La replicación defectuosa del ADN también puede causar importantes cambios epigenéticos, además del cáncer, durante cinco generaciones, según señala un nuevo estudio realizado por ientíficos en el Centro de Regulación Genómica (CRG), en colaboración con el Instituto de Investigación contra la Leucemia Josep Carreras (IJC) y el Instituto de Investigación Germans Trias i Pujol (IGTP).

Errores

La división celular es clave para la renovación de las células a nuestros tejidos y órganos. Cuando hay errores, pueden producirse tumores. Estos defectos incluso se pueden heredar durante generaciones. Al menos es lo que sugieren los modelos usados, concretamente con el gusano C. elegans.

Como explica Tanya Vavouri,antigua investigadora del CRG, actualmente jefe de grupo en el IJC e IGTP, y co-­autora del trabajo:

Para el correcto funcionamiento de las células y, en definitiva, de un organismo, es importante mantener ciertos genes activos y otros inactivos o silenciados. Dentro de las células, hay unos complejos de proteínas y ADN llamados heterocromatina, que velan por mantener en silencio aquellos genes que deben permanecer inactivos. Inicialmente, nos dimos cuenta de que un gen que habíamos introducido artificialmente en una de las regiones del genoma del gusano que debería estar silenciada por la heterocromatina, en realidad se encontraba activo en los individuos que tenían mutaciones en la zona del genoma relacionada con la duplicación del ADN. Encontramos que había una pérdida de heterocromatina y que otros genes que deberían estar silenciados por la heterocromatina en realidad no lo estaban. Sorprendentemente, el gen se encontraba activado erróneamente hasta 5 generaciones, incluso en aquellos individuos que no tenían mutaciones en la replicación del ADN pero que sus ancestros sí la habían tenido.

Epigenética

La epigenética estudia los factores no genéticos que intervienen en la determinación de la ontogenia (es decir, el desarrollo de un organismo, desde el óvulo fertilizado hasta su forma adulta). El término fue acuñado por C. H. Waddington en 1953 para referirse al estudio de las interacciones entre genes y ambiente que se producen en los organismos.

Pero con la epigenética se pueden heredad ciertos caracteres adquiridos sin que, con ello, haya cambios en la estructura y secuencia de los genes. Como explica Francisco Mora en su libro El científico curioso:

Lo que ocurre en estos casos es que puede haber una metilación o acetilación de algunas bases del ADN y ello dar lugar a un cambio en la regulación de la expresión de los genes y esto además ser transmitido de padres a hijos. Por ejemplo, la alimentación de la madre puede afectar a sus descendientes por este mecanismo. Cierto que este tipo de transmisión genética de padres a hijos no afectaría para nada a la longitud del cuello de las jirafas, pero sí a las enfermedades que esos cuellos puedan padecer, a que puedan ser más o menos flexibles y a que ello repercuta, sin duda alguna, en la supervivencia de la jirafa, tanto individual como de la especie. Todo esto nos lleva a entender que junto con la evolución dura y lenta darwiniana existe esa otra evolución paralela lamarckiana de determinante ambiental puro, más rápida, con más capacidad de adaptación inmediata y reversible, que es la de los caracteres adquiridos.

La epigenética viene a demostrar que el ADN no es algo inmutable sino una molécula viva en su dinamismo y sus interrelaciones. Así pues, nuestros descendientes no heredan solamente un bloque de instrucciones sino también parte de la vida que hemos llevado. Un ejemplo de epigenética bien estudiado fue las hambrunas que sufrieron las mujeres durante la Segunda Guerra Mundial. Más de 20.000 personas se murieron de hambre en los Países Bajos, soportando el duro invierno y severo un embargo de alimentos. Estas mujeres tuvieron hijos de corta estatura y que pesaban poco. Y, además, los hijos de estos hijos, a pesar de haber sido alimentados correctamente, también fueron de corta estatura.

