Genes para pensar y computar

Por ejemplo, hace sólo unas décadas ni un sólo antropólogo hubiese creído que el estudio de nuestra molécula de la herencia, o sea, el ADN, podría arrojar luz acerca de la evolución humana; y los informáticos se habrían desternillado de la risa si alguien les viniese a decir que ha construido un ordenador con ADN. Pero hoy la computación ya no es monopolio de electrones y componentes electrónicos construidos sobre un sustrato de silicio. La próxima revolución de la informática podría estar en la computación con ADN, como ya vaticinó en la década de los noventa uno de los pioneros en este apasionante campo. Nos referimos a Leonard M. Adleman, informático de la Universidad de California en Berkeley, pionero en la
manipulación del ADN orientada a la resolución de problemas matemáticos. Junto a un restringido grupo de científicos aviesos propuso que las moléculas de ácido desoxirribonucléico, con sus secuencias de adenina, guanina, citosina y timina, pueden servir para almacenar información y realizar cálculos con una eficacia que supera a los chips de silicio. Por ejemplo, un gramo de ADN, que ocupa físicamente no más de un centímetro cúbico, puede almacenar la información contenida en mil millones de discos compactos.

Lo que en un principio fue una idea alocada o un divertimento científico ha cobrado forma con el paso del tiempo y asistimos ahora al nacimiento de las primeras máquinas de computación basadas en el ADN. Esta semana, Ehud Shapiro y sus colegas de los departamentos de Ciencias de la Computación y Matemáticas Aplicadas y de Química Biológica, en el Instituto de Ciencias Weizmann (Israel), han presentado un pequeño ordenador compuesto exclusivamente por ADN y enzimas, en concreto, polimersas y ligasas. El ingenio, que aparece descrito en un artículo publicado en el último número del Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ha sido reconocido por el Guinness World Records como el ordenador biológico más pequeño del mundo. En palabras de sus creadores, cada paso computacional aparece protagonizado por dos fragmentos de ADN complementarios (una molécula imput y una molécula softwere) que se unen de forma espontánea. Luego, la molécula softwere hace que una enzima inteligente (una nucleasa) corta por un lugar específico la molécula imput. La enzima, llamada Folk1, da un tijeretazo en dos fragmentos de la doble hélice de ADN, para que la energía almacenada en ellos se libere en forma de calor. De este modo, el propio ordenador genera la energía que precisa para llevar a cabo las tareas computacionales sin necesidad de una fuente energética externa. Durante el experimento, Shapiro pudo constatar que un microlitro de estas moléculas en disolución podría contener hasta ¡3 billones de ordenadores de ADN, que realizarían 66.000 millones de operaciones por segundo! Simplemente, bestial.

La otra investigación genética destacable esta semana concierne a nuestros orígenes evolutivos. Así es, científicos estadounidenses han identificado un gen que podría explicar por qué los humanos somos únicos dentro del reino animal. Un equipo de genetistas molecular liderado por Daniel A. Haber, del Hospital General de Massachusetts (EEUU), asegura en PNAS que el gen humanizador apareció hace entre 21 y 33 millones de años, un momento de la evolución en que los primates adquirieron características más humanas. El gen en cuestión, que ha sido bautizado como es el resultado de la fusión quimérica de dos fragmentos genéticos: el USP32, que es un gen muy antiguo y que se ha conservado a lo largo de la evolución; y el TBC1D3, que deriva de una reciente repetición de segmentos genéticos que está ausente en la mayoría de los mamíferos, salvo en los primates más próximos a los humanos, como los chimpancés, los gorilas y los orangutanes. En éstos, el gen se diseminó de manera muy eficaz, hasta el extremo de que nuestro ADN alberga múltiples copias del TBC1D3.

Esta amplificación genética sucedió, como ya se ha dicho, cuando el linaje de los primates se separa definitivamente del resto de los mamíferos, según señalan los autores de la investigación en el PNAS. No es una coincidencia que los dos genes se fusionaran justo cuando emergió el linaje de los homínidos, hace entre 21 y 33 millones de años. Aunque las huellas del USP32 y elTCB1D3 pueden detectarse en diferentes tejidos corporales, el Tre2 centra su radio de acción en los testículos. Este hecho hace pensar a los expertos que el gen quimera estuvo implicado en algún aspecto de la reproducción de los homínidos y que su rápida aparición contribuyó a crear barreras reproductoras entre los portadores y no portadores del Tre2. Para Haber, estas barreras sexuales podrían haber jugado un papel importante en la especiación que ocurrió entre los primates y, eventualmente, en la aparición de los caracteres propios de los humanos.