EL ADN MITOCONDRIAL Y LA MONTAÑA CONSTRUIDA SOBRE ÉL.

Las mitocondrias son unos orgánulos que en todas las células eucariotas, se encargan de proveer de la energía necesaria para la vida celular. Cada mitocondria humana, contiene un anillo de ADN formado por 16.569 pares de nucleótidos que incluye unos 37 genes.

Este ADN mitocondrial (ADNmt) comenzó a hacerse popular tras la publicación el 1 de Enero de 1.987 en la revista Nature de un artículo titulado ADNmitocondrial y la Evolución Humana (Cann, et al. 1.987)[1]. En su investigación, los autores, seleccionaron 145 mujeres embarazadas: 20 africanas, 34 asiáticas, 46 caucásicas (todos ellas, menos dos africanas, dieron a luz en hospitales estadounidenses), 21 aborígenes australianos y 26 aborígenes de Nueva Guinea, Usaron muestras de placenta humana para analizar el ADNmt. Vieron que dentro de cada grupo étnico, los ADNmt se parecían mucho más, que entre grupos distintos. Las diferencias eran más acusadas dentro del grupo de las placentas afroamericanas.

Suponiendo que el ADNmt. Se transmite sólo de la madre, dedujeron que al ser el grupo africano el que mostraba mayor variedad, era el más antiguo, por lo que el origen de la humanidad actual estaba en África, lo que les venía muy bien pues confirmaba una predicción de Darwin. Y aplicando lo que llaman el reloj molecular, que no es otra cosa que asignar un ritmo temporal fijo a las mutaciones del ADN, dando además por cierto, que los humanos actuales y los chimpancés tuvimos un antepasado común, y suponiendo también, que se sabe con bastante aproximación cuando vivió ese antepasado común, dividieron el número de diferencias que hay entre el ADNmt humano y el de los chimpancés,  entre el supuesto número de años en que los dos linajes se separaron, y ya está calibrado el reloj molecular para el ADNmt humano, con una tasa de variación de entre el 2 y el 4% de bases nitrogenadas cada millón de años. Dado que en los análisis realizados la diferencia más acusada les salió del O,57 %, calcularon entre 140.000 y 290.000 años según se utilice el 4 o el 2 %. Decidieron fijar unos  200.000 años para el tiempo que hace que vivió la primera mujer humana en África, a la que llamaron “Eva mitocondrial”.

Rapidamente comenzaron en los medios de comunicación una serie de publicaciones comentando el hallazgo, con alusiones a la Biblia y al jardín del Eden (por ejemplo:  Lemonick, 1987; y Tierney, et al., 1988) [2]. En el ámbito de las publicaciones académicas, la mayoría de los paleoantropólogos aceptaron el estudio, y desde entonces dan por comprobado que Homo sapiens, nació en África hace unos 150-200.000 años y que colonizó todo el mundo sustituyendo a las restantes poblaciones humanas (Stringer y Andrews, 1988)[3].

Desde entonces hemos asistido a una creciente importancia del análisis del ADNmt. Hace unas décadas, era casi prescriptivo para poder publicar en una revista prestigiosa, hacer un análisis de Carbono 14, hoy es casi obligado hacer un análisis de ADNmt, llegando al caso inaudito de definir una nueva especie humana, basándose exclusivamente en el análisis del ADNmt de una muela encontrada en Denisova (Rusia)[4].

Afortunadamente no todo el mundo se tragó el anzuelo, en 1.992 se publicó un debate con opiniones encontradas.[5] Todo este castillo de naipes del ADNmt, está fundamentado en los siguientes puntos:

1 – El ADNmt se hereda exclusivamente de la madre.

2 – Sabemos cuándo vivió el antepasado común a chimpancés y humanos.

3 – Las mutaciones en el ADNmt se dan con un ritmo estable del cual conocemos su frecuencia.

Veamos qué hay de cierto en estos tres supuestos.

1 – EL ADNmt SE HEREDA EXCLUSIVAMENTE DE LA MADRE.