La gente usa el conocimiento científico para obtener un control consciente sobre su herencia. Por ejemplo, la terapia génica consiste en la inserción de elementos funcionales ausentes en el genoma de un individuo. Sin duda, cada vez más, hay línea divisoria moral entre las terapias génicas orientadas a curar enfermedades o las orientadas a la mejora de rasgos normales.

Sin embargo, el ser humano ha ido cambiando por fuerzas azarosas, sin control volitivo, y sin un objetivo más allá de sobrevivir. Esta evolución ha sido espoleada por dos formas distintas, que básicamente se diferencia por su velocidad en obrar: una rápida, y otra lenta.

Mutaciones: la lenta

Nuestro genoma puede ir sufriendo mutaciones aleatorias que, si son beneficiosas para la supervivencia, favorecerán que nos reproduzcamos y, en consecuencia, nuestros descendientes hereden dichas mutaciones.

Si las jirafas tienen cuellos más largos no es, por tanto, porque se esforzaran denodadamente por estirar su cuello generación tras generación. Una mutación azarosa que desarrollara jirafas con cuellos más altos contribuiría a que éstas se alimentaran mejor que sus compañeras, lo que, eventualmente, conduciría a tener una mayor descendencia que heredara esta mutación.

Mejor adaptada al medio, finalmente las jirafas con un cuello más largo superarían en número a las de cuello corto, hasta que éstas se extinguieran.

Epigenética: la rápida

La epigenética estudia los factores no genéticos que intervienen en la determinación de la ontogenia (es decir, el desarrollo de un organismo, desde el óvulo fertilizado hasta su forma adulta). El término fue acuñado por C. H. Waddington en 1953 para referirse al estudio de las interacciones entre genes y ambiente que se producen en los organismos.

La evolución epigenética tiene lugar muy rápidamente, del orden miles de años e incluso de pocas generaciones. Existen evidencias que afirman que factores como la dieta, el ejercicio, el tabaco y las hormonas pueden alterar la regulación de nuestro genoma (qué genes se activan y cuáles no, y cuándo lo hacen) incluso antes de nacer. En los últimos 10.000 años, de hecho, se han producido más mutaciones que en el pasado (unas cien veces más deprisa), debido a la creciente diversidad del entorno. Una de estas mutaciones recientes nos protege de la malaria, por ejemplo. En el caso de los europeos del norte se han desarrollado los genes responsables de los ojos azules y la tez pálida.

Gracias a la epigenética, pues, se pueden heredar ciertos caracteres adquiridos sin que, con ello, haya cambios en la estructura y secuencia de los genes. Aspectos como una hambruna severa, por ejemplo, pueden tener impacto en nuestra descendencia a través de este mecanismo. Esta teoría, llamada del “fenotipo ahorrador”, nació a partir de un estudio de 1989 realizado por un médico investigador llamado David Barker, que analizó el destino de más de 5.600 hombres nacidos entre 1911 y 1930 en seis distritos de Hertfordshire, en el sur de Inglaterra.

Los individuos que, durante el parto y al año de vida, tuvieron un peso más bajo, de adultos tenían una tasa de mortalidad por cardiopatía isquémica más elevada. Es decir, que parecían estar involucradas tanto o más las condiciones del nacimiento como el estilo de vida.

Un hombre puede influir a la información hereditaria contenida en el esperma, lo que permitiría explicar, entre otros factores, la razón de que los hijos de padres obesos también tengan tendencia a ser obesos, tal y como sugiere un reciente estudio publicado en la revista Cell Metabolism y llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Copenhague.

Este tipo de herencia metabólica, pues, sería epigenética. La investigación ha mostrado que los patrones epigenéticos pueden alterarse a través de la conducta, incluyendo la dieta y el ejercicio. Y al igual que los genes, los patrones epigenéticos se pueden heredar. Y es que las células de esperma de los hombres obesos tienen distintas marcas epigenéticas, sobre todo en el ARN asociado al control del hambre.

