La cantidad de avances que se han venido dando en los distintos aspectos en los cuales se desenvuelve la humanidad son directamente proporcionales a la cantidad de conocimiento que se tiene y se genera sobre un tema en particular. Es así como el crecimiento sostenido de estos conocimientos reorganiza una y otra vez la forma en que se ha sistematizado la ciencia. Antiguamente los esfuerzos para generar el mayor conocimiento posible se centraban en todas aquellas aproximaciones que permitían un mejor entendimiento de lo que era el ser humano y su ubicación en el universo, además de la función que éste tenía durante su vida, fue así como la organización de los conocimientos generados logró consolidarlos bajo el concepto de filosofía (aun se mantienen reminiscencias de considerar la filosofía como máxima expresión del conocimiento del ser humano, al seguir otorgando como máximo título académico en cualquier área del conocimiento el título de Ph. D. o Doctor en Filosofía). La curiosidad del ser humano por entenderse a sí mismo se amplió a los esfuerzos por entender el entorno en el cual se desenvuelve, bien sea por el conocimiento de minerales, o de plantas o de animales, es así como surgen los naturalistas. Esta área del conocimiento fue acumulando grandes cantidades de nociones, datos e ideas que hizo necesario separar el estudio de los minerales del estudio de los seres vivos, surgiendo el concepto de biología. De manera similar, la biología acumuló tal cantidad de conocimiento que se hizo impráctico manejarlos todos bajo un solo concepto y por tanto hubo necesidad de dividir la biología según el área del conocimiento, surgiendo de esta manera numerosos conceptos, muchas veces imbricados, tales como zoología, botánica, morfología, anatomía, histología, citología, patología, etología, ecología, embriología, genética, microbiología, biología molecular, etc. La biología molecular, la cual surge mediante la complementación de conceptos de la biología y la bioquímica, aborda el estudio de los seres vivos a partir de las macromoléculas que constituyen las células. Toda molécula existente en una célula proviene de las moléculas heredadas de su célula madre, o de la nutrición celular o de la capacidad que tenga la célula de formar nuevas moléculas. En términos cuantitativos, en una célula son muchas más las moléculas formadas por sí misma, que las heredadas por la célula madre o que las que provienen de la nutrición celular. Toda molécula que sea formada por la célula tendrá su origen en la información codificada en el ADN que posea, es por esta razón que no existe una clara distinción entre la biología molecular y la genética como disciplinas que se desenvuelven dentro de la biología. El flujo de información que se da en la célula a partir del ADN es lo que se conoce como dogma central de la biología molecular, el cual puede representarse de la siguiente manera:
El ADN posee una información que finalmente determinará el fenotipo de dicha célula. Este fenotipo vendrá dado por las proteínas y metabolitos que la constituyan. Definiendo un organismo pluricelular como la suma de muchísimas células, puede afirmarse que el ADN que existe en una célula será el que determine en un alto grado el fenotipo de dicho individuo, definiendo fenotipo como toda característica medible que le dé identidad a dicho individuo. Esta información contenida en el ADN, para finalmente determinar un fenotipo, debe pasar por dos procesos a nivel molecular: la transcripción y la traducción. La transcripción es el proceso de lectura que hace una enzima denominada ARN polimerasa sobre un segmento de la molécula de ADN (llamada gen) para sintetizar una molécula de ARN. En organismo eucariontes, este ARN debe ser celularmente “editado” para eliminar secciones que fueron transcritas del ADN que no serán utilizadas en el siguiente proceso de la traducción. Adicionalmente, en este proceso de “edición celular”, el ARN es marcado con grupos metilo y adición de moléculas de adenina para que la célula lo identifique como una molécula propia, y no como una molécula de ácido nucleico exógena (en cuyo caso podrían activarse mecanismos celulares para eliminar dicha molécula). La molécula de ARN, luego de haber sufrido los cambios post-transcripcionales que se mencionaron, está lista para traducirse. El ARN lleva un mensaje general en lenguaje nucleotídico, en los que las letras son adenina, timina, citosina y guanina. Este mensaje está a su vez constituido por muchísimos pequeños mensajes, constituidos por alguna de las 64 posibles combinaciones que se pueden formar al agrupar las “letras” adenina, timina, citosina y guanina de tres en tres. Estos mensajes son leídos por los ribosomas, y por cada mensaje van colocando uno de los 20 aminoácidos esenciales (los cuales están presentes en la célula bien sea por nutrición, o por síntesis previa). Una vez que ha concluido la traducción, se tendrá una serie de aminoácidos en distintas cantidades en un orden establecido por los mensajes que lleva el ARN, los cuales fueron determinados por el proceso de transcripción del ADN. Este arreglo de aminoácidos son las proteínas, las cuales tienen un efecto directo sobre el fenotipo celular, o como se dijo anteriormente, sobre el fenotipo del individuo. Su efecto sobre el fenotipo es explicado por las funciones que puedan tener las proteínas en la célula: pueden tener una función estructural o pueden tener una función metabólica. Al tener función estructural, estas proteínas serán las que solas o en conjunto con otras macromoléculas definirán la conformación física de la célula; al tener una función metabólica, estas proteínas llamadas enzimas, tendrán la capacidad de actuar sobre determinado sustrato provocando determinada reacción química que permita la transformación de ese sustrato en un molécula que tenga funciones dentro de la célula, bien sea directamente, o como un nuevo sustrato para una nueva reacción metabólica. Estas moléculas que son producto de la acción enzimática sobre un sustrato, son los denominados metabolitos, son las moléculas resultantes del metabolismo.