EL ADNmt DEL PADRE TAMBIÉN SE HEREDA.

En el organismo humano masculino, los dos tipos de células que más mitocondrias contienen son las células del musculo cardiaco y los espermatozoides. Está comprobado que las mitocondrias paternas pasan del espermatozoide al cigoto (Ankel-Simons, et. al, 1.996. y Shitara, et al,1.998).[6]

Hay algunos estudios que indican que las mitocondrias aportadas por el espermatozoide al cigoto, son eliminadas en los mamíferos durante las primeras fases del proceso embrionario (Hayashi, et al. 1.978; Cummins, et al, 1.998; y Shitara, et al. 2.000)[7]. Pero esta eliminación no es total, hay evidencias de presencia de  ADNmt paterno en Drosophila (Kondo et al. 1.990)[8]; y en ratones adultos (Gyllensten et al. 1.991)[9]. También se ha observado  heteroplasmia (mutaciones) de moléculas de ADNmt divergentes en Drosophila (Satta et al. 1988) y en peces (Magoulas y Zouros 1993)[10].

Esta presencia también se ha detectado en humanos. Schwartz and Vissing en el 2.002,[11] describieron el caso de un paciente con una profunda incapacidad para hacer ejercicio, se fatigaba enormemente con sólo dar unos pasos, encontraron una mutación en el ADNmt de sus músculos que impedía la correcta respiración celular. Comprobaron que el halotipo del ADNmt de las células musculares del paciente, era el mismo que el de las mitocondrias de su padre y de su tío paterno (que no tenían la mutación). Pero encontraron que en la sangre, en los fibroblastos y en la raíz del pelo, el paciente tenía el ADNmt de la madre. La proporción de ADNmt paterno en las células musculares, era del 90%. Con lo que evidenciaron que las mitocondrias paternas se heredan, que pueden permanecer como predominantes en algunos tipos de tejidos, mientras que en otros haber desaparecido por completo, a favor de las de la madre, lo que indica que la distribución de mitocondrias, se realizó en  las primeras fases de las divisiones celulares embrionarias.

EL ADN DE LAS MITOCONDRIAS DEL PADRE Y DE LA MADRE SE RECOMBINA.

El ADNmt forma un anillo, se considera una zona concreta de la cadena, como comienzo, y otra como final, y el lugar en el que se unen principio y final, se conoce como zona de Ligamiento. Awadalla, et al, en 1.999,[12] comprobaron que la distancia desde un gen determinado hasta la zona de ligamiento, variaba considerablemente en el ADNmt de padres e hijos, lo comprobaron en humanos y en chimpancés y después de analizar los mecanismos que pueden ocasionar esto, se decantaron porque únicamente la recombinación del ADNmt del padre y de la madre, lo puede explicar. Está comprobado que en las mitocondrias existen las encimas necesarias para una recombinación homóloga de ADN (Thygaran, et. al. 1.996).[13]

Ya dos informes anteriores, habían mostrado evidencia de recombinación en el ADNmt (Hagelberg et. al, 1.999; y Eyre-Walker et. al, 1.999a)[14] los datos del segundo de ellos fueron impugnados (Macaulay et. al, 1.999)[15], pero nuevos estudios han confirmado la recombinación (Eyre-Walker et. al, 1.999b).[16]

 

EXISTE UN CURIOSO PATRÓN DE HEREDABILIDAD DE LAS MITOCONDRIAS EN ALGUNOS SERES VIVOS.

En estudios sobre los mejillones azules, se encontró un curioso modelo de heredabilidad de las mitocondrias. Los autores[17] encontraron que las hembras son homoplásmicas (semejante ADNmt) que su madre, mientras que los machos son heteroplásmicos, tienen ADNmt de la madre y uno de los dos tipos del padre. Este patrón de heredabilidad del ADNmt, se ha denominado herencia doblemente uniparental.[18]

También pudieron observar que la tasa de variabilidad en el ADNmt masculino era más elevada que el estrictamente femenino, ya que la espermatogenesis genera millones de reproducciones celulares con muchas más ocasiones de producirse alteraciones en la secuencia que en el reducido número de divisiones celulares  que originan los ovocitos, lo que está en consonancia con la hipótesis conocida como impulso masculino a la evolución molecular.[19]

Ángel Luis Hurtado. Semogil, 6 de Julio del 2.014

Continuará.