El estudio también analizó el efecto de la cirugía bariátrica sobre la epigenética de esperma, descubriendo un promedio de 5.000 cambios estructurales en el ADN de estas células de esperma, tanto antes de la cirugía, inmediatamente después como un año más tarde. Según señala Romain Barrès, líder del estudio:

Nuestra investigación podría llevar a cambiar el comportamiento acerca de la pre-concepción del padre. Es de conocimiento común que cuando una mujer está embarazada, debe cuidar de sí misma, no beber alcohol, mantenerse alejada de los contaminantes, y así sucesivamente. Pero si la implicación de nuestro estudio es cierta, entonces las recomendaciones deben ser dirigidas también hacia los hombres.

Vía | Medline Plus
Imagen | Joe_13

El nuevo campo de la epigenética no deja de ofrecer nuevos hallazgos. Uno de tantos es que ser feliz también opera a nivel epigenético, es decir, modifica la expresión de nuestros genes. De hecho, las diferentes clases de felicidad producen diferentes cambios.

Al menos es lo que sugiere un estudio realizado por investigadores de la Universidad de California y la Universidad del Norte de Carolina y publicado en la última edición de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

El tipo de felicidad que procede de llevar una vida plena y "con sentido" (bienestar eudaimónico), estimula la expresión de perfiles genéticos favorables en las células del sistema inmune, potenciando bajos niveles de inflamación y una fuerte expresión de genes vinculados a anticuerpos y moléculas antivirales.

El tipo de felicidad que procede de la autosatisfacción y la obtención de placer inmediato (bienestar hedonista), experimentan todo lo contrario: altos niveles de inflamación y escasos anticuerpos en sus organismo.

En resumidas cuentas: la eudaimonía genera perfiles de expresión génica favorable, mientras que el hedonismo provoca un perfil adverso. Según Steven Cole, coautor del estudio:

Los individuos que alcanzan una felicidad hedónica, como ciertos actores y futbolistas famosos, no se sienten psicológicamente ni mejor ni peor que aquellos con felicidad eudaimónica (...) El genoma humano es mucho más sensible de lo que imaginábamos al modo en que alcanzamos la felicidad.

Vía | ABC

Como si en realidad viviéramos en la película X-men, los seres humanos están sufriendo mutaciones mucho más rápido de lo que creía, calculándose la edad determinadas mutaciones presentes en el genotipo. Estamos hablando de un cantidad de tiempo insignificante a nivel genético: los últimos 10.000 años.

Las mutaciones se producen más en estos últimos 10.000 años que en el pasado (unas cien veces más deprisa), así que para explicarlas hay que recurrir a la creciente diversidad del entorno y a la reciente ciencia de la epigenética (el entorno modifica nuestros genes).

Jörg Blech lo explica así en su libro El destino no está escrito en los genes:

El descubrimiento de la agricultura y la formación de colonias más numerosas expusieron al hombre a un sinfín de novedades: la necesidad: la necesidad de tener un techo, el consumo de alimentos nuevos o la aparición de agentes patógenos transmitidos por cerdos, terneras y otro animales. El cerebro también ha debido adaptarse a los sucesivos y rápidos cambios en el entorno. Entre estos genes más “jóvenes” desde el punto de vista de la evolución, se encuentran los que controlan el metabolismo del azúcar en el cerebro.

Si analizamos la estructura genética humana, hace relativamente poco más de 300 posiciones en nuestro genoma han experimentado alteraciones. Una de estas mutaciones recientes nos protege de la malaria, por ejemplo. En el caso de los europeos del norte, por ejemplo, se han desarrollado los genes responsables de los ojos azules y la tez pálida (podéis leer más sobre ello en Esas anómalas personas de cara blanca llamadas europeos (I), (y II)).

Al menos el 7 % de los genes de 270 personas pertenecientes a distintas etnias han experimentado alguna transformación en los últimos 5.000 años, según los antropólogos estadounidenses Henry Harpending y John Hawks.

Por ejemplo, la capacidad de digerir el azúcar de la leche (lactosa) en la edad adulta se ha ido extendiendo en la especie humana en los últimos diez mil o seis mil años. Actualmente el 95 por ciento de la población en el norte de Alemania presenta la mutación del gen responsable de la tolerancia de la leche, a pesar de que ésta apareció por vez primera entre los masáis y los lapones. Sin duda, se trata de una evolución vertiginosa.

