En términos sencillos ¿qué son los transposones, cumplen alguna función en el código genético de una especie?

En biología molecular y genética ocurre con frecuencia que el nombre de algo se ponga mucho antes de llegar a entender por completo, o medianamente, qué es ese algo y qué hace ese algo (sea funcional o no) que tenga repercusiones en la vida del organismo que lo tiene.

Y los transposones no son ninguna excepción. Nos queda muchísimo por entender y como era de esperar, con nuevos descubrimientos viene una idea diferente sobre ellos. De momento estamos en la fase en la que los consideramos una bendición y una maldición a la vez, pero en eso entro después.

Los transposones son la fracción más importante de lo que se ha conocido durante mucho tiempo como "ADN basura" (y aún se los menciona así en algunos trabajos de la actualidad (1) ).

Fueron descubiertos por primera vez por Barbara McClintock en 1944 cuando, al notar algunos patrones de color inusuales y cambiantes en los granos de un maíz que estaba estudiando, planteó la existencia de elementos genéticos móviles para explicar el fenómeno (2). En un principio se los denominó "genes saltarines" -jumping genes-, un nombre con un punto chispeante, irreverente y provocador (llamó gen a algo que según la visión de entonces era basura, todo un reto a la menalidad de sus colegas), que cuadra con el caracter de McClintock.

Barbara es la del centro de la foto, por si es necesario explicarlo (Fuente de esta maravillosa fotografía->El Nobel tardío de la Sra. McClintock - Naukas). Posteriormente serían conocidos como transposones o elementos genéticos transponibles.

Armas para un crimen: unas pocas mazorcas etiquetadas y uno de los microscopios con los que trabajó McClintock.

Son muy abundantes, se estima que en humanos el 45% del genoma corresponde a transposones, en perros el 41% y en ratones el 37,5%. En plantas los porcentajes varían , por ejemplo suponen el 10% del genoma de la Arabidopsis thaliana (una planta muy estimada por los investigadores; tanto es así que hasta la han enviado a la Luna (3)) y un sorprendente 80% del genoma del maíz (Zea mays).

Se los llama transposones o elementos genéticos transponibles porque estas fracciones de ADN son capaces de moverse a lo largo del genoma. Aunque nos referimos en general a ellos como transposones o ET (elementos transponibles) es importante saber que estrictamente hablando:

• los transposones, o transposones de clase I, son aquellos que son capaces de copiarse y pegarse en el genoma como ADN, directamente. Los transposones responsables del cambio de color de los granos de maíz son de clase I.
• los retrotransposones o transposones tipo II tienen que transcribirse primero a ARN, y después se copian como ADN en otro segmento de la molécula de ADN por la acción de la enzima retrotranscriptasa.

(Imagen de transposons: Spam from the Dark Ages)

Entonces, ¿tenemos un 45% de nuestro ADN moviéndose a su conveniencia por nuestro genoma?

Pues no. La secuenciación del ADN puede identificar que una porción determinada proviene de un transposón debido a su estructura peculiar, pero en la actualidad la inmensa mayoría de los transposones de nuestro ADN y el de muchas especies está inmovilizado, fijados en sus posiciones “inocuas” y en general, han perdido la capacidad de transponerse. Sin embargo, excepcionalmente algunos transposones se pueden mover de “novo” a la hora de formarse las células reproductivas-o en embrionarias tempranas-, integrándose en el interior de algunos y genes alterando su expresión.

Los transposones como maldición, cuando se los ha vinculado con enfermedades:

Es la cara más difundida de lo que hacen los transposones cuando se mueven.

En humanos pueden inducir hemofilia de tipo A y B, inmunodeficiencia severa, porfiria, predisposición al cáncer, y a la distrofia muscular de Duchenne, y se investiga su relación con el Alzheimer. Wikipedia tiene una buena relación de la galería de los horrores: Transposable element - Wikipedia

Los transposones como una dura bendición:

Esta idea está mucho más aceptada en botánica donde se han realizado diversas investigaciones que indican que en momentos de estrés, los transposones pueden jugar un papel en la lucha de las plantas por adaptarse a las nuevas circunstancias.

Por ejemplo:

La idea de que la diversidad genética generada por los tranposones podría facilitar la adaptación a condiciones estresantesse ha validado experimentalmente en muchos casos y se ha revisado exhaustivamente. En condiciones naturales, tales adaptaciones tardan generaciones en manifestarse y arreglarse en una población donde el nuevo rasgo es beneficioso. Sin embargo, estos eventos también son de interés para el fitomejoramiento.

