Estamos empezando a entender el ADN oscuro

La investigación genética con ratones ha dado un salto espectacular gracias a las nuevas técnicas para "noquear" o silenciar sus genes uno por uno. El investigador del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), Lluís Montoliu, nos explica en qué consisten estos avances y cómo el conocimiento de nuevas áreas del ADN puede ayudarnos a comprender algunas enfermedades genéticas.

Custodiados en las instalaciones del Centro Nacional de Biotecnología, en Madrid, varios tanques de nitrógeno líquido conservan los embriones de decenas de ratones mutantes. Esta "biblioteca" de mutaciones forma parte del reservorio genético que se está construyendo a nivel mundial gracias a la investigación con ratones y que permitirá conocer más sobre los genes que comparten con los humanos. Lluís Montoliu, coordinador del nodo español del proyecto EMMA, nos explica desde su laboratorio en qué consiste este análisis sistemático y su importancia para la investigación biomédica.

Pregunta: ¿Qué es un ratón “noqueado”?

Respuesta: Un ratón “noqueado” es un animal en el cual nosotros podemos inactivar uno de sus 25.000 genes. Es una tecnología que se desarrolló con ratones y por eso se han convertido en las estrellas de la genética y la investigación biomédica.

P. ¿Tan parecidos son a nosotros?

R. Si nos dejamos llevar por las apariencias externas, claro que nos parecemos relativamente poco. Pero cuando vemos el desarrollo embrionario, más del 95% de los genes que tiene el ratón también los tenemos nosotros. Y lo que es más relevante, resulta que en la inmensa mayoría realiza la misma función.

P. ¿Serían intercambiables?

R. Se han hecho experimentos de intercambiar un gen humano en el ratón y se ha visto que en el ratón, cuando le falta un gen, esta función génica puede ser sustituida por su homólogo en el genoma humano. No solo realizan la misma función, sino que aprendiendo para qué sirve cada uno de estos genes del ratón podemos deducir cuál es la función de este mismo gen en el genoma humano. Lo que sucede es que tenemos pocas herramientas para ver para qué sirve cada gen en personas, por eso tenemos que recurrir a otras especies como el ratón, ya que existen unas técnicas para inactivar, o noquear, un gen específico de forma muy precisa, de modo que el resto de genes quedan intactos.

P. ¿Qué pasa cuando inactivamos un gen?

R. Hay muchos ejemplos, como un gen con el que trabajamos en el laboratorio, que se llama tirosinasa, que acaba dando lugar a un pigmento que se llama melanina, y está directamente relacionado con el albinismo. Es un ejemplo de que lo que aprendemos en el ratón lo podemos trasladar a los humanos. Para estudiar de forma exhaustiva qué sucede tras la inactivación de un gen se han creado lo que se llaman las "clínicas del ratón". Allí se hace una revisión sistemática de todos los órganos, el corazón, las funciones endocrinas... y se analiza lo que produce la inactivación del gen.

P. ¿O sea que se analiza un ratón “noqueado” y una mutación concreta?

R. Exactamente, esto lo llamamos fenotipar...

P. ¿En qué fase se encuentra el estudio de estos 25.000 genes “noqueados” del ratón? 

R. Acaba de publicarse un trabajo en Nature que presenta los resultados obtenidos hasta el momento por un conjunto de consorcios internacionales encaminados a inactivar todos y cada uno de los genes del ratón, con el objetivo final de saber para qué funcionan. Lo que han hecho es coordinarse para garantizar que no están inactivando los mismos genes y que se investigan todos. En apenas cinco años van a completar su función porque han conseguido una técnica muy robusta y en lugar de hacerlo uno a uno son capaces de hacerlo por centenares. Esto acorta muchísimo el tiempo: de varios meses a pocas semanas o días. De los 25.000 genes tienen ya unos 12.000. 

P. ¿Y cómo se organiza la logística de todo esto?

R. Nuestro papel forma parte de una plataforma que se llama EMMA, el acrónimo del “Archivo de Ratones Mutantes Europeos”. Yo me atrevería a decir que es de las partes más importantes del proceso. Porque tan importante es la generación de nuevos ratones mutantes como que se puedan poner a disposición de los investigadores. Esto se está haciendo en muy pocos sitios. 

P. ¿Entonces EMMA es una especie de gran “dispensador” de ratones?

R. Más bien es un catálogo, un archivo, una biblioteca de ratones mutantes a la que los investigadores acuden y dicen "yo quiero el tomo 23". Cuando hablamos de inactivar 25.000 genes uno podría pensar que son 25.000 ratones, estamos hablando de cepas, cada una de ellas va a tener centenares o miles de individuos que son los que se utilizarán para hacer experimentos y saber cómo influye la ausencia de ese gen. Es obvio que no tenemos capacidad para analizar a los ratones a la misma velocidad con que los estamos generando. Es una pérdida de dinero y de animales y de esfuerzo humano el mantenerlos en vivo. No tiene sentido estar criando animales que no van a ser analizados hasta que no les corresponda el turno. Y por otra parte tenemos una legislación de protección animal que es muy importante, la sociedad nos lo pide, que nos obliga a tener solo los animales que sean absolutamente necesarios y ni uno más. 

