03 Genes y cromosomas

C. H. Waddington: «La teoría de Morgan relativa a los cromosomas supone un gran salto imaginativo, comparable a los descubrimientos de Galileo o Newton».

Cuando T. H. Morgan (1866-1945) comenzó a experimentar con la mosca de la fruta en 1908, no aceptaba las teorías de Darwin ni de Mendel. A pesar de que estaba convencido de que existía alguna forma de evolución biológica, dudaba de que fuera debida a la selección natural y a la herencia mendeliana. No obstante, los resultados que obtuvo más adelante le convencieron de que ambas teorías eran realmente correctas, y ello le permitió descubrir la arquitectura celular que hace que los distintos rasgos puedan transmitirse de una generación a la siguiente.

Morgan no solamente demostró que los fenotipos se heredan de la forma que proponía Mendel, sino también que las unidades de la herencia residen en los cromosomas. Estas estructuras, localizadas en el interior del núcleo de las células y de las que el ser humano posee 23 pares, habían sido descubiertas en la década de 1840, pero su función era desconocida. En 1902, el biólogo Theodor Boveri y el genetista Walter Sutton propusieron de manera independiente la posibilidad de que los cromosomas fueran los portadores del material correspondiente a la herencia, lo que generó una gran controversia. Aunque Morgan estaba entre los escépticos, su mosca de la fruta demostró lo contrario. Morgan proporcionó la evidencia física que consolidó la revolución mendeliana.

El campo de estudio que se abrió a continuación tenía ahora un nombre. Mendel había denominado «factores» a los códigos correspondientes a los rasgos hereditarios, pero en 1889 (antes de que se iniciara el redescubrimiento del trabajo de Mendel) Hugo de Vries había utilizado el término «pangén» para describir «la partícula de representación más pequeña de una característica hereditaria». En 1909, Wilhelm Johannsen propuso una expresión más elegante, la de gen, y también los términos de «genotipo» para describir la constitución genética de un organismo y de «fenotipo» para indicar las características físicas a que dan lugar los genes. William Bateson, biólogo inglés, puso en orden toda esa información e inició con ello una nueva ciencia: la genética.

Los hilos de la vida Tal como los conocemos en la actualidad, los cromosomas son una especie de hilos constituidos por cromatina (una combinación de ácido desoxirribonucleico [ADN] y de proteínas), que se localizan en el núcleo de la célula y que son los portadores de la mayor parte de la información genética de la célula (una pequeña parte se localiza en otras zonas, como las mitocondrias y los cloroplastos). Los cromosomas se suelen representar en forma de bastoncillos con una zona estrecha y pequeña en su parte media, aunque realmente sólo adoptan esta configuración durante la división celular. La mayor parte del tiempo son estructuras en forma de cordones laxos y alargados, como collares de tela. Los genes serían pequeñas incrustaciones de color entretejidas en el diseño.

El número de cromosomas difiere en cada especie y, de manera casi invariable, se agrupan formando parejas: cada individuo hereda una copia de su madre y otra de su padre. Solamente las células reproductivas, denominadas gametos (en los animales, los óvulos y los espermatozoides) contienen un conjunto único de cromosomas. Los cromosomas habituales que aparecen en forma de parejas se denominan autosomas, y el ser humano posee 22 pares; la mayor parte de los animales también posee un par de cromosomas diferentes en los individuos de sexo masculino y en los de sexo femenino. En el ser humano, las personas que heredan dos cromosomas X son mujeres, mientras que las que heredan un cromosoma X y un cromosoma Y son hombres.

En la década de 1880 se introdujeron técnicas de tinción que permitían visualizar la cromatina y que facilitaron al embriólogo y citólogo Edouard van Beneden observar que los cromosomas maternos y paternos de cada célula se mantienen separados a lo largo de la división celular, un descubrimiento que permitió a Boveri y Sutton proponer su función en la herencia mendeliana. Si los genes se localizaban en el interior de cromosomas concretos que procedían de cada progenitor, esto podría explicar el hecho de que los rasgos recesivos se conservaran en una fase latente y que pudieran reaparecer en generaciones posteriores.