Transposons: a blessing curse

Pero poco a poco nos estamos haciendo a la idea de que los transposones pueden haber jugado un papel muy importante en nuestra propia adaptación, como humanos, a un ambiente cambiante:

Nuestro sistema inmunológico puede debers mucho a la acción de un transposón en particular. Nuestra capacidad para producir anticuerpos contra cualquier microbio que nos infecte depende de un conjunto particular de genes en las células B de nuestro sistema inmunológico que se pueden barajar en combinaciones casi ilimitadas. Esto significa que con un conjunto relativamente pequeño de genes "básicos", nuestras células B pueden producir anticuerpos a demanda contra cualquier infección que podamos enfrentar, sin necesidad de un gen para cada posible anticuerpo. Sin embargo, esto requiere proteínas que puedan "cortar y pegar" el ADN para crear estas nuevas combinaciones. Ya hemos visto esta frase antes ... ¡así es como se mueven los transposones de ADN! Los científicos han descubierto que las proteínas que hacen posible nuestro sistema de combinación de anticuerpos, llamadas proteínas RAG, ingresaron al genoma de nuestros antepasados ​​en un transposón de ADN hace aproximadamente 450 millones de años. Esto permitió a los vertebrados con mandíbulas adaptar sus respuestas inmunitarias a cada caso de enfermedad, una mejora importante en los sistemas inmunitarios innatos más limitados que existían antes.

Transposons: Spam from the Dark Ages

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(1) El ADN basura es aquel que no codifica proteínas, un nombre nada glorioso pero hemos de entender que el camino de los descubrimientos en biología es muy sinuoso; los investigadores tenían en mente la famosa máxima "un gen, una proteína" a mediados del siglo XX (cuando los avances técnicos y tecnológicos permitieron a los investigadores, ¡por fín!, aislar y hasta observar las partículas de la molécula de ADN y ARN que tanto habían luchado por comprender. De verdad, la historia de la biología molecular del siglo XX es muy, pero que muy interesante.

Con todo, lo de ADN basura es una de las ocurrencias más desafortunadas de la historia de la ciencia, porque induce a no investigar esta fracción de ADN, y eso me parece totalmente anticientífico.

Y lo que es más curioso, algunos transposones sí que codifican proteínas.

(2) McClintock comenzó a trabajar en el estudio de los granos de maíz en 1944. Ella misma se encargó de realizar la cría y selección de los granos, y observar sus cromosomas al miscroscopio, de forma que terminó por descubrir que algunas secuencias de ADN cambiaban de lugar en los cromosomas. Este descubrimiento fue recibido con un enorme escepticismo por la comunidad científica. Pero Barbara McClintock era tenaz y resistente a las críticas e incluso hostilidad con que se recibió su descubrimiento. Pero no nos engañemos, tenemos el legado de McClintock porque ella era solvente y ya tenía una larga carrera de investigadora a sus espaldas. SEn 1944 tenía ya 42 años y se la tenía como una científica brillante pero excéntrica. Si Barbara hubiera tenido que trabajar para algún laboratorio en aquellos años, jamás hubieran apoyado sus experimentos y el descubrimiento de los transposones se habría retrasado décadas. En parte pesa mucho el que fuera mujer en aquellos año, pero también lamentablemente que se espera de los científicos que realicen descubrimientos "útiles inmediatamente".

Entre los años 1948 y 1959, desarrolló una hipótesis que explicaba cómo los elementos transponibles regulan la acción de los genes inhibiendo o modulándolos. Esto fue aún más difícil de aceptar por la comunidad científica. Finalmente…como sabemos el tiempo le dio la razón, y el Nobel llegó, pero muy tarde, en 1983, treinta años después de la publicación de los resultados, y casi cuarenta desde las primeras observaciones.

Pensemos un poco, ¿qué hubiera pasado si McClintock hubiera muerto prematuramente como Rosalind Franklin, la autora de la foto que permitió identificar la estructura del ADN?¿o si no hubiera sido una mujer que dispusiera de cierta independencia económica y fuerza de carácter que le permitió desafiar y perdurar a todas las afrentas, muchas, que sufrió por sus investigaciones?

Los logros de McClintock fueron mucho más allá del descubrimiento de los transposones, sin embargo:

"Hizo al menos media decena de contribuciones importantes al conocimiento genético: las translocaciones recíprocas en el maíz (con Charles Burnham, 1930), la correspondencia física del sobrecruzamiento cromosómico y la recombinación génica (1931), las inversiones cromosómicas paracéntricas (1933), el organizador nucleolar (1934), la meiosis de Neurospora (1944) y, finalmente, el descubrimiento de los transposones". Además de descubrirlos, abrió el camino para una reinterpretación del papel del ADN en la célula al decir lo que era toda herejía en aquel momento, que los genes también sufren regulación y que esta regulación puede venir no de otros genes, sino de elementos moleculares diferentes. En este artículo, del cual he entresacado la cita se da una semblanza fascinancte de Bárbara McClintock: https://www.revistadelibros.com/blogs/ciencia-al-alioli/ciencia-y-misticabarbara-mcclintock-1902-1992

¿Cómo no sentir simpatía y ¡agradecimiento!?

(3) En la sonda china Chang'e 4, que se posó sobre la cara oculta de la Luna en enero de 2019. La plantita llegó a germinar antes de morir congelada debido a un fallo del aislamiento del vivario donde estaba, que la expuso a las bajísimas temperaturas de la noche lunar.