En la primera parte de este artículo vimos cómo se ha construido un poderoso mito alrededor del ADN basura, un mito que lleva al negacionismo científico. Comenzábamos nuestro “épico” intento de desmontarlo explicando que la selección natural es incapaz de mantener un genoma grande totalmente funcional, y que el ADN basura no fue un parche de ignorantes sino una predicción realizada con las matemáticas de la teoría evolutiva.

ADN basura no equivale a ADN no codificante

El segundo gran malentendido es la ubicua confusión entre ADN no codificante y ADN basura. Recordemos que el ADN no codificante es aquél que no contiene información que será traducida por la célula a secuencias de proteínas. Sabemos hoy en día que alrededor del 98% del genoma humano consiste en este tipo de ADN.

Cuando la típica noticia dice “se ha encontrado algo estupendo en una región del genoma que antes se creía basura”, lo que quiere decir casi siempre es que se han encontrado algo estupendo en una región de ADN no codificante.

Pero no son lo mismo. El ADN basura no tiene utilidad, no puede tenerla por definición. El ADN no codificante puede tener diversas funciones, y esto se sabe desde hace casi medio siglo.

Se podría responder: bien, de acuerdo, pero no seamos cínicos; se trata de enfatizar que, durante mucho tiempo, los genetistas creyeron que todo el ADN no codificante era basura, sin excepción. El problema es que esa historia no es cierta. Semejante opinión nunca estuvo extendida en la comunidad científica. Los biólogos descubrieron funciones reguladoras en el ADN no codificante antes (años 60), durante (años 70) y después (80, 90…) de la consolidación del ADN basura como hipótesis. La “creencia” en el ADN basura no parece haber obstaculizado en ningún momento la investigación sobre la regulación genética. En todo momento la compatibilidad fue total.

Veamos el caso de los intrones. Son secuencias no codificantes que están en medio de genes que sí son codificantes. En nuestra especie, el típico gen con información para sintetizar una proteína está interrumpido por varios intrones, a veces larguísimos. Después de que el ADN se transcribe a ARN, las secuencias correspondientes a los intrones son cortadas y no se tienen en cuenta para fabricar la proteína.

Los intrones constituyen casi el 30% de nuestro genoma. Se descubrieron en 1977 y nadie sabía por qué existían o si contenían algo interesante. El mito dice que fueron “inmediatamente y universalmente considerados basura genómica” pero, como muestra T. Ryan Gregory, eso no fue así. Lo que abundaba era justo la opinión contraria, el “aquí tiene que haber algo”. Los científicos especularon con la utilidad oculta de los intrones desde el principio, buscaron secuencias reguladoras en su interior y realizaron interesantes experimentos para detectarlas. Si realmente hubo algunos extremistas defendiendo la inutilidad absoluta de todo el ADN de los intrones, no parece que influyeran demasiado en la opinión y en las investigaciones de sus colegas.

Hoy sabemos que, como sospechaban los genetistas de hace décadas, los intrones contienen mucha chatarra y algunas secuencias funcionales. El “gen de los ojos azules” es una variante de una secuencia reguladora que pertenece a un intrón. La variante más común está asociada con los ojos marrones y está conservada por la selección natural. La que da ojos azules cuando está en doble dosis ha sido, además, promocionada por la selección positiva durante los últimos milenios en algunas poblaciones humanas. Es solo un ejemplo de las muchas secuencias interesantes que se han encontrado formando parte del ADN no codificante… al lado de montones de ADN basura.

¿Qué es función biológica?

El tercer gran malentendido surge del Proyecto ENCODE y su concepto de función. ENCODE es, supuestamente, una enciclopedia de elementos funcionales del genoma humano pero, aquí viene el truco, ha definido “elemento funcional” a su manera..

La función biológica no es un asunto sencillo, filosóficamente hablando. Sin embargo, se suele entender que algo es funcional si tiene un efecto seleccionado. Simplificando, si una secuencia de ADN tiene un efecto que esté siendo conservado o promocionado por la selección natural, entonces es funcional. ¿Por qué usar éste y no otro criterio? Primero, porque la teoría evolutiva es la gran unificadora en la ciencia de los seres vivos (nada tiene sentido en biología si no es a la luz de la evolución) y segundo, porque otros conceptos de función no generan fácilmente hipótesis testables y por tanto científicas.

