En los años 70 del pasado siglo se desarrolló una tecnología que ha revolucionado, entre otras ramas de la ciencia: la medicina, la biología, la agronomía e, incluso, la historia. La base fundamental de la ingeniería genética se basa en disponer de herramientas que permiten cortar y pegar genes. Lo que implica cortar con precisión dos enlaces químicos en una molécula que mide 2.6 nanómetros de ancho, es decir, es 20.000 veces más fina que un cabello, y tiene, en el caso del cromosoma humano número 1, una longitud de 220 millones de pares de bases. Nos enfrentamos pues a cortar un segmento concreto en un collar que tiene 220 millones de cuentas y una anchura de dimensiones moleculares, para, a continuación, pegarlo en un nuevo collar de similar tamaño. Y, además, esto debe hacerse con una precisión de una sola base en millones de moléculas idénticas. A pesar de lo que se podría pensar a priori, se ha conseguido que el proceso sea muy sencillo y en cualquier laboratorio de genética del mundo se lleva a cabo rutinariamente. ¿Cómo lo hacen?
Antes de comenzar aclarar que he escrito esta entrada para intentar aclarar alguna de las dudas que una entrada anterior suscitó en Jacob y espero, por supuesto, que genere otras nuevas.
Para poder cortar y pegar ADN se necesitan, evidentemente, dos elementos, ADN y una caja de herramientas molecular. Lo primero ya sabemos como obtenerlo y ahora se trata de echar un vistazo en la caja de herramientas que los biólogos guardan en la nevera. Como no podría ser de otro modo, los instrumentos necesarios para cortar moléculas deben, a su vez, tener un tamaño molecular y, efectivamente, son moléculas, concretamente proteínas bacterianas.
Una de las más utilizadas se denomina EcoRI y se extrae a partir de Escherichia coli. Podríamos ser mal pensados y preguntarnos por qué como fuente de una tecnología que iba a hacer que las siglas ADN apareciesen hasta en la sopa se buscó una bacteria presente predominantemente en la caca (podría haber escrito heces o mierda, pero no lo he hecho porque pretendo que este blog siga siendo teniendo la etiqueta de "Para todos los públicos"). Pero no vaya a pensar que el científico que descubrió la proteína era un coprófago irredento, simplemente E. coli es uno de los organismos más estudiados por la biología.
¿Pero para que quería la bacteria tener una proteína capaz de pulverizar el ADN reduciéndolo a pequeños fragmentos? La proteína EcoRI, es, en realidad, parte de un sistema de defensa del bichito. Cuando un virus intenta infectar una célula, ya sea ésta una bacteria o una célula humana, lo primero que debe hacer es introducir su ADN en la célula y activar las instrucciones codificadas en él para hacerse con el control de la maquinaria celular. Un equivalente humano de lo anterior sería ir a un edificio en construcción, golpear al jefe de obra y sustituirlo, para llevarse a la cuadrilla de albañiles a construirnos un chalé en la sierra mostrándoles unos planos falsos. Para defenderse de estos ataques en los que las instrucciones se sustituyen lo que hacen las células es pulverizar las instrucciones ajenas en cuanto las detectan. Este es el papel de EcoRI, cuando un virus introduce su ADN en la célula EcoRI reconoce que el ADN es extraño y lo corta en pequeños fragmentos. Por supuesto, el sistema de defensa es algo más complejo ya que si EcoRI cortase cualquier fragmento de ADN la célula se quedaría sin sus instrucciones genéticas. Para evitarlo hay otras proteínas que se encargan de modificar ligeramente el ADN celular para que no se pueda confundir con el vírico, pero esto es otra historia que deberá ser contada en otra ocasión. Otro detalle importante sobre esta proteína es que no corta el ADN por cualquier punto, sólo lo hace cuando encuentra la secuencia de nucleótidos GAATTC (Para saber más sobre qué es una secuencia de nucleótidos ver la entrada sobre el código genético). Dicho sea de paso, estas proteínas que catalizan reacciones en el interior de la célula son en realidad enzimas químicos y, por eso, en un alarde de originalidad se les denominó enzimas.
Una vez que tenemos aislada la enzima, EcoRI ¿qué podemos hacer con ella? Si la añadimos a un ADN con la secuencia GAATTC en él será cortado rápida y eficientemente. Este descubrimiento constituyó la base de la moderna genética molecular y les valió a tres microbiólogos el premio Nobel de medicina de 1978. Más tarde se continuó buscando otras enzimas que cortasen otras secuencias distintas, lo que permite elegir el punto de corte a lo largo de la interminable cadena de ADN simplemente eligiendo la enzima. A todas estas proteínas se les denominó enzimas de restricción y hasta el momento de escribir esta entrada se han encontrado más de 3800. Actualmente no es necesario purificarlas a partir de las bacterias en las que se encontraron, para conseguirlas simplemente hay que consultar un catálogo y pedirlas por teléfono.
Para que la tecnología funcione necesitamos, además de enzimas para cortar, enzimas para pegar. Por fortuna las bacterias además de tener enzimas para cortar también tienen otros enzimas llamados ligasas que unen el dos fragmentos de ADN. El proceso completo para, por ejemplo, introducir el gen que hace luminiscente a la luciérnaga en una planta de tabaco, consiguiendo de este modo una bonita planta que brilla en la oscuridad, se reduce básicamente a cortar el ADN del insecto con un enzima, pegar el gen de interés, utilizando una ligasa, a un fragmento de ADN bacteriano e introducirlo en la células de la planta por las buenas o por las malas.
Por supuesto, la tipología y la variedad de herramientas disponible la caja de herramientas de un investigador actual mucho más amplia de lo que se ha visto en esta entrada, tan sólo he explicado sucintamente, las herramientas que, históricamente, propiciaron la explosión tecnológica que representó la ingeniería genética, para otras entradas quedan los métodos por los que se pueden separar los fragmentos de ADN cortados utilizando moldes de comida china, los minicromosomas bacterianos que nos han permitido convertir a las bacterias en trabajadores esclavos o las enzimas que han obrado el milagro de la multiplicación de los panes y los peces.
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