Cada vez hay más evidencia de que, si bien nuestros genes nos predisponen a ciertas patologías, como la obesidad, también nuestro estilo de vida puede atenuar o hasta anular la influencia genética.

Por ejemplo, si practicamos ejercicio regularmente no solo estamos quemando calorías sino que modificamos la actividad de los genes en el hipotálamo (el centro del hambre) y desactivamos el efecto del gen fto de abrir el apetito.

Por consiguiente, el lugar donde decidamos vivir (y por tanto, las normas sociales y culturales que adoptaremos para convivir con los demás) también influirán en gran parte en aspectos de nuestra salud, como el cáncer, nuestra inclinación al suicidio o la predisposición la obesidad. En los diferentes links podéis encontrar ejemplos sobre estas patologías y su vinculación a lugares geográficos.

Se estima que aproximadamente hay entre 100 y 200 genes implicados en determinar la cantidad de energía que una persona consume, la manera en el que quema los alimentos y cuánta grasa almacena, tal y como señala Jörg Blech en su libro El destino no está escrito en los genes:

De estos datos no podemos extraer información sobre grupos de riesgo, sino sencillamente variantes biológicas. Tomemos a dos personas: aunque coman y se muevan en igual medida, una de ellas tendrá tendencia a estar delgada, mientras que la otra engordará con más facilidad. No obstante, estas tendencias genéticas no son suficientes para explicar la obesidad que padece la humanidad desde hace sólo unas cuántas décadas.

Como es evidente, los países (y hasta las ciudades y los barrios de dichas ciudades) poseen diferentes estilos de vida (tabaco, vida sedentaria, dieta equilibrada, etc.) que finalmente se refleja en la impronta epigenética. Es decir, que estos estilos de vida alteran el comportamiento de los genes.

Para Blech, de hecho, el lugar de residencia (o dicho de otro modo, el conjunto de costumbres asociados a ese lugar de residencia) es mucho más determinante que la herencia genética:

La ciudad de Washington constituye un magnífico ejemplo: el metro la cruza hasta la comarca de Montgomery, en el estado vecino de Maryland. La esperanza de vida de quienes residen en poblaciones situadas a lo largo de la línea de metro se incrementa en medio año por cada milla recorrida: los hombres que viven alrededor de la primera parada, en el centro de la ciudad, son pobres y viven un promedio de 57 años; en las inmediaciones de la última parada, habitan hombres más ricos y con una esperanza de vida de 76,6 años.

Parece evidente que el tipo de dieta que seguimos en nuestra vida acaba conformando nuestra salud. Sin embargo, la epigenética está revelando que la alimentación incluso modifica nuestros genes y, en consecuencia, la herencia que les dejaremos a nuestros descendientes. Algo así como un testamento calórico.

Podéis leer más sobre ello en Cómo una hambruna puede heredarse durante generaciones: el fenotipo ahorrador, donde explico las consecuencias genéticas de la devastadora hambruna de siete meses de duración que se produjo en Holanda durante la Segunda Guerra Mundial.

Este mecanismo epigenético es especialmente llamativo en las abejas, porque poseen una estructura genética idéntica y, durante su etapa como larvas, tienen el mismo aspecto.

La mayoría de las larvas reciben como alimentación una mezcla de miel y polen. Las larvas, entonces, se transforman en estériles abejas obreras. Sin embargo, las larvas que son alimentadas con jalea real, acaban convirtiéndose en fértiles abejas reinas. Lo que sucede que es que el puré de miel activa un proceso de metilación que anula ciertos genes responsables del desarrollo y transforma a las larvas en abejas obreras.