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[1] Cann, Rebecca L., Mark Stoneking y Allan C. Wilson (1987), El ADN mitocondrial y la Evolución Humana, Nature, 325:31-36, 1 de enero.

[2] Lemonick, Michael D. Genealógica Madre de todos, El Tiempo, p.66, 26 de Enero de 1.987.

  Tierney, John; Wright, Linda; y Springen Karen, La busqueda de Adán y Eva, Newsweek, p. 46-52, 11 de Enero de 1.988.

[3] Stringer, C.B. y Andrews, P., La evidencia genética y fósil del origen de los humanos modernos, Science, 239: 1263-1268, 11 de Marzo del 1.988.

[4] Krause, Johannes, The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia, Nature, Vol 464, p. 894, 8 Abril 2.010

[5] Ver: Scientific American abril de 1992.

[6]  Ankel-Simons, F. and Cummins, J.M., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, p. 13859, 1.996.

   Shitara, H.et al., Genetics 148, p. 851, 1.998.

[7] Hayashi, J.-I., H. Yonekawa, 0. Gotoh, J. Watanabe, and Y. Tagashira. 1978. Strictly maternal inheritance of rat mitochondrial DNA. Biochem. Biophys. Res. Commun. 83:1032-1038.

Cummins JM, Wakayama T, Yanagimachi R. Fate of microinjected spermatid mitochondria in the mouse oocyte and embryo. Zygote 1998; 6:213-22.

Shitara H, Kaneda H, Sato A, et al. Selective and continuous eliminationof mitochondria microinjected into mouse eggs from spermatids, butnot from liver cells, occurs throughout embryogenesis. Genetics 2000;156:1277-84.

[8] Kondo, R., Y. Satta, E. T. Matsuura, H. Ishiwa, N. Takahata, and S. I. Chigusa. 1990. Incomplete maternal transmission of mitochondrial DNA in Drosophila. Genetics 126:657-663.

[9] Gyllensten, U., D. Wharton, A. Josefsson, and A. C. Wilson. 199 1. Paternal inheritance of mitochondrial DNA in mice. Nature 352:255-257.

[10] Magoulas, A., and E. Zouros. 1993. Restriction-site heteroplasmy in anchovy (Engraulis encrasicolus) indicates incidental biparental inheritance of mitochondrial DNA. Mol. Biol. Evol. 10:3 19-325.

[11] Schwartz, M., and Vissing, J., Paternal in Heritance of Mitochondrial DNA, N Engl J Med, Vol. 347, No. 8· 22 de Agosto, 2002, p. 576-580.

[12]Awadalla, P., Eyre-Walker, A., J Smith, J.M., Linkage Disequilibrium and Recombination in Hominid Mitochondrial DNA,  Science 24, VOL  286, Diciembre 1.999, p. 2524 y 2525.

[13] B. Thygaran, B., Padua, R. A., y  Campbell, C.  J. Biol. Chem. 271, p. 27536, 1.996.

[14] Hagelberg, E. et al., Proc. R. Soc. London Ser. B Biol.Sci. 266, p. 485, 1.999.

     Eyre-Walker, A., Smith, N.H., Smith, J.M., Proc.R. Soc. London Ser. B. Biol. Sci. 266, p. 477, 1.999.

[15] Macaulay, V., Richards, M., Sykes, B., Proc. R. Soc.London Ser. B Biol. Sci. 266, p. 2037, 1.999.

[16] Eyre-Walker, A., Smith, N.H., Smith, J.M., Proc.R. Soc. London Ser. B Biol. Sci. 266, p. 2041, 1.999.