Partiendo del conjunto de moléculas o partes de éstas que conforman una célula, y conociendo que la raíz lingüística latina “’oma” significa conjunto, surgen los términos de genoma (conjunto de genes), transcriptoma (conjunto de transcriptos, o conjunto de ARNs), proteoma (conjunto de proteínas) y metaboloma (conjunto de metabolitos). De esta manera surgen también los conceptos de genómica como el estudio del genoma, transcriptómica como el estudio del transcriptoma, proteómica como el estudio del proteoma, y metabolómica como el estudio del mataboloma. Viéndolo en conjunto, el fenotipo de un individuo será el resultado de las proteínas estructurales y de los metabolitos presentes en la célula, siendo los metabolitos consecuencia de la acción enzimática; esa acción enzimática se produce por enzimas que proceden del proceso de traducción, el cual fue la lectura del mensaje del ARN, que traía el mensaje del ADN. Es decir, el fenotipo definitivamente viene dado por la información contenida en el ADN. Es por esta razón que la genómica, la transcriptómica, la proteómica y la metabolómica son disciplinas que se encuentran asociadas a la genética.
El genoma, el transcriptoma, el proteoma y el mataboloma son de una gran riqueza y diversidad dentro de una especie, y por supuesto, entre especies. Cuando se quiere identificar algún gen, algún ARN, alguna proteína o algún metabolito asociado a cierta característica de interés, no es nada sencillo poder identificar ese gen, ARN, proteína o metabolito; por tal razón todas estas disciplinas ómicas deben apoyarse en la bioinformática para poder analizar grandes volúmenes de datos de gran complejidad.
La genómica, a diferencia de las otras tres ómicas, es absolutamente independiente del ambiente debido a que su objeto de estudio es el genoma, el cual no depende del momento de desarrollo del individuo sobre el que se haga el estudio ni de la parte del cuerpo del cual se tome la muestra, ni mucho menos del ambiente en el cual se desarrolle el individuo. El genoma en un individuo será en condiciones normales absolutamente estático durante toda la vida del individuo y en todas las células que lo conforman. De forma general se puede clasificar la genómica en funcional y comparativa. La genómica funcional busca la secuenciación de cada uno de los genes de un individuo, es decir, busca determinar el mensaje nucleotídico que conforma cada uno de los genes. La genómica comparativa busca las similitudes y diferencias que existen entre los genes y entre las secuencias de genes comunes que existan entre distintos individuos.
La transcriptómica, así como la proteómica y la metabolómica, sí deben considerar tanto el ambiente en que se desarrolla un individuo, así como la etapa de desarrollo y la ubicación de la célula de donde se tomen las muestras. Al considerar que la transcriptómica estudia el conjunto de ARNs presentes en las células, es necesario considerar que dependiendo del ambiente, etapa de desarrollo y ubicación celular el transcriptoma será distinto. El transcriptoma es el conjunto de moléculas de ARN que son consecuencia del proceso de transcripción, y éste proceso no se da sobre toda la molécula del ADN a un mismo tiempo, se da sobre los genes que tienen codificado el mensaje para una proteína que se requiera bajo condiciones ambientales en particular, en un etapa de desarrollo particular y en un tejido particular. La transcriptómica debe también afrontar el hecho de los denominados cambios post-transcripcionales: no todo el mensaje que se transcribe del ADN será finalmente traducido por los ribosomas, ya que se da un proceso de edición celular donde son eliminadas varias secciones del trascripto primario.
La proteómica estudia la estructura y función de las proteínas. Al estudiar la estructura debe abordar la secuencia de aminoácidos que la integran y la forma como estos se enlazan entre sí a lo largo de la cadena, al estudiar la función debe abordar si tienen una función metabólica (enzimas) o estructural. Al igual que la transcriptómica, debe considerar el hecho que el proteoma será sumamente dinámico durante la vida del individuo, no se requieren las mismas proteínas a los 5 días de nacido, que a los 15 años de edad (diferencias temporales); y de forma análoga, no se requieren las mismas proteínas en la raíz de una planta que en las hojas de esa misma planta (diferencias espaciales).
La metabolómica aborda la estructura y función de los componentes de bajo peso molecular denominados metabolitos. Un abordaje integral de la metabolómica debe estudiar la reacción bioquímica que le da origen, tanto el sustrato como la enzima que actúa sobre él. Adicionalmente debe estudiar la función de este metabolito en el funcionamiento de la célula y del individuo. El metaboloma, al igual que el transcriptoma y el proteoma, será sumamente dinámico en la vida de un individuo.
A nivel molecular, son los metabolitos los que definirán el fenotipo de un individuo. Estos metabolitos se formarán según la presencia o no de ciertas proteínas llamadas enzimas. Estas enzimas solo estarán presentes en la célula si una determinada molécula de ARN es traducida dentro de la célula. Y esta molécula de ARN solo estará presente si se dio el mecanismo de transcripción de la información de ADN. Si no existe esta información en el ADN no podrá darse la transcripción de ese gen por lo tanto no se dará la enzima que actúe sobre un sustrato particular para formar cierto metabolito. Todo atributo medible en un organismo tendrá la misma aproximación: atributo dado por metabolito, con metabolito formado por reacción enzima-sustrato, con enzima producto de la lectura del mensaje que trae el ARN, y ARN producido por la transcripción de uno de los millones de mensajes contenidos en el ADN. Es por esto que se considera que todo lo que somos los seres vivientes dependerá de la información contenida en esta molécula de ácido desoxirribonucleico, información que variará de especie a especie, pero también entre individuos de una misma especie. Es la información contenida en el ADN lo que hace único a un individuo que haya vivido o viva en nuestro planeta.
Ing. Agr. Hernán E. Laurentin T. (MSc., Ph.D.)