Imagina al humano el genoma como una cuerda que se extiende a lo largo de un campo de fútbol, con todos los genes que codifican proteínas agrupados al final cerca de los pies. Da dos grandes pasos hacia adelante; toda la información de las proteínas ahora está detrás de ti.
El genoma humano tiene tres mil millones de pares de bases en su ADN, pero solo alrededor del 2 por ciento de ellos codifica proteínas. El resto parece una hinchazón sin sentido, una profusión de duplicaciones de secuencias y callejones sin salida genómicos a menudo etiquetados como "ADN basura". Esta asignación de material genético increíblemente ahorrativa no se limita a los humanos: incluso muchas bacterias parecen dedicar el 20 por ciento de su genoma al relleno no codificante.
Muchos misterios todavía rodean la cuestión de qué es el ADN no codificante y si realmente es basura sin valor o algo más. Algunas partes, al menos, han resultado ser de vital importancia biológica. Pero incluso más allá de la cuestión de su funcionalidad (o falta de ella), los investigadores están comenzando a apreciar cómo el ADN no codificante puede ser un recurso genético para las células y un vivero donde pueden evolucionar nuevos genes.
"Lenta, lenta, lentamente, la terminología de 'ADN basura' [has] empezó a morir ”, dijo Cristina Sisu, genetista de la Universidad Brunel de Londres.
Los científicos se refirieron casualmente al "ADN basura" ya en la década de 1960, pero adoptaron el término de manera más formal en 1972, cuando el genetista y biólogo evolutivo Susumu Ohno lo usó para argumentar que los genomas grandes inevitablemente albergarían secuencias, acumuladas pasivamente en muchos milenios, que no codificaba ninguna proteína. Poco después, los investigadores obtuvieron pruebas contundentes de cuán abundante es esta basura en los genomas, cuán variados son sus orígenes y cuánto se transcribe en ARN a pesar de carecer de los planos de las proteínas.
Los avances tecnológicos en la secuenciación, particularmente en las últimas dos décadas, han hecho mucho para cambiar la forma en que los científicos piensan sobre el ADN y ARN no codificantes, dijo Sisu. Aunque estas secuencias no codificantes no llevan información sobre proteínas, a veces la evolución las configura para diferentes fines. Como resultado, las funciones de las distintas clases de “basura”, en la medida en que tienen funciones, se están volviendo más claras.
Las células usan parte de su ADN no codificante para crear una colección diversa de moléculas de ARN que regulan o ayudan con la producción de proteínas de diversas maneras. El catálogo de estas moléculas sigue expandiéndose, con pequeños ARN nucleares, microARN, pequeños ARN interferentes y muchos más. Algunos son segmentos cortos, generalmente de menos de dos docenas de pares de bases, mientras que otros son un orden de magnitud más largos. Algunos existen como hebras dobles o se pliegan sobre sí mismos en bucles de horquilla. Pero todos ellos pueden unirse selectivamente a un objetivo, como una transcripción de ARN mensajero, para promover o inhibir su traducción en proteína.
Estos ARN pueden tener efectos sustanciales en el bienestar de un organismo. Las paradas experimentales de ciertos microARN en ratones, por ejemplo, han inducido trastornos que van desde temblores hasta disfunción hepática.
Con mucho, la categoría más grande de ADN no codificante en los genomas de humanos y muchos otros organismos consiste en transposones, segmentos de ADN que pueden cambiar su ubicación dentro de un genoma. Estos "genes saltarines" tienden a hacer muchas copias de sí mismos, a veces cientos de miles, en todo el genoma, dice Seth Cheetham, genetista de la Universidad de Queensland en Australia. Los más prolíficos son los retrotransposones, que se propagan de manera eficiente al hacer copias de ARN de sí mismos que se convierten nuevamente en ADN en otro lugar del genoma. Aproximadamente la mitad del genoma humano está formado por transposones; en algunas plantas de maíz, esa cifra sube a alrededor del 90 por ciento.
El ADN no codificante también aparece en los genes de los seres humanos y otros eucariotas (organismos con células complejas) en las secuencias de intrones que interrumpen las secuencias de exones que codifican proteínas. Cuando se transcriben los genes, el ARN del exón se empalma en ARNm, mientras que gran parte del ARN intrón se descarta. Pero parte del ARN intrón puede convertirse en pequeños ARN que participan en la producción de proteínas. Por qué los eucariotas tienen intrones es una pregunta abierta, pero los investigadores sospechan que los intrones ayudan a acelerar la evolución de los genes al facilitar la reorganización de los exones en nuevas combinaciones.
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