ENCODE ignora esta noción evolutiva y se saca de la manga otra completamente distinta. Para ENCODE, una secuencia de ADN es funcional si tiene “actividad bioquímica específica”. Por ejemplo, si una secuencia de ADN es transcrita, generándose una molécula de ARN, contará como funcional aunque luego ese ARN esté presente en cantidades minúsculas y se degrade sin realizar ninguna tarea dentro de la célula. Otro ejemplo: si una secuencia de ADN es reconocida por ciertas proteínas, que se adhieren a ella, también contará como funcional para ENCODE; incluso aunque tal interacción no provoque ningún tipo de efecto relevante en la célula.

El problema es que es esperable que esa “actividad bioquímica específica” también la presente el ADN basura. Por el puro azar, por las huellas o restos de su historia evolutiva, e incluso por el ruido y el caos bioquímico del interior de las células, un ADN completamente inútil puede adherirse de forma inútil a diversas moléculas, puede ser transcrito a ARN inútil o puede ser incluso, a veces, traducido a proteínas inútiles.

Toda esta actividad absurda, este derroche, este caos, no es lo que muchos tienen en mente cuando se imaginan el funcionamiento de la célula. Tanto para quien cree en una creación inteligente como para el que se imagina una selección natural todopoderosa, este escenario chapucero resulta chocante e incluso ofensivo. Pero la vida es así, y quizá no pueda ser de otra manera.

Si fabricamos secuencias totalmente aleatorias de ADN sintético también obtendremos esa “actividad bioquímica específica” que la propaganda del ENCODE ha vendido como algo inesperado y apasionante. Imaginad la siguiente inocentada: alguien crea un genoma completamente aleatorio como el que propone Sean R. Eddy y consigue colárselo al Proyecto ENCODE como si fuera un genoma real para que lo estudie. ¿Cómo serían los resultados? ¿Descubrirían un gran porcentaje de ADN con “funciones esenciales” para un organismo inexistente? ¿quizá otro gigantesco “panel de control”? La selección natural no fue el único concepto básico que desatendieron; también se les escapó el azar.

La carga de la prueba

Ya hemos visto que el ADN basura no es aquél que no sabemos para qué sirve, sino aquél que realmente no sirve para nada. Si algún buen lector sigue encontrando “arrogante” esta proposición, puede que estemos en presencia de un cuarto malentendido, que tiene que ver con la carga de la prueba.

Cierta tendencia a idealizar la naturaleza a veces nos conduce a creer que los seres vivos están optimizados a la perfección y que cualquier pequeño detalle biológico ha de ser necesario y esencial. Es fácil entonces ver el ADN basura como una bravuconada, una cuñadez, una afirmación extraordinaria que debe rechazarse, o al menos ser revisada con la misma desconfianza con la que examinaríamos una máquina de movimiento perpetuo o una demostración de percepción extrasensorial.

En realidad, la visión de los organismos como máquinas perfectas donde cada elemento es imprescindible no puede apoyarse en la teoría evolutiva y carece de base científica. Aunque resulte poco intuitivo, la ausencia de función no solo es a veces perfectamente razonable, sino que en muchos casos debe ser la hipótesis que se plantée por defecto.

Imaginemos que estudiamos una secuencia concreta, una pequeña porción del genoma específica. ¿Cómo averiguamos si es basura o no? Es imposible, podría argumentarse. Que no seamos capaces de encontrarle una función no significa que no la tenga. Quizá su utilidad se nos escape siempre, por mucho que investiguemos. En cierto experimento se extirpó una gran porción de ADN no codificante en el genoma de unos ratones. Los animales así “mutilados” se desarrollaron bien y aparentemente no presentaban diferencias con el resto. Todo apuntaba a que la porción eliminada era ADN basura. Pero ¿y si los ratones manipulados tenían una desventaja demasiado sutil? ¿Y si solo se manifestaba en el medio natural, fuera de las condiciones del laboratorio? Esos ratones, como reconocieron los propios autores, quizá tuvieran alguna anomalía no revisada. ¿Estamos ante un problema irresoluble?

