El dogma central de la biología molecular

Al oír la palabra biología, mucha gente se imagina un campo científico muy complejo y difícil de entender. Y no se equivocan. Sin embargo, gran parte de la biología tal y como la conocemos hoy en día, o el campo que llamamos biología molecular, parte de un concepto muy sencillo que se llama “el dogma central de la biología”. Hay que admitir que el nombre tiene bastante gancho. 

El dogma central de la biología, o su primera versión, se originó en 1957 de la mano de Francis Crick [1]. Es la teoría que explica cómo funciona la vida, desde diminutas bacterias, pasando por animales y plantas, hasta los seres humanos. Hay diferencias entre los distintos organismos pero el concepto es el mismo para todos los organismos. En el post hablaremos sobre seres humanos, simplemente porque es más fácil de imaginar para la mayoría de la gente. 

Nuestros cuerpos están hechos de células. Las células forman nuestros huesos, músculos, cerebro, etc. Las células de distintas partes del cuerpo pueden ser muy distintas unas de otras (pero esto es muy complejo, así que es mejor explicarlo en otra entrada!). Sin embargo, todas las células comparten algunos elementos básicos. Uno de estos elementos es el núcleo, donde se encuentra el ADN. 

Toda la información que un organismo necesita para funcionar se encuentra en las moléculas de ADN (o ácido desoxirribonucleico), de modo que puedes pensar en esta molécula como si fuera el manual de instrucciones de las células. Es un código escrito en un alfabeto de cuatro letras que es suficiente para mantener todas las formas de vida que conocemos hasta el momento. 

Antes de poder interpretar la información en el ADN, la célula necesita cambiarlo a algo distinto, un formato más “accesible” para ella: el ARN (o ácido ribonucleico). La transformación de ADN a ARN se llama transcripción.  Entonces, el ARN sale del núcleo (recuerda que es aquí donde estaba el ADN) y es leído por pequeñas moléculas que llamamos ribosomas, y también se encuentran dentro de la célula. Los ribosomas se encargan de fabricar proteínas siguiendo las instrucciones del ARN. El proceso de producción de las proteínas se llama traducción, y se puede entender literalmente como traducir información de un lenguaje (el lenguaje del ADN y el ARN) a otro (el lenguaje de las proteínas). El lenguaje de las proteínas incluye 20 letras que se llaman aminoácidos. Las proteínas son las moléculas que realmente hacen funcionar las células. Por ejemplo, nuestros músculos se contraen gracias a la acción de dos proteínas: la actina y la miosina. 

Cuando fue concebido, el dogma central de la biología molecular supuso una revolución que cambió cómo entendíamos la vida hasta el momento[1]. Por primera vez, los científicos entendieron la relación entre las moléculas (ADN, ARN y proteínas) que habían visto dentro de la célula, pero cuya función no estaba clara. Sin embargo, esta teoría inicialmente supuso muchas cosas que no estaban comprobadas experimentalmente, y hoy en día sabemos que este proceso es mucho más complejo que la versión simplificada que os hemos contado aquí. 

Una de las suposiciones que ya mencionó Crick, pero que no pudo ser demostrada en aquella época [1], fueron los retrovirus (por ejemplo el virus del SIDA, o el Síndrome de la Inmunodeficiencia Adquirida). Estos virus usan el ARN como material genético básico (como si fuera nuestro ADN), y copian la información contenida en la molécula de ARN en una molécula de ADN. Este proceso se llama transcripción inversa [2]. Esta estrategia usada por el virus del SIDA para tener su material genético en el mismo formato que las células humanas (ADN) , de forma que es capaz de replicarse dentro de ellas y formar muchas copias de si mismo. 

Al crecer, el número de células en nuestro cuerpo aumenta. Para que las células hagan su trabajo de forma adecuada, el manual de instrucciones, o el ADN, tiene que ser transmitido a nuevas células. Esto se consigue gracias a un proceso llamado replicación [3],[4] por el cual las células multiplican el número de copias de la molécula de ADN para que cada nueva célula que se produce obtenga una. El dogma central de la biología dice que el ADN es la molécula que es replicada, aunque el RNA también puede duplicarse, como hemos visto en el ejemplo de los retrovirus (aunque este proceso también podría tener un papel en los seres humanos [5]). Sin embargo, las proteínas no son capaces de replicarse. Todo junto, el dogma central de la biología se podría resumir de la siguiente manera: 

Una de las cosas más importantes de entender sobre la biología es que esta es una ciencia llena de sorpresas y procesos que parecen contradecir lo aprendido (sí, incluso el dogma central de la biología). Un ejemplo sería el descubrimiento de los priones [6]: proteínas que tienen la particularidad de tienen una estructura capaz de alterar la estructura de otras proteínas. Los priones son los responsables de algunas enfermedades, como la enfermedad de las vacas locas [7]. Y, aunque acabamos de decir que las proteínas no son capaces de replicarse, hay algunos científicos que consideran los priones como el mecanismo para replicar información al nivel de las proteínas [6].

Otro ejemplo que desafía el dogma es el campo de la epigenética, que estudia como las proteínas pueden controlar, a través de distintos mecanismos, qué partes del ADN son transcritas a RNA y después traducidas a proteínas (es decir, qué partes del ADN son realmente utilizadas por la célula). De este modo, las proteínas realmente podrían afectar la información contenida en el ADN [8]. Aún así, la opinión de la comunidad científica en este tema es muy diversa y el dogma central todavía es clave en nuestro entendimiento de la vida a nivel molecular [8].

El dogma central de la biología no es solo importante para entender la base de la biología molecular, pero también para entender el nombre de nuestro blog! De la misma manera que algunas moléculas en la célula transcriben el ADN a ARN para que pueda ser entendido por los ribosomas, nuestro objetivo es explicar la ciencia de una forma sencilla para que pueda ser entendida por todo el mundo. Por eso vemos una analogía entre el  transcriptoma (transcriptome en inglés) y nosotros mismos. La diferencia es que en lugar de la información del ADN, nosotros queremos transformar la ciencia a un formato más accesible!

  Referencias:

1.         Cobb, M. 60 years ago, Francis Crick changed the logic of biology. PLOS Biology 15 (2017).

2.         Fang, J.M.C.a.H. The Discovery of Reverse Transcriptase. Annual Review of Virology 3, 29-51 (2016).

4.         Cooper, G.M. in The cell: a molecular approach, Edn. 2nd (Sunderland(MA): Sinauer Associates, 2000).

5.         Pray, L.A. Major Molecular Events of DNA Replication. Nature Education 1 (2008).

6.         Ahlquist, P. RNA-Dependent RNA Polymerases, Viruses and RNA silencing. Science 296, 1270-1273 (2002).

7.         Reid, M.D.Z.a.C. A brief history of prions. Pathogens and Disease 73 (2015).

8.         Geschwind, M.D. Prion Diseases. Continuum (Minneapolis, Minn.) 21, 1612-1638 (2015).

9.         Koonin, E.V. Does the central dogma still stand? Biology Direct 7 (2012).