Biología molecular

Biología molecular: idea central

La biología molecular estudia, desde el punto de vista molecular, las interacciones y procesos que ocurren en los seres vivos y su regulación. En este campo convergen la bioquímica, la genética y la biología celular.

Se centra en el flujo de información genética y en la composición, estructura y funciones de dos macromoléculas (material hereditario y su intermediario), además de las moléculas responsables de múltiples funciones vitales.

Macromoléculas clave y expresión génica

• Información hereditaria: se preserva y se transmite mediante una macromolécula formada por una secuencia de cuatro bases (A, T, G y C).
• Intermediario informacional: molécula similar que traslada la información para la síntesis de proteínas; en su secuencia, la timina se sustituye por uracilo.
• Moléculas funcionales: formadas por aminoácidos; el orden de estos queda determinado por la información contenida en los genes.

Dogma central y su actualización

El dogma central, enunciado por Francis Crick en 1970, explica el flujo de información genética en las células como punto de partida de la biología molecular.

• La información del material hereditario se usa como molde para generar el intermediario (proceso de transcripción).
• El intermediario se interpreta para formar proteínas (proceso de traducción).
• Las proteínas determinan estructura y función celular; la célula es la unidad funcional más pequeña de un ser vivo.

Actualmente, este esquema se ha modificado al reconocerse la transcripción inversa (por ejemplo, en algunos virus de ARN que requieren generar una molécula de ADN para infectar) y la posibilidad de obtener proteínas a partir de moléculas de ADN.

Código genético: de “letras” a proteínas

El código genético es el conjunto de reglas que explica cómo se traduce la información del intermediario en proteínas. Las cuatro “letras” se combinan para formar “palabras” de tres letras llamadas codones, y cada codón especifica un aminoácido que se incorporará a la secuencia proteica.

Este código es común en todos los seres vivos. Por ello, una célula contiene la información necesaria para producir distintos tipos de proteínas, responsables de funciones vitales.

Técnicas y aplicaciones de la biología molecular

Las técnicas de biología molecular permiten determinar, aislar y manipular material hereditario, intermediarios y proteínas. Se clasifican según la molécula de estudio:

• PCR: genera millones de copias de un pequeño segmento mediante ciclos a distintas temperaturas en un termociclador; se usa en diagnóstico de enfermedades infecciosas, análisis forenses, pruebas de paternidad y diagnóstico de enfermedades hereditarias.
• PCR cuantitativa: monitoriza la amplificación durante cada ciclo para estimar la cantidad inicial de material genético; se utiliza para la detección del SARS-CoV-2.
• Secuenciación: determina el orden exacