El Proyecto Genoma Humano situó a la información genética como protagonista del cierre del milenio. Sin embargo, detrás de este dinámico episodio un nuevo campo comenzaba a ganar terreno con pasos de gigante, obligando a la información genética a compartir protagonismo con un nuevo tipo de información hereditaria: la epigenética.

El descubrimiento de un nuevo mundo de posibilidades en el área de la genética ha comenzado. Desde hace un tiempo, un gran número de observaciones experimentales están indicando que la secuencia de bases en el ADN no lleva por sí sola toda la información necesaria para determinar las características (el fenotipo) de un organismo. Con esta hipótesis revolucionaria, ha nacido una nueva rama de la ciencia: la epigenética.

Actualmente, la epigenética es definida como la ciencia que estudia los cambios en caracteres hereditarios que tienen lugar sin que hayan sido generados por cambios en la secuencia de bases del ADN. ¿Cómo puede pasar esto? La diferencia entre genética y epigenética puede compararse con la diferencia que existe entre escribir y leer un libro. Una vez que el libro ha sido escrito, el texto (los genes o la información almacenada en el ADN) será el mismo en todas las copias que se distribuyan entre los lectores. Sin embargo, cada lector podría interpretar la historia del libro de una forma ligeramente diferente, con sus diferentes emociones y proyecciones que pueden ir cambiando a medida que se desarrollan los capítulos. De una forma muy similar, la epigenética permitiría diferentes interpretaciones de un molde fijo (el libro o código genético) y resultaría en diferentes lecturas (fenotipos), dependiendo de las condiciones variables del ambiente y las circunstancias en las que se interprete el molde. Entonces, un mecanismo epigenético puede ser entendido como un sistema complejo para utilizar selectivamente la información genética, activando o desactivando diversos genes funcionales (Fig. 1).

Figura 1: Desde un único genoma, los mecanismos regulatorios epigenéticos logran un sinfín de posibles epigenomas, permitiendo al organismo, y posiblemente a su descendencia, adaptarse a condiciones ambientales cambiantes.

"La genética propone, la epigenética dispone" (entre Darwin y Lamarck)

Sin oponerse a la teoría evolutiva de Darwin de la selección natural, según la cual una mutación del ADN confiere ventajas evolutivas a un organismo (el darwinismo se basa en la capacidad diferencial de reproducción que tiene ese individuo portador de la mutación), ni adhiriendo estrictamente a la evolución dirigida propuesta por Lamarck en la que los organismos eran formas estáticas creadas por Dios con capacidad de evolucionar "a voluntad", la epigenética se abre paso entre estas dos teorías revalorizando —en una especie de neolamarckismo— el hecho de que algunos caracteres adquiridos durante la vida de un organismo se pueden heredar, pero sin perder el pilar de la teoría darwiniana de la evolución. En verdad, esta nueva teoría tiene un gran sentido evolutivo. Afirma que los genes son la información básica, la materia prima, pero es necesario que se modulen de alguna manera para responder a ambientes o influencias particulares, y parecería lógico que las adaptaciones resultantes pudieran transmitirse a la siguiente generación. Es decir, la secuencia de sus genes no cambia, pero la expresión de ellos lo hace sin duda, y sería normal que algo pasara a la descendencia preparándolos para el entorno en que les tocará vivir.

De esta forma, las adaptaciones adquiridas por una generación son transmitidas a la descendencia.

Genética versus epigenética

Las mutaciones en el ADN son transmitidas a la progenie generando, por medio de la selección natural y tras un largo tiempo, nuevas especies. En cambio, en la expresión epigenética, las variaciones en la estructura y en la accesibilidad al ADN modulan las funciones del genoma. Algunas de estas modificaciones epigenéticas (alteraciones en las bases del ADN por adición de grupos químicos) y cambios en la cromatina pueden persistir por varias generaciones (pueden ser heredados). De este modo, la cromatina, es decir, el conjunto del ADN y de las proteínas asociadas de los cromosomas del núcleo celular, ahora aparece como un sistema de almacenamiento de información que puede ser reordenado en respuesta a señales ambientales (Fig. 2).

Figura 2: En la expresión génica, las mutaciones del ADN generan nuevas especies. Por el contrario, en la expresión epigenética, variaciones en la estructura y acceso al ADN modulan el uso del genoma, reordenándolo en respuesta a señales ambientales.

Metilación, el candado de la información

La metilación del ADN es un mecanismo por el cual se adiciona un grupo metilo en puntos específicos del ADN (o de las proteínas asociadas) generando un silenciamiento del mismo. Para entenderlo mejor, podemos imaginar a este grupo metilo como un candado que cierra ese sector del ADN imposibilitando el uso de esa información. Este es un proceso dinámico, las secuencias no metiladas pueden ser metiladas y los grupos metilo pueden perderse, es decir, el patrón de metilación puede cambiar sustancialmente durante el estado de desarrollo del individuo o con variaciones en las condiciones ambientales, actuando como candados que se abren y se cierran permitiendo o no el acceso a la información, generando de esta manera las diferentes "interpretaciones" de ese libro de texto que habíamos propuesto anteriormente.

Además de ser una de las principales herramientas de "modelado" epigenético, la metilación tiene implicancias en otros eventos de gran importancia. En efecto, desde el punto de vista evolutivo, la variabilidad generada por estos mecanismos epigenéticos amplía la variabilidad genética de las poblaciones ya que estos mecanismos potencialmente reversibles generan individuos más "flexibles", capaces de adaptarse a condiciones ambientales cambiantes.

La epigenética y el ambiente

Todos los organismos vivos son afectados por su medio ambiente y por ello deben adaptarse para sobrevivir. Muchas de las respuestas que generan son fisiológicas y están diseñadas para superar un esfuerzo temporal. Sin embargo, otras generan cambios genéticos o epigenéticos que pueden ser transmitidos a las generaciones siguientes. Un claro ejemplo de ello ocurre en el Reino Vegetal, aunque las plantas no tienen sistema nervioso ni cerebro, sus células tienen la habilidad de memorizar los cambios estacionales. Trabajos realizados en plantas demuestran que los patrones de metilación se modifican de manera dinámica en respuesta a condiciones ambientales productoras de estrés. Sin embargo, algunas de las modificaciones pueden ser estables, es decir, pueden ser guardadas como memoria de ese estrés y ser heredadas, ayudando a las plantas frente a estreses posteriores.

Conclusiones y perspectivas

En los últimos años ha habido grandes avances en el conocimiento de cómo la metilación del ADN afecta diversos procesos, como por ejemplo, la regulación de la expresión del ADN, la estructura de la cromatina y la estabilidad del genoma. Es por ello que resulta de vital importancia determinar las funciones precisas de esta gran maquinaria encargada de crear y mantener la plasticidad de los genomas. Dado que los mecanismos epigenéticos pueden estar influidos por factores ambientales, se ha sugerido que constituyen una forma de respuesta del organismo al medio a través de cambios en la expresión génica. Asimismo, debido a que los cambios epigenéticos son reversibles, el diseño de estrategias de aprovechamiento de este conocimiento abre un nuevo abanico de posibilidades para la biotecnología que, sin dudas, cambia nuestra percepción del funcionamiento del genoma. El entendimiento de estos procesos podría revolucionar a la biología molecular, evolutiva y del desarrollo, y afectar así a la práctica de áreas tan diversas como la medicina o la agricultura.

Juan Manuel Rodrigo es becario del CONICET en el Laboratorio de Biotecnología Vegetal del Centro de Recursos Naturales Renovables de la Zona Semiárida.