No todo está determinado por el ADN, el medio donde vivimos condiciona la persona en la que nos convertimos. El eslabón molecular entre la natura y la nurtura (influencia del ambiente) es la denominada epigenética. El ADN es una molécula larga empaquetada dentro del núcleo celular. El empaquetamiento se produce enrollando parte del ADN alrededor de unas proteínas denominadas histonas. Existen muchas histonas alrededor de las cuales se enrolla el ADN. Cuando lo hace fuertemente no va a poder “leerse” (está silenciado), en cambio cuanto está sin enrollar, puede ser leído fácilmente (se expresa). ¿Qué determina su enrollamiento más o menos estrechamente sobre las histonas? Existen modificaciones químicas capaces de cambiar el grado de compactación y por lo tanto la expresión genética. Pese a no ser únicos existen dos ejemplos claros, la metilación del ADN y la acetilación de las histonas. Bajo determinadas circunstancias el ADN incorpora grupos metilo grupo (-CH3) en las citosinas (letra C de las cuatro que conforman el código genético); esto dispara mecanismos de fuerte empaquetamiento del ADN y por lo tanto podemos decir que el ADN metilado está silenciado la expresión genética. En cambio cuando las histonas se acetilan (grupo -CO-CH3) disminuye su interacción con el ADN, este queda mucho más accesible para ser leído y por lo tanto se expresa.

Las citadas marcas o modificaciones químicas están influenciadas por el ambiente. El desafío de la epigenética es comprender los factores capaces de modular el proceso y los mecanismos intervinientes. Nuestro genoma va sufriendo modificaciones postgenéticas a lo largo de la vida las cuales juegan un papel importante en el desarrollo de muchas enfermedades incluyendo el cáncer. Por ejemplo, la metilación del ADN cerebral alcanza a su pico alrededor de los 16 años y muchas enfermedades se suelen producir cuando se interrumpe o disminuye el proceso normal de metilación del ADN por factores genéticos o ambientales, como el estrés y el consumo de drogas en edades tempranas. Analizar los cambios de manera rápida y confiable puede contribuir significativamente al desarrollo de terapias personalizadas, por ende contar con los métodos adecuados para su seguimiento es importante.

La nanotecnología nos permite conocer nuestro genoma mediante la secuenciación de ADN (natura) haciendo pasar la cadena de ADN por movilidad electroforética a través de un nanoporo hecho en grafeno, por acción del campo eléctrico. Por tener el grafeno un espesor de solo un átomo, al pasar cada una de las bases nitrogenadas (A, C, G, T), cambia la conductividad eléctrica y se va “leyendo” su secuencia. Mientras que el ADN, con carga negativa, migra direccionalmente en el campo eléctrico.  El citado método también permite  realizar mapeos de las modificaciones en el ADN y el ARN (nurtura). 

No ocurre lo mismo con las proteínas. Estás constan de bloques de construcción con diferentes cargas netas debido a la distinta cantidad aminoácidos con grupos laterales ionizables aportantes a su carga total. Como resultado, no es posible un movimiento dirigido en el campo eléctrico para el "barrido" de aminoácido por aminoácido, tal como sucede con las bases del ADN. Recientemente, científicos Universidad de Freiburg se basaron en un enfoque diferente, han logrado caracterizar los cambios químicos de las modificaciones epigenéticas de la proteína histona H4, mediante su análisis utilizando nanoporos hechos a medida, una especie de trampa molecular para distinguir claramente fragmentos de histonas sin y con distintos grados (cantidad) de acetilación.

Aunque existen otras técnicas, el dominio en el manejo tecnológico de los nanoporos no solo permite establecer el genoma (natura) por movilidad haciendo pasar la cadena de ADN a través de un nanoporo hecho en grafeno por acción del campo eléctrico, también permite estudiar modificaciones epigenéticas (nurtura) en las histonas mediante trampas moleculares de nanoporosas para diferenciar fragmentos con distintos grados de acetilación.

La tercera N, la Nanotecnología nos ayuda a comprendernos mejor a través del fino equilibrio molecular entre nuestra natura y nuestra nurtura.

 

Bibliografía.

El futuro no está en los genes: hablamos de epigenética. Helena González Burón. Científicos sobre ruedas. Editorial Ateneo. 2015. Argentina.

Global Epigenomic Reconfiguration During Mammalian Brain Development. Ryan Lister y col. Science. 9 de agosto 2013. Vol 341,página 6146.

Resolving Isomeric Posttranslational Modifications Using a Biological Nanopore as a Sensor of Molecular Shape. Tobías Ensslen y col. 25 de agosto 2022. J. Am. química Soc. 144 , 35 , 16060–16068

Mapping RNA modifications with nanopore. Nature Nanotechnology. Vol. 17, página 9, septiembre 2022

Alberto Luis D’Andrea
Alberto Luis D’Andrea

Director de Nanotecnología y Nuevas Tecnologías de la Universidad CAECE (Buenos Aires, Argentina). Profesor y Doctor en Ciencias Químicas egresado de la Universidad de Buenos Aires (UBA). Posgrado de Ingeniería Biomédica dictado en conjunto por la Fundación Favaloro y la Facultad de Medicina (UBA). Presidente de la Confederación Argentina de Biotecnología (CAB) y de la Confederación Argentina de Nanotecnología (CAN). Coordinador de la Comisión de Biotecnología y Nanotecnología del Colegio de Ingeniería Agronómica (CPIA). Autor de numerosos trabajos de investigación en revistas internacionales, libros relacionados con la docencia y artículos en diarios y revistas. Últimos libros: La Convergencia de las Tecnologías Exponenciales & la Singularidad Tecnológica (2017) y Pensar el siglo XXI (2022). Creador y redactor del periódico online Biotecnología & Nanotecnología al Instante. Creador y columnista del ex programa radial Café Biotecnológico (Radio Cultura) y del actual Que lo nuevo no te sorprenda (Ambiente Radio).

http://albertodandrea.blogspot.com.ar 

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Una visión del futuro desde la nanotecnología.

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