P. ¿Cuántas cepas hay ya conservadas?

R. Nosotros tenemos aproximadamente de 2.600 a 3.000 ratones criopreservados en EMMA. Hay de 5 a 10.000 ratones que se han hecho ya. De esta última hornada hay unos 500 generados (de los 25.000) y nosotros tenemos embriones de estas 120 cepas. Los embriones se conservan en nitrógeno líquido a -196º C, dentro de unos recipientes llamados “pajuelas”, que nos permiten tenerlos en grupos de 20-25 de la misma cepa. Tenemos de 300 a 500 embriones de cada cepa, en distintas pajuelas, en distintos contenedores y en distintos edificios por si hay inundaciones o terremotos. Esto es un archivo para el futuro, para toda la humanidad y para toda la comunidad científica. Y estas cepas son únicas, las que están aquí en Madrid no están en ningún otro sitio del mundo. 

P. ¿Cómo funciona el proceso hasta que llega el ratón mutado a su destino? 

R. Con nuestro sistema, un investigador entra en la web de EMMA y solicita la cepa de ratón que necesita para sus investigaciones. Desde el laboratorio que la tenga le contactarán y le enviarán o bien los embriones cripreservados o bien los revitalizarán y le mandarán los ratones vivos cuando se hayan criado y estén en condiciones para el traslado.

P. ¿Qué pasará cuando se termine de noquear esos 25.000 genes?

R. Queda un mundo por hacer. Para empezar, se necesitan más clínicas de ratones en el mundo para impedir el “cuello de botella”. Por otro lado, lo importante de estos proyectos es su sistematicidad. Aquellos genes involucrados en enfermedades que afectan a mucha gente (como las degenerativas o el cáncer) ya están siendo analizados desde hace muchos años en los laboratorios. La parte importante es la respuesta a toda esa cantidad de enfermedades raras (que afectan a menos de un individuo por cada 2.000 personas). Me atrevo a decir que uno de los beneficios más espectaculares de estos consorcios es que van a dar respuesta a todo este colectivo, que son millones de personas. Hay tres millones de personas en España afectadas por estas enfermedades raras de origen genético, como el albinismo, la fibrosis quística o el síndrome de fragilidad del cromosoma X.

P. Las últimas investigaciones, en las que también participa el CNB, apuntan a que muchas de estas enfermedades tienen relación con una parte del ADN con la que no se contaba hasta ahora… 

R. Del 100% de nuestro genoma, el 95% es ADN “oscuro”, que es una manera noble de referirse al ADN “basura”, aunque los científicos hablamos de ADN intergénico. Si estos 25.000 genes del ratón de los que estamos hablando ocupan un 5%, ¿qué pasa con el resto? ¿Es accesorio? Obviamente no, porque evolutivamente si ha llegado hasta nuestros días es que debe tener alguna función. Hay elementos del ADN oscuro que recién ahora estamos empezando a entenderlos... Por ejemplo, uno podría preguntarse si todos los genes que tienen su función en el hígado están agrupados en el mismo cromosoma, y la respuesta es que no, los genes están mezclados y cuando uno coge un cromosoma de cabo a rabo se encuentra con que hay un gen que se expresa en neuronas del cerebro y es vecino de uno que se expresa en el hígado. ¿Qué impide que un gen que se expresa en el hígado no afecte al gen que está a su lado que tiene que expresarse solamente en la neurona? Precisamente elementos que están en el ADN oscuro y uno de ellos con el que trabajamos nosotros y que se llaman "fronteras". Una vez que llegamos al extremo del gen hay una frontera que indica que a partir de ahí empieza otro territorio. Digamos que hay un policía ahí, una aduana. La primera “frontera” se descubrió en el genoma de pollo en el año 1993, y nosotros caracterizamos una primera de ratón en el año 2003. Pero hay muy pocas conocidas y estamos investigando la presencia de fronteras en todos y cada uno de los genes.

P. ¿Qué función tienen esas “fronteras”?

R. El ADN está plegado y las fronteras tienden a unirse entre ellas para garantizar que esos dos genes, que se expresan en órganos distintos, no se hablen. Esos dos genes no tienen que hablarse porque si no se monta un carajal importante. La relevancia de este ADN oscuro es que hay muchas enfermedades genéticas que tienen que ver con esto. Por ejemplo, en la esclerosis múltiple. Se han estudiado pacientes que no tienen mutaciones en el gen característico sino que tienen una mutación que afecta a una de estas fronteras. Lo que hemos descubierto es que las enfermedades no solo están causadas por lo que hay los genes sino también por lo que hay en el ADN oscuro.

P. ¿Qué alcance tienen estos descubrimientos sobre el ADN oscuro?

R. Primero hemos completado la secuencia del genoma y ahora la medicina se está dando cuenta de que había muchas enfermedades que estaban asociadas a genes de forma errónea. Nosotros acabamos de publicar, el mes pasado, un ejemplo clarísimo de esclerosis múltiple en el que existen dos genes que son vecinos y durante muchos años se consideró que uno de ellos era el causante de la enfermedad. Ahora lo que hemos visto es que entre estos dos genes hay una frontera y la mutación reside en esa frontera, no en el gen. Se nos ha roto la estructura de lazos que mantiene a los territorios aislados de los genes.

P. ¿Qué situación tenemos en España respecto a todas estas investigaciones? 

R. España ha perdido el tren. Y no lo digo yo, lo dice todo el mundo. Veníamos de unas inversiones y un apoyo a la ciencia fenomenales, algo que no se había visto en décadas. Ese trabajo nos habría llevado a la media europea, pero de pronto llegó la crisis y empezaron los recortes. Y a diferencia de lo que han hecho otros países, aquí nos hemos equivocado de cabo a rabo. ¿Qué han hecho Alemania y Francia? Han aumentado el presupuesto. ¿Cuál es el reto actual? Clínicas de ratón. En España hay proyectados dos grandes centros en Barcelona y Madrid y están paralizados. Esto nos pone fuera el mapa europeo. ¿Crees que Europa nos va a esperar?