Para compredender como funciona esta interacción debemos adentrarnos en la genética. Las instrucciones que determinan todas las características y funciones celulares se encuentran en su material genético: el ADN. Encontramos que el esquema de una célula animal.
Está rodeada por una membrana plasmática y en su citoplasma se encuentran organelas que realizan diferentes funciones. Entre ellas, encontramos al núcleo. En el núcleo encontramos a los cromosomas, que inmediatamente antes de la división celular adoptan una forma de X. Para cada especie, el número de cromosomas es fijo, los humanos tenemos 46 cromosomas por célula, agrupados en 23 pares, de los cuales 22 son autosomas y uno es sexual. (Una mujer tendrá un par de cromosomas sexuales XX y un varón tendrá un par XY). Cada cromosoma tiene dos brazos idénticos, denominados cromátidas hermanas, unidas por una estructura llamada centrómero.
Estas cromátidas se van a separar a nivel del centrómero en el momento de la división celular. Este proceso, conocido como mitosis, es muy preciso, ya que asegura que cada célula hija reciba el mismo número de cromosomas y la misma información.
Cada cromátida del cromosoma está compuesta por una molécula muy enrollada: el ADN o ácido desoxirribonucleico. El ADN se compone de dos cadenas, cada una formada por nucleótidos. Cada nucleótido está compuesto por un azúcar, la desoxirribosa, un fosfato y una base nitrogenada. Las bases nitrogenadas son cuatro: adenina (A), timina (T), citosina (C), y guanina (G), siempre una A se enfrenta a una T y una C se enfrenta a una G en la doble cadena.
En realidad la molécula de ADN se asocia a proteínas, llamadas histonas, y se encuentra muy enrollada y compactada para formar el cromosoma, que resulta ¡0.000 más corto que la molécula de ADN original. Hasta aquí podemos concluir entonces que un cromosoma está compuesto por dos cromátidas hermanas y que cada cromátida hermana está compuesta por una molécula de ADN. Durante la división celular las cromátidas hermanas se separarán, migrarán hacia los polos de la célula y finalmente constituirán los cromosomas de las células hijas. Cada célula hija iniciará más tarde su propia mitosis y para ello cada uno de sus cromosomas deberá estar constituido por dos cromátidas. La clave de esta duplicación es que la molécula de ADN tiene la capacidad de replicarse, es decir, de generar moléculas hijas idénticas a la original. Durante la replicación, la molécula de ADN se desenrolla, separando sus cadenas. Cada una de éstas servirá como molde para la síntesis de nuevas hebras de ADN complementarias a la original. Para eso, la enzima ADN-polimerasa coloca nucleótidos siguiendo la regla de apareamiento A-T y C-G.
La información guardada en el ADN es una secuencia de bases A, T, C y G que se combinan para originar “palabras” denominadas genes. Los genes son fragmentos de ADN cuya secuencia nucleotídica codifica para una proteína (y otras moléculas). Las proteínas son macromoléculas fundamentales para las funciones celulares (hay proteínas estructurales, otras son enzimas, otras transportan oxígeno, como la hemoglobina, y hay otras involucradas en la defensa inmunitaria, como los anticuerpos). Así como el ADN está compuesto por nucleótidos, las proteínas están compuestas por aminoácidos. Hay 20 aminoácidos, y cada proteína tiene una secuencia de aminoácidos particular.
Las palabras (genes) escritas en el ADN en el lenguaje de los nucleótidos primero se copian o transcriben a otra molécula, el ARN mensajero, y luego se traducen al idioma de las proteínas, el de los aminoácidos. Este flujo de información se conoce como el “dogma central de la biología”. La transcripción es el proceso por el cual una enzima, denominada ARN polimerasa, copia la secuencia de ADN fabricando ahora ARN. El proceso es similar a la replicación, pero ahora la molécula nueva, de cadena simple, es ARN. Se denomina ARN mensajero porque va a llevar la información para que la maquinaria de síntesis proteica fabrique la proteína correspondiente. El ARN, o ácido ribonucleico, es similar al ADN aunque no igual. Se diferencia de éste en que es de cadena simple, en lugar del azúcar desoxirribosa tiene ribosa, y en lugar de la base nitrogenada timina, (T), tiene uracilo (U). Así, durante la síntesis del ARN, la enzima ARN polimerasa leerá en el ADN una A y colocará una U.