[17] Stewart, T., Saavedra, C., Stanwood, R.R., Ball, A.O., Zouros, E., Linajes de ADN mitocondrial Masculino y Femenino en el mejillón azul  (Mytilus edulis) Grupo de especies,  Mol. Biol. Evol. 12 (5): p. 735-747, 1.995.    

[18] Zouros, E., Ball, A. 0., Saavedra, C., and Freeman. K. R. Mitochondrial DNA inheritance. Nature 368:8 18. . 1.994a.

Zouros, E., et. al, An unusual type of mitochondrial DNA inheritance in the blue mussel Mytilus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: p. 7463-7467. 1.994b.

Zouros, E., Ball, A. 0., Freeman, K.R. and Pogson, G. H., Direct evidence for extensive paternal mitochondrial, DNA inheritance in the marine mussel Mytilus, Nature, 359: p. 412-414, 1.992.

[19] Miyata, T., Hayashida, H., Kuma, K. Mitsuyasu, K. and Yasunaga. T., 1987. Male-driven molecular evolution: a model and nucleotide sequence analysis. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 52:863-867.

CHANG, B. H.-J., L. C. SHIMMIN, S.-K. SHYUE, D. HEWITTEMMETT, and W.-H. LI. 1994. Weak male-driven molecular evolution in rodents. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91:827- 831.

¿Tienen alma los cultivos de tejidos humanos?