No, salvo que seamos poco realistas y exijamos seguridad absoluta. Si una porción de ADN no contiene nada similar a genes ni a secuencias reguladoras conocidas, y además puedes eliminarla sin causar defectos evidentes, entonces probablemente es ADN basura. No habrá certeza total, pero tampoco una posición inamovible o dogmática. Lo que ocurre es que la carga de la prueba la tiene quien afirme, contra los indicios, que existe una función oculta en esa secuencia. Es quien debe hacer el esfuerzo de aportar evidencias.

Recordemos, además, que la selección natural debe estar actuando sobre una secuencia para que pueda hablarse propiamente de función biológica. Gracias a los avances en genómica y bioinformática, los científicos comparan masivamente genomas de muchas poblaciones y especies (¡extintas, en ocasiones!). Cada vez resulta más fácil estudiar la evolución de esa secuencia; saber su está o no conservada, si muestra señales de selección o si, por el contrario lleva millones de años cambiando a la deriva, de forma neutra.

Si algo grazna como un pato, nada como un pato, camina como un pato… no tachemos de arrogante a quien lo llama “pato”. Cuando una secuencia parece basura y evoluciona justo como corresponde al ADN basura, entonces muy probablemente es ADN basura. Ésta es la hipótesis por defecto. Quien proponga lo contrario tiene dos trabajos: probar la existencia de una función y explicar la razón de tan extraño y engañoso comportamiento evolutivo.

El test de la cebolla

El negacionismo del ADN basura viene en distintos colores y grados. La postura de algunos es confusa: claramente están incómodos pero no dejan claro exactamente por qué; quieren redefinir el concepto de alguna forma, cambiarlo de nombre o que se deje de hablar del asunto. El negacionista típico cree que el genoma es funcional en un porcentaje cercano al 100%; admite que podría haber una pizca de ADN inútil pero nunca el enorme porcentaje que suele estimarse. Esto implica rechazar (pocas veces desde el conocimiento) el desarrollo teórico que llevó a descubrir el ADN basura. Algunos sostienen que el “mal llamado” ADN basura posee, en realidad, alguna función general, universal.

El test de la cebolla es un famoso desafío para ellos planteado por T. Ryan Gregory. Si el ADN basura tiene en realidad una función universal, ¿por qué la cebolla (Allium cepa) necesita, para realizar esa función, cinco veces más ADN que un ser humano? Y, a su vez, ¿por qué unas especies cercanas de Allium, el género de la cebolla, necesitan casi 5 veces más ADN que otras?

Gregory escogió la cebolla pero es solo un ejemplo posible entre miles. Los genomas de distintos seres vivos tienen tamaños extraordinariamente diferentes que no guardan proporción con la complejidad del organismo. Una hormiga, insecto social, puede tener el doble de genoma que una abeja, otro insecto social. Las especies de salamandras tienen entre 4 y 35 veces más ADN que nosotros. Cierta ameba, no mucho más compleja que uno de nuestros miles de millones de glóbulos blancos, supera nuestro genoma en 200 veces. Un pez pulmonado tiene un genoma casi 40 veces más grande que el Homo sapiens y más de 300 veces mayor que el de un pez globo. Una planta con flor, Paris japonica, tiene un genoma más de ¡2400 veces! mayor que otra planta con flor, Genlisea aurea.

Las razones de estas descomunales y aparentemente caprichosas diferencias no se conocen aún completamente. Sin embargo, gran parte y probablemente el meollo del asunto se explica acudiendo a fenómenos biológicos bien conocidos:

Las mutaciones espontáneas duplican segmentos de ADN con una frecuencia muy alta. En las poliploidías, que muchas veces han surgido por hibridación entre especies, se multiplican los genomas (y por tanto se multiplica la gran fracción de ADN basura). Los genes así repetidos son a menudo prescindibles; dejan de ser conservados por la selección darwiniana y evolucionan hacia la degradación. Ciertas infecciones víricas y la proliferación de elementos móviles pueden incrementar el ADN drásticamente, sobre todo en periodos en los que la población se ha reducido y la selección natural es poco eficaz. Millones de estas secuencias de ADN parasitario infestan los genomas. Con el tiempo, la mayoría acaban siendo inutilizadas por mutaciones y convirtiéndose en reliquias que evolucionan a la deriva.