La mosca La propuesta de Boveri y Sutton demostró ser cierta a través de los trabajos de uno de sus mayores críticos, Morgan. El instrumento para ello fue la humilde mosca de la fruta, Drosophila melanogaster (término latino que significa «vientre negro y amante del rocío»). Las hembras pueden poner diariamente 800 huevos y su rápido ciclo reproductivo (que puede dar lugar a una nueva generación cada 15 días) permitió que en el laboratorio de Morgan se llevara a cabo el cruzamiento de millones de insectos con el objetivo de evaluar los patrones de herencia.

Drosophila tiene habitualmente los ojos rojos, pero en 1910 Morgan observó entre sus insectos un único macho con los ojos blancos. Cuando cruzó este mutante con una hembra de ojos rojos, su progenie (la generación F₁) estuvo constituida en su totalidad por individuos de ojos rojos. Después, estas moscas fueron cruzadas entre sí para producir la generación F₂, en la que aparecieron los rasgos recesivos de Mendel. Entonces reapareció el fenotipo de los ojos blancos, pero sólo en cerca de la mitad de los machos y en ninguna de las hembras. Este resultado parecía indicar que el rasgo del color de los ojos estaba ligado al sexo.

En el ser humano el sexo está determinado por los cromosomas X e Y, de manera que las mujeres poseen dos cromosomas X y los hombres un cromosoma X y otro Y. Los óvulos contienen siempre un cromosoma X, mientras que los espermatozoides pueden ser portadores de un cromosoma X o de un cromosoma Y. Dado que el cromosoma X influye en el sexo de la mosca de la fruta de una manera similar, Morgan se dio cuenta de que sus resultados podían quedar explicados si el gen mutante que había dado lugar a la aparición del color blanco en los ojos era recesivo y se localizaba en el cromosoma X.

En la generación F₁, todas las moscas tenían los ojos rojos debido a que habían heredado un cromosoma X procedente de una hembra con ojos rojos y, por tanto, poseían un gen dominante que codificaba el color rojo. Las hembras eran todas portadoras del gen recesivo, que no se había expresado. Sin embargo, ninguno de los machos lo poseía.

En la generación F₁ todas las hembras tenían los ojos rojos debido a que habían recibido por parte de su progenitor macho de ojos rojos un cromosoma X que poseía el gen dominante; incluso aunque la hembra progenitora fuera portadora de un cromosoma X mutante y lo hubiera transmitido, en esta generación no hubo individuos con los ojos blancos debido a que el rasgo era recesivo. Sin embargo, entre los machos de la generación F₂, la mitad de los que habían recibido un cromosoma X mutante de su progenitor hembra tenían los ojos blancos: carecían de un segundo cromosoma X que anulara los efectos del gen recesivo.

Morgan había descubierto un fundamento clave. Muchas enfermedades del ser humano, como la hemofilia y la distrofia muscular de Duchenne, siguen este patrón de herencia ligada al sexo: los genes mutados responsables se localizan en el cromosoma X y, por tanto, estas enfermedades afectan casi exclusivamente a personas de sexo masculino.

Ligamiento genético A medida que Morgan estudiaba con mayor detalle la mosca Drosophila, su equipo observó docenas de rasgos que parecían estar localizados en los cromosomas. Las mutaciones ligadas al sexo se podían detectar con mayor facilidad, pero al cabo de poco tiempo fue posible cartografiar también los genes en los autosomas. Los genes que se localizan en el mismo cromosoma tienden a heredarse de forma conjunta. Mediante el estudio de la frecuencia de coherencia de ciertos rasgos de la mosca, los «drosofilistas» de Morgan pudieron demostrar que ciertos genes se localizan en el mismo cromosoma, e incluso fueron capaces de calcular la distancia relativa que había entre ellos. Cuanto más próximos se disponían dos genes, mayores posibilidades había de que fueran heredados conjuntamente. Este concepto se denominó ligamiento genético y representa todavía un elemento clave para la detección de los genes que causan las distintas enfermedades genéticas.

Morgan se había equivocado respecto a Mendel, respecto a Boveri y Sutton, y también respecto a Darwin. Sin embargo, no era una persona testaruda en lo relativo a sus errores. En vez de ello, utilizó los datos experimentales para superar todos los obstáculos y desarrolló una idea fundamental. Su conversión científica es un ejemplo perfecto de una de las mayores virtudes de la ciencia: a diferencia de lo que ocurre en la política, cuando aparecen hechos que introducen cambios reales, los científicos cambian su manera de pensar.

La idea en síntesis: los genes se localizan en el interior de los cromosomas