Estos mecanismos epigenéticos en los que interviene la alimentación también son evidentes en las ratas en estado de gestación, tal y como puso de manifiesto el biólogo del Centro Médico de la Universidad de Duke Randy Jirtle. Tal y como lo explica Jörg Blech en su libro El destino no está escrito en los genes:

A causa de una enfermedad hereditaria, estos animales sufrían sobrepeso y eran propensos a padecer diabetes y cáncer. Mientras algunas de las roedoras incluidas en el experimento continuaban con su alimentación normal durante la gestación, Jirgle enriqueció la dieta de un grupo de ratas con ácido fólico, vitamina B12, betaína y colina. Cuando nacieron las crías, Jirtle no apreció diferencia alguna entre ellas: todas se parecían. Pasado cierto tiempo, aunque todas las crías eran idénticas genéticamente, pues Jirtle había empleado un método de reproducción selectiva, algunas de ellas comenzaron a engordar, se enfermaban y mostraban un pelaje amarillento. Las diferencias en el aspecto de estos animales se debían únicamente a los suplementos nutricionales, que habían roto el maleficio de los genes.

Un grupo de investigadores de la Universidad de Newcastle y Bristol acaban de realizar un estudio sobre cómo afecta la genética a la obesidad. Según estos investigadores, existen ciertas ‘marcas’ en el código genético de los bebés que predestinan si estos serán obesos o no en el futuro.

A partir de casi 200 muestras de sangre del cordón umbilical de bebé, estos investigadores analizaron los genes que están relacionados con el peso corporal y descubrieron que, nueve de de los veinticuatro genes analizados estaban relacionados con el peso del niño a los 9 años. Estos resultados se han publicado en PLoS ONE.

La Dra. Caroline Relton, de la Universidad de Newcastle ha dirigido esta investigación y afirma:

Buscábamos lo que se conocen como “patrones epigenéticos”, las señales químicas que activan o desactivan ciertos genes. En esta investigación descubrimos una relación entre las encontrados cuando nace el bebé y aquellas a la edad de 9 años.

Esto sugiere que nuestro ADN podría estar marcado antes de nacer y que estas marcas podrían predecir nuestro futuro peso corporal.

La epigenética es una fascinante y joven área de investigación científica, que puede ayudar a explicar cómo el entorno y el genoma trabajan juntos para influir en nuestro riesgo a sufrir enfermedades. Existen evidencias que afirman que factores como la dieta, el ejercicio, el tabaco y las hormonas pueden alterar la regulación de nuestro genoma (qué genes se activan y cuáles no, y cuándo lo hacen) incluso antes de nacer.

Hay varias pruebas científicas que muestran que ciertos factores negativos durante el embarazo del bebé: dieta pobre, estrés, tabaco, etc; predisponen al bebé a problemas de salud. La epigenética es un mecanismo que podría explicar cómo se produce este proceso.

Los investigadores emplearon datos del Bristol-based Children de la década de los 90 y de un estudio que se llevó a cabo en Newcastle sobre niños prematuros y cuya salud se siguió de cerca.

Vía | University of Bristol

Más información | PLoS ONE

La dieta de tu bisabuela o de tu abuelo influye en las enfermedades que ahora puedas padecer. Sí, suena esotérico. Es como imaginar que, si ahora fumamos, nuestros nietos padecerían enfermedades ligadas a ello (¿hasta qué límites puede llegar el concepto de fumador pasivo si se puede trasladar durante generaciones y siglos de tiempo?).

Carlos Pirola, investigador principal del Conicet en el Instituto Lanari de la UBA, explica que los mecanismos epigenéticos pueden intervenir en el encendido o apagado de genes precursores del cáncer.

Un ejemplo de epigenética bien estudiado fue las hambrunas que sufrieron las mujeres durante la Segunda Guerra Mundial. Más de 20.000 personas se murieron de hambre en los Países Bajos, soportando el duro invierno y severo un embargo de alimentos.

Estas mujeres tuvieron hijos de corta estatura y que pesaban poco. Y, además, los hijos de estos hijos, a pesar de haber sido alimentados correctamente, también fueron de corta estatura.