Imagen de www.infermeravirtual.com
Las continuas innovaciones en el campo de los cultivos de tejidos humanos requieren nuevas reformulaciones tanto en el campo de las propias técnicas de cultivo en sí, como en el ámbito de la bioética e incluso en el de la metafísica.
Voy a centrarme en estas últimas, que han sido objeto de algunas discusiones en las que afortunadamente he podido participar en este último año. En concreto, las preguntas más significativas que nos planteábamos eran las siguientes:
· Si el alma de un hombre es una e indivisible, es la que anima, la que mantiene al cuerpo con vida, entonces un tejido humano separado del resto del organismo, ¿tiene alma?.
· Si aceptamos que un fragmento separado tiene alma, puesto que es evidente que el organismo humano del que se ha separado ese fragmento, sigue vivo, ha de aceptarse que el alma es divisible.
· Si por el contrario consideramos que el fragmento separado no tiene alma, sería en cierto modo un cadáver, estaría muerto, sin vida.
· Pero si ese tejido humano no tiene vida, ¿cómo puede suceder que colocado en un medio adecuado –en cultivo-, sus células se reproduzcan y crezca?.
· Si ese tejido cultivado no tiene vida, ¿cómo puede injertarse de nuevo en el cuerpo del que se había tomado el tejido y ser aceptado?.
· ¿Puede existir la vida de tejidos humanos sin alma?. En tal caso, ¿qué es la vida?.
Voy a intentar acercarme a una respuesta a estas cuestiones.
Es evidente que el hombre no tiene capacidad regenerativa, entendiendo por tal la facultad que tienen muchos árboles y algunos animales como la estrella de mar, de regenerar un organismo completo a partir de cada uno de los fragmentos en los que se ha dividido.
Es evidente que cualquier parte separada de un ser humano –independientemente de que sea un fragmento de tejido, un órgano o un miembro- abandonada a su suerte, comienza un proceso de corrupción.
Este proceso de corrupción, puede ser retenido en determinadas condiciones, de las cuales, la más conocida es el frio.[1]
Este proceso de corrupción es progresivo y pasa por varios estados: “Pues separada el alma, el cuerpo del animal no se descompone inmediatamente en los elementos, sino que esto se produce a través de muchas corrupciones intermedias, al reemplazarla en la materia muchas formas imperfectas, como es la forma del cuerpo muerto, y luego putrefacto, y así en adelante”[2]
Cualquier fragmento de tejido humano separado no tiene alma de ningún modo, pues:
· No tiene un alma intelectiva humana, puesto que no tiene potencias intelectivas.[3]
· No tiene un alma sensitiva, puesto que no tiene órganos adecuados para sentir, ni se dan en él la facultad apetitiva, ni la locomotriz.[4]
· Y no tiene un alma vegetativa, puesto que no es capaz de nutrirse, crecer o reproducirse.[5]
Así pues un fragmento de tejido humano –y lo mismo puede decirse de un órgano o de un miembro separado- no tiene alma, y por lo tanto no tiene vida puesto que: “Un ser vivo no puede existir sin alma”. [6]
La mayoría de las personas saben que en el caso de amputación -de por ejemplo un dedo-, lo más conveniente es mantener el dedo amputado frio, rodeado de cubitos de hielo y acudir rápidamente al hospital. Del mismo modo cuando se toma un fragmento de tejido humano para hacer un cultivo, o un órgano para un trasplante, no se deja encima de la mesa hasta el día siguiente, hay un variable, pero siempre breve espacio de tiempo antes de que el proceso de corrupción se desencadene irreversiblemente.
Y es en ese breve espacio de tiempo en el que interviene el hombre, y artificialmente, imitando toscamente a la naturaleza, toma ese fragmento de tejido humano sin alma, que ya no es un ser vivo, y lo reanima, ejerciendo él, el científico, muy rudimentariamente, algunas de las más elementales de las funciones que el organismo humano ejerce naturalmente sobre ese fragmento de tejido cuando forma parte de ese compuesto de alma intelectiva-cuerpo que somos cada uno de nosotros.
Lo más usual es colocar ese tejido humano a una temperatura adecuada, unos 37 grados centígrados, con una mezcla de gases apropiada: un 5% de CO2 y un 95% de O2 ; y bañado con una solución nutritiva en la que se regula el ph, la concentración de glucosa, y a la que se añade lo que se denominan “factores de crecimiento” que son derivados sanguíneos principalmente suero obtenido a partir de sangre humana o de la de bóvidos no nacidos.
El principal problema de la utilización terapéutica de estos tejidos humanos cultivados es que en el cultivo, las células se reproducen, pero en ningún caso forman órganos ni estructuras fisiológicas, sino una masa amorfa de células.
Sin olvidar la diferencia entre la forma sustancial (esencial e inmaterial) y la morfología (accidental y material), entendemos que “Propio del alma es ser forma de algún cuerpo”[7]. Por ello, el cultivo de tejidos humanos no puede formar un cuerpo ni en sus más elementales estructuras, puesto que no hay un alma que sea su forma.
Durante algún tiempo, el avance de la ciencia y de la técnica ha llevado incluso a algunos filósofos a creer que el ADN es el que da la forma al cuerpo de los seres vivos. Ahora afortunadamente hay dos pruebas insoslayables de que esa conclusión, no es acertada. La primera es que esas células de los tejidos en cultivo una vez reanimadas, tienen al completo todo su ADN nuclear, su ADN mitocondrial, sus cadenas de ARNm citoplasmático, etc. y no son capaces de construir ninguna forma. Y la segunda es que conforme se van secuenciando más genomas de distintos organismos, mamíferos, reptiles, anfibios, etc.; se va comprobando la extrema similitud en la ordenación de los genes de animales de muy distintos grupos, luego si organismos con cuerpos tan distintos tienen un genoma tan parecido, es que esos genes pueden “fabricar” proteínas, no formas de organismos.

