molecular cuyo futuro en el mundo académico podría verse frustrado por su participación en este tipo de páginas de Evangelismo Apologética . Se ha educado en una de las mejores instituciones del mundo y está empezando a publicar sus propias ideas de investigación en diarios importantes. Es lamentable que no siempre se dé generosamente la libertad académica a los científicos que proponen que en biología lo que parece ser diseñado proviene, de hecho, de la mente de un diseñador. Sin embargo, seguramente esta situación mejorará cuando disminuya el miedo inicial a las implicaciones metafísicas del diseño inteligente. Mientras tanto, este seudónimo proporciona una magnífica oportunidad de honrar a un hombre que ha inspirado a muchos a enfrentarse al status quo con el fin de liberar a las mentes cautivas.