Las deleciones por otra parte, son mutaciones que eliminan secuencias de ADN. Ciertas especies parecen tener un sesgo interno en favor de las deleciones y esto, junto con la selección natural, ayuda a explicar por qué algunos organismos han miniaturizado el genoma durante su evolución, conservando el número habitual de genes típicos pero eliminando chatarra a mansalva.

Efectivamente, se trata de fenómenos implicados en la producción y eliminación de ADN basura. Si sostenemos que el 100% del genoma es funcional, la tremenda diversidad en el tamaño de los genomas que existe en la Tierra se convierte en un misterio científico sobrecogedor.

El test de la cebolla nos recuerda que hay una formidable variación en el mundo vivo y que no tenemos el menor indicio de que el genoma humano sea especial o radicalmente distinto al resto. Cualquier especulación salvaje sobre “paneles de control” o “millones de funciones” debe poder aplicarse también, y con todas las consecuencias, a la humilde cebolla, al murciélago, a la ameba o a la plantita carnívora. De lo contrario, estaríamos cayendo en un quinto error: el antropocentrismo.

¿Qué hay en el genoma?

Veamos, para terminar, algunos datos sobre la composición del genoma humano. Un 9% de nuestro genoma consiste en virus defectivos (estropeados, “muertos”). Alguna que otra vez, la evolución ha convertido ADN de origen vírico en una secuencia funcional, útil para el organismo, pero se trata de acontecimientos muy raros. Ese nueve por ciento procede de antiguas infecciones, son como restos en descomposición y probablemente siguen ahí porque no resultan perjudiciales.

Un impresionante 44% del genoma está hecho de transposones defectivos. Los transposones son elementos genéticos móviles descubiertos por la premio Nobel Barbara McClintock. “Saltan” en los cromosomas e insertan copias de sí mismas. Se trata casi siempre de secuencias parásitas. De nuevo, en algunas ocasiones, mutaciones surgidas en un transposón o provocadas por éste han dado lugar a funciones útiles. Ojo: solo un 0,05% de nuestros transposones pueden funcionar como tales. El resto ya no puede saltar; están “muertos” y la evolución molecular degenera sus secuencias progresivamente. Hay que decirlo otra vez: ¡son el 44% de nuestro genoma!

Los intrones (casi el 30% del genoma, como ya vimos) consisten principalmente en ADN que no está evolutivamente conservado, que carece en su mayor parte de funciones conocidas y que está plagado de transposones.

Los pseudogenes constituyen un modesto 1% del genoma del Homo sapiens (pero puede que una proporción mucho mayor en una bacteria como la Rickettsia). Una vez más se trata de secuencias cadavéricas. Antaño fueron genes codificantes clásicos, pero la selección natural los abandonó y quedaron inutilizados por las mutaciones. Desde entonces, su secuencia se desbarata acumulando cambios al azar. Un ejemplo es el gen GLO, necesario para sintetizar vitamina C, que se fastidió en el linaje de los antropoides. GLO es ahora un pseudogén sin función alguna y, como consecuencia, podemos padecer escorbuto.

Se conocen relativamente bien muchos otros elementos y tipos de secuencias en nuestro genoma. Están los genes que codifican proteínas y RNAs, las secuencias reguladoras, los telómeros, el ADN satélite… L. A. Moran tiene este post clásico sobre el asunto. En él encontraréis estimaciones conservadoras acerca de las cantidades de ADN basura y su localización.

La creencia en un genoma inexplorado y prácticamente desconocido forma parte necesaria del mito del “tesoro en el vertedero”. Este es el sexto error: el adanismo. Creer que partimos de cero, ignorar el progreso previo. Sin duda hay mucho por averiguar y las sorpresas están garantizadas, pero no debemos desdeñar la investigación acumulada. El ADN basura encaja confortablemente con todo ese conocimiento. De hecho, está bien fundido con éste; forma parte del armazón. Quien pretenda extirparlo lo tiene muy crudo, científicamente hablando. Y, sin embargo, ¡triste paradoja! su mala fama y el mito del tesoro en el vertedero durarán aún muchos años.

Este post ha sido realizado por @Paleofreak y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.