¿Qué proporción de nuestro ADN es funcional?

Cada una de nuestras células —con excepción de los óvulos y espermatozoides— tiene dos metros de ADN o un poco más de 6.000 millones de pares de base (pb). En otras palabras, unos 6 Gb de información que gobierna nuestra vida (asumiendo que cada una de las cuatro letras del ADN ocupe un byte).

La pregunta es si toda esta información es realmente funcional. Si es necesaria para nuestro desarrollo, fisiología, apariencia física, habilidades, etc.

Fuente: Science.

Hace una década, dos grupos de científicos presentaron la secuencia del genoma humano de unos 3.200 millones de pares de base.

— Espera un momento, ¿no que eran más de 6.000 millones?

— Así es, pero debemos recordar que cada una de nuestras células tiene dos copias de ADN —una del padre y otra de la madre— por lo que somos seres diploides. La secuenciación de ADN se hace en base a una sola copia: el genoma haploide.

En estos 3.200 millones de pares de base están inmersos nuestros genes: porciones de ADN —de diferentes tamaños (600 pb, 1.000 pb, 1.500 pb, 10.000 pb, etc.)— que codifican la información necesaria para construir proteínas, las cuales vendrían a ser los bloques de construcción y las herramientas necesarias para el desarrollo y funcionamiento de un ser vivo.

Cuando se descubrió la estructura del ADN y el código genético, allá por la década de 1950, se calculaba que el ser humano tenía al menos dos millones de genes. Luego, cuando se inició el Proyecto de Secuenciación del Genoma Humano, a inicios de la década de 1990, el número de genes estimado bajó a 100.000. A medida que el proyecto avanzaba, este número disminuía. En el 2004, cuando se presentó la versión final de nuestro genoma, el número de genes ya era alrededor de 25.000. Y una estimación más reciente ya habla de menos de 20.000 genes.

Una proteína típica tiene unos 700 aminoácidos. Cada aminoácido es codificado por una secuencia de tres letras de ADN (código genético), por lo que el tamaño promedio de un gen —sin considerar los intrones— sería de unos 2.100 pares de base.  Entonces, multiplicando 2.100 pb x 20.000 genes, nos da un total de 42.000.000 pb o 42 Mb, que corresponde a un 1,4% del total del genoma humano.

Es a partir de este cálculo que nace la famosa expresión que “sólo el 1,5% de nuestro genoma es funcional” o que “el 98% de nuestro genoma es ‘ADN basura’”. En realidad, lo que indica este cálculo es que ese porcentaje corresponde a la proporción de nuestro genoma que codifica proteínas. Pero además hay muchas porciones de ADN que están relacionados con la regulación de la expresión de esos genes, funcionando como interruptores genéticos (‘encienden’ o ‘apagan’ los genes), pero que nunca llegan a traducirse en proteínas. Estas regiones no serán codificantes pero sí son funcionales.

En el 2012 se concluyó el proyecto ENCODE, el cual buscaba determinar la función de ese 98% de ADN que no codifica proteínas: la ‘materia oscura’ del genoma humano. Los resultados publicados en Nature indicaban que el 80% de nuestro genoma tienen una función bioquímica, principalmente, relacionada con la regulación de la expresión genética.

Excelente infografía del Proyecto ENCODE [Dale click para ampliar]. Fuente: El Economista.

Para algunos científicos, el término ‘ADN funcional’ debe referirse a porciones de ADN que si son perturbados, interrumpidos o modificados, tendrían efectos negativos sobre el individuo. Es decir, serían porciones de ADN fundamentales para el desarrollo de un organismo. Usando esta definición, un grupo de investigadores de la Universidad de Oxford (Reino Unido) han determinado qué proporción de nuestro ADN sería funcional.

Para ello, estos científicos se valieron de la capacidad que tiene la evolución para discernir qué actividades biológicas importan y cuáles no. Compararon el genoma humano con el de otras especies de mamíferos e identificaron las regiones que han cambiado muy poco en los últimos 100 millones de años de evolución.

La explicación de este enfoque es que la mayoría de mamíferos que viven hoy en día descienden de un ancestro común que vivió hace más de 100 millones de años. Todos compartimos un genoma original que fue adquiriendo mutaciones y cambiando a lo largo del tiempo para formar organismos tan diferentes como un humano, un ratón y un rinoceronte. Sin embargo, muchas regiones del ADN se resistieron al cambio pues, si lo hacían, podían afectar negativamente al desarrollo del organismo y la selección natural terminaría por eliminarlos o contrarrestar este efecto. De esta manera, las regiones del genoma que de alguna manera se han mantenido conservadas entre las diferentes especies de mamíferos, serían las funcionales.

Es así que mediante este enfoque evolutivo, el Dr. Gerton Lunter y su equipo estimaron que el 8,2% del genoma humano sería funcional: un 1,4% que correspondería a la región codificante (los genes) y un 6,8% que serían secuencias que regulan la expresión de estos genes.

Entonces, ¿qué pasa con el otro 91,8%? Según los investigadores, son regiones que pueden codificar algunos péptidos o secuencias reguladoras, pero que no serían claves para el desarrollo de un individuo.

Sin embargo, esta estimación podría pecar de ser muy reduccionista pues la funcionalidad de muchos genes también dependen de su entorno, de las secuencias de ADN que no codifican proteínas pero tienen la capacidad de unirse a otras moléculas que las doblan o enrollan, evitando que muchos genes ‘funcionales’ puedan expresarse. El ADN no codificante da estabilidad a nuestro genoma, a pesar que existan muchas regiones con la capacidad de ‘saltar’ de un lugar a otro (transposones).

Puede ser que ese 91,8% no codifique nada ‘apreciable’ fenotípicamente, pero la pregunta realmente es si su ausencia afectaría o no el desarrollo de un individuo. Para el proyecto ENCODE, ese 80% de nuestro genoma que de alguna manera interacciona con diferentes moléculas sí cumpliría funciones importantes, el reto es identificar cuáles son esas funciones.