Estos hallazgos, de los que se empiezan a describir sus bases moleculares, prometen una revolución en el concepto de salud que tenemos actualmente: ya no sólo nosotros somos los afectados por nuestro estilo de vida, sino nuestra descendencia. ¿Prohibir el tabaco ya no sólo resultaba perentorio para evitar las miles de muertes de fumadores pasivos, sino los millones de hijos y nietos que pudieran cargar con los efectos secundarios de ese hábito?

Estos hallazgos consideran que el tipo de dieta (qué tipo y la diversidad de alimentos que se ingieren) o el estilo de vida (sedentario o activo, con ejercicio físico e intelectual) o el consumo de tóxicos (tabaco, café, medicamentos o drogas en general) puede hacer que haya genes que sufran cambios reversibles, de modo que debiendo expresarse no lo hagan (se silencien) o, por el contrario, debiendo estar silentes se expresen. Y que ello además, esto es lo nuevo, pueda, como he indicado, ser transmitido a los hijos. Lo interesante que estas herencias epigenéticas puedan ser revertidas por quienes las heredan si desarrollan un estilo de vida determinado o introducen cambios específicos en los patrones de alimentación o también tratamientos farmacológicos adecuados.

Vía | El científico curioso de Francismo Mora

Aún recuerdo como mi profesor de Naturales del colegio nos explicaba cómo era posible que la jirafa tuviera un cuello tan largo: las jirafas habían intentando cazar con la boca las hojas de los árboles que, de tanto esfuerzo tensando el cuello, generación tras generación, el cuello se había ido alargando.

Por la misma la razón, nos comunicó que, en un futuro lejano, los seres humanos tendríamos grandes cabezas de tanto pensar (un poco comos los marcianos verdes de Mars Attacks!).

Mi profesor cometía el error de confundir darwinismo como lamarckismo (Jean Baptiste Lamarck fue el que teorizó con la idea de que las características adquiridas durante la vida podían ser heredadas por los descendientes, una teoría que cayó en descrédito cuando Darwin propuso su teoría de la evolución).

Sin embargo, la epigenética podría darle parte de la razón a Lamarck.

La epigenética estudia los factores no genéticos que intervienen en la determinación de la ontogenia (es decir, el desarrollo de un organismo, desde el óvulo fertilizado hasta su forma adulta). El término fue acuñado por C. H. Waddington en 1953 para referirse al estudio de las interacciones entre genes y ambiente que se producen en los organismos.

Si las jirafas tienen cuellos más largos no es porque se esforzaran denodadamente por estirar su cuello generación tras generación. La evolución es puro azar y se desarrolla a base de mutaciones. Una mutación que desarrollara jirafas con cuellos más altos se alimentarían mejor que sus compañeras y, probablemente, tendrían más descendencia. Mejor adaptada al medio, finalmente las jirafas con un cuello más largo superarían en número a las de cuello corto, hasta que éstas se extinguieran.

Pero con la epigenética se pueden heredad ciertos caracteres adquiridos sin que, con ello, haya cambios en la estructura y secuencia de los genes.

Lo que ocurre en estos casos es que puede haber una metilación o acetilación de algunas bases del ADN y ello dar lugar a un cambio en la regulación de la expresión de los genes y esto además ser transmitido de padres a hijos. Por ejemplo, la alimentación de la madre puede afectar a sus descendientes por este mecanismo. Cierto que este tipo de transmisión genética de padres a hijos no afectaría para nada a la longitud del cuello de las jirafas, pero sí a las enfermedades que esos cuellos puedan padecer, a que puedan ser más o menos flexibles y a que ello repercuta, sin duda alguna, en la supervivencia de la jirafa, tanto individual como de la especie. Todo esto nos lleva a entender que junto con la evolución dura y lenta darwiniana existe esa otra evolución paralela lamarckiana de determinante ambiental puro, más rápida, con más capacidad de adaptación inmediata y reversible, que es la de los caracteres adquiridos.

Pero ¿qué ejemplos podríamos encontrar de epigenética en seres humanos? ¿Realmente lo que hicieron mis padres o mis abuelos durante sus vidas podría tener efectos en mi vida actual? En la próxima entrega de este artículo lo veremos.

Vía | El científico curioso de Francisco Mora