Imagen de http://lacienciaamena.blogspot.com
Recientemente he tenido noticia de que la doctora Doris A. Taylor y su equipo de la universidad de Minnesota, ha conseguido crear un corazón artificial de rata.[8] Resumidamente el procedimiento que ha seguido, es el siguiente:
1. Trató un corazón de rata con unos detergentes especiales que disolvieron suavemente todas las células cardiacas.
2. Conservó la matriz extracelular cardiaca, una red espacial principalmente de colágeno.
3. Introdujo entre esa matriz, células cardiacas de rata obtenidas de ratas neonatales, o en otros casos con células del endotelio de la aorta de otra rata.
4. Cultivó esa estructura con las nuevas células durante 28 días.
5. Al cuarto día, la estructura empezó a contraerse (no sabemos si con algún impulso eléctrico).
6. Al octavo día era capaz de bombear líquido.
Usó la estructura orgánica del corazón de la rata, y sustituyó las células viejas por otras nuevas. Y no será difícil que pronto consigan hacer artificialmente esa estructura de colágeno con la forma de un órgano y se pueda dirigir el cultivo de tejidos hasta la consecución de órganos de repuesto.
De las funciones propias de los organismos que tienen un alma vegetativa, con el cultivo de tejidos, ya se había conseguido artificialmente -a partir de tejidos en la fase entre la separación y la primera forma imperfecta de corrupción, la de cadáver- reanimarlos y conseguir la nutrición, el crecimiento y la reproducción celular. Ahora parece que la función que restaba, la de darse a sí mismo la forma, que no se consigue con los cultivos de tejidos, se va a aportar artificialmente.
Es evidente que un cultivo de tejidos no es un ser vivo, puesto que no es sujeto: “no tiene en sí mismo la potencia y principio, en cuya virtud crece…”[9] sino que es objeto que padece la acción de un sujeto agente que es el investigador. La prueba de esto es lo que sucede cuando el investigador olvida renovar la solución nutritiva, o se interrumpe el fluido eléctrico y se apaga la estufa.
El cuerpo del que proviene el tejido, si se le injerta el tejido cultivado, lo vuelve a aceptar, no lo rechaza, porque lo reconoce como propio, puesto que es un fragmento de él mismo, que no ha llegado a experimentar la corrupción. Imagen de www.texasheartinstitute.org
Es evidente que un ser vivo es un compuesto de alma y cuerpo. Y en este caso que estamos considerando, del cultivo en laboratorio de tejidos humanos, lo correcto es decir que es mantenido con vida, no que está vivo, porque el compuesto, de alguna manera, está formado por un cuerpo que es el tejido cultivado, y el alma del investigador que usando su entendimiento, su voluntad y su libertad, mantiene las funciones vitales de ese tejido evitando su corrupción, de modo que se cumple que: “en el alma humana hay algo por lo que ella puede hacerse todas las cosas y algo por lo que puede hacerlas todas”[10]

[1] Se conocen varios casos, como el famoso hallazgo en 1.991 en el valle de Oetz, en un glacial de los Alpes tiroleses, del cadáver sin corromper de un hombre de la edad de piedra que se estima, llevaba muerto unos 5.300 años. Más información en la universidad de Innsbriuck.
[2] - Aristóteles: “Sobre la generación y la corrupción” 318a35.
- Sto. Tomás de Aquino: “Comentario al libro de Aristóteles sobre la generación y la corrupción” lecc.8 – 60-3. Eunsa 2.005.
[3] - Sto. Tomás de Aquino: Suma de Teología I - c79 a1. BAC 2.001.
[4] - Aristóteles: “Acerca del alma” libro II. Cap. 3 - 414a30. Gredos 2.008.
- Sto. Tomás de Aquino: Suma de Teología I - c78 a1. BAC 2.001.
[5] - Aristóteles: “Acerca del alma” libro II. Cap. 4 - 415a25. Gredos 2.008.
- Sto. Tomás de Aquino: Suma de Teología I - c78 a2. BAC 2.001.
[6] - Aristóteles: “Partes de los animales” libro I - 641a20. Gredos 2.000.
[7] - Sto. Tomás de Aquino: Suma de Teología I - c75 a5. BAC 2.001.
[8] - HC. OTT, Nature medicine 14; 213-221 – 2.008.
[9] - Aristóteles: “Acerca del alma” libro II. Cap. 2 - 413a20. Gredos 2.008.
[10] - Aristóteles: “Acerca del alma” libro III. Cap. 4 – 430a10. Gredos 2.008.
- Sto. Tomás de Aquino: Suma de Teología I - c79 a3. BAC 2.001.

Semogil 6 de Mayo del 2.009