Para hacer una proteína, el ARN mensajero se lee cada tres nucleótidos (triplete). Cada triplete de bases se denomina codón. Si consideramos la combinación de cuatro bases tomadas de a tres, tenemos un total de 64 codones posibles. A cada codón le corresponde un aminoácido.
Esta tabla es el “diccionario” que nos permite traducir la información escrita en el lenguaje de los ácidos nucleicos (en nucleótidos) al lenguaje de las proteínas (aminoácidos), y es universal, o sea, es válido para todos los seres vivos. Así, la secuencia ATG (AUG en el ARNm) codifica para el aminoácido metionina, y el codón TTT (UUU en el ARNm) codifica para el aminoácido fenilalanina en todos los organismos vivos.
El código genético consiste en 61 codones que corresponden a aminoácidos y 3 codones de terminación (codones stop), responsables de la finalización de la síntesis proteica. Como sólo existen 20 aminoácidos en la naturaleza, varios codones pueden codificar para el mismo aminoácido (por ejemplo, al aminoácido glicina le corresponden los codones GGU, GGC, GGA y GGG).
Cada codón del ARNm en realidad es leído por otro ARN, llamado ARN de transferencia (ARNt), que actúa como un “adaptador” entre la información que lleva el ARNm y los aminoácidos que deben ir colocándose para formar la proteína correspondiente. El ARNt es muy pequeño comparado con los ARNm o ARN ribosomales, y tiene una estructura particular, denominada “hoja de trébol”. El ARNt tiene una secuencia, denominada anticodón que aparea (es decir, es complementaria) con el codón. Cada ARN de transferencia tiene un anticodón y “carga” un aminoácido en particular. Así se va formando una cadena polipeptídica (proteína) a medida que los ARNt reconocen sus respectivos codones. Este proceso complejo de síntesis proteica se denomina traducción y ocurre sobre los ribosomas.
Tanto la replicación del ADN como la transcripción ocurren en el núcleo. El ARNm recién sintetizado viaja luego al citoplasma donde se traduce para originar la proteína correspondiente.
No todos los genes se expresan al mismo tiempo. Todas nuestras células contienen dos juegos de 23 cromosomas (salvo los óvulos y espermatozoides que contienen sólo uno) y las “instrucciones” guardadas en cada juego de cromosomas de cada una de nuestras células son las mismas. Sin embargo, una neurona es una célula con prolongaciones y su función es recibir y transmitir impulsos nerviosos, a diferencia de los glóbulos blancos que son en cambio redondeados y se ocupan de la defensa de nuestro cuerpo. Todas las células tienen las mismas “instrucciones” por qué no son todas iguales, ni tienen la misma forma e idéntica función, esto es así, porque si bien todas las células de nuestro cuerpo tienen los mismos genes, no todos se expresan en todas las células, es decir, no todos se transcriben y traducen.
A veces los genes cambian, son mutaciones, y este es un fenómeno relativamente frecuente, la enzima que se encarga de la replicación (ADN polimerasa) se equivoca, es decir, coloca un nucleótido en lugar de otro. Este error en el proceso produciría que la proteína generada sea diferente en un aminoácido a la original. Este cambio podría alterar o anular la función de la proteína. En algunos casos estas mutaciones pueden provocar la falta de actividad de una proteína esencial y causar una enfermedad, aunque las mutaciones no siempre están asociadas a enfermedades.
La mayoría de las mutaciones no se manifiestan, o porque están en regiones del ADN donde no hay genes, o porque ese cambio no altera la función de la proteína. O bien podría alterarse la función y esto no resultar perjudicial. Tal es el caso del carácter color de ojos, donde el color claro se produce por falta de ciertas enzimas que fabrican los pigmentos del iris. En realidad, las mutaciones son la base de la biodiversidad: todos los humanos tenemos el mismo genoma, pero con algunas poquísimas variaciones. Estas variaciones determinan que seamos diferentes.
Las “ómicas” y la genómica funcional
El término “ómicas” hace referencia a las disciplinas como la genómica, la proteómica, la transcriptómica y la metabolómica. A estas tres últimas también se las agrupa bajo la denominación de “genómica funcional”, ya que estudian a los productos de la expresión de los genes.
La genómica estudia a los genomas de los organismos. Este estudio incluye la secuenciación del ADN, el análisis de las secuencias para encontrar genes y su comparación con secuencias genómicas de otros organismos.
La proteómica estudia y compara cuali- y cuantitativamente el perfil de proteínas (proteoma) presentes en un conjunto de células, tejido u organismo en un momento o condición particular. No sólo se limita a analizar el resultado de la expresión génica, sino que también estudia las modificaciones post-traduccionales que pueden sufrir las proteínas, así como la interacción entre ellas. Se considera a la proteómica como el paso siguiente a la genómica en el estudio de los sistemas biológicos. Mientras el genoma es prácticamente invariable, el proteoma no sólo difiere de célula en célula sino que también cambia según las interacciones bioquímicas con el genoma y el ambiente. Además, las proteínas son más complejas y diversas que los ácidos nucleicos y los genes. Como ejemplo, el genoma humano tiene unos 25.000 genes, y su expresión genera al menos unas 500.000 proteínas diferentes.
Además de ayudar a entender la complejidad de los procesos celulares y las respuestas fisiológicas de las células y organismos a su entorno, la proteómica será crucial para el desarrollo de mejores métodos de diagnóstico y tratamiento. Por ejemplo, puede ayudar a descubrir proteínas que funcionen como “marcadores” para determinadas enfermedades, como lo es la beta-secretasa para
La transcriptómica estudia y compara transcriptomas, es decir, los conjuntos de ARN mensajeros o transcriptos presentes en una célula, tejido u organismo. Como los proteomas, los transcriptomas son muy variables, ya que muestran qué genes se están expresando en un momento dado. Son particularmente interesantes para los científicos los transcriptomas de las células cancerosas y de las células madre, ya que pueden ayudar a entender los complicados procesos de carcinogénesis y de desarrollo y diferenciación celular.
La metabolómica es el estudio y comparación de los metabolomas, es decir, la colección de todos los metabolitos (moléculas de bajo peso molecular) presentes en una célula, tejido u organismo en un momento dado. Estos metabolitos incluyen a intermediarios del metabolismo, hormonas y otras moléculas de señalización, y a metabolitos secundarios. En el 2007, los científicos lograron completar el primer borrador del metaboloma humano. Catalogaron y caracterizaron a unos 2.500 metabolitos, unas 1.200 drogas y unos 3.500 componentes alimenticios que pueden encontrarse en el cuerpo humano. El metaboloma es muy dinámico, cambia ante la menor señal física o química, y debido a que son muchos los tipos de metabolitos que puede haber en una célula, también son varios los métodos que se emplean en el análisis. Para estudiar el metaboloma se necesita primero separar los metabolitos, y luego detectarlos.
Aunque se usan prácticamente en forma indistinta, para algunos autores los términos metabolómica y metabonómica hacen referencia a objetivos diferentes. Mientras la metabolómica cataloga y cuantifica a las moléculas pequeñas que se encuentran en los sistemas biológicos, la metabonómica estudia cómo cambian los perfiles metabólicos como respuesta al stress, tóxicos o cambios en la dieta.
Entre las posibles aplicaciones de la metabolómica se encuentran los estudios toxicológicos, ya que se podría estudiar el metaboloma de la orina y otros fluidos corporales para detectar los cambios fisiológicos causados por la exposición a un posible tóxico. Como parte de la genómica funcional, la metabolómica puede ser una herramienta para estudiar la función de los genes, a través de la mutación, deleción o inserción de los mismos. En la nutrigenómica, que relaciona a las “ómicas” con la nutrición humana, la metabolómica podría servir para correlacionar los perfiles de metabolitos de fluidos y órganos con patologías, constitución genética y nutrición.
La nutrición es un proceso complejo que permite el ciclo de la vida, al que abastece de sustancias que participan como fuentes de energía en la estructura celular y para el control del metabolismo, para mantener así la función y la homeostasis corporal.
En definitiva, la nutrigenética hace referencia al análisis de variaciones genéticas entre individuos y su respuesta clínica a nutrientes específicos.
En un futuro casi presente, por lo menos para otros países, la secuenciación del genoma de cada persona es una realidad, una información muy valiosa con la que los especialistas médicos o nutricionistas genetistas interpretarán para proporcionar la dieta más recomendable para el buen funcionamiento del organismo. La nutrigenética o dieta del ADN permitirá rectificar el desajuste existente entre los nutrientes aportados por la alimentación y lo que los genes pueden asimilar.
Las bases conceptuales de esta nueva rama de investigación pueden ser resumidas como:
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Fuentes: rechigenu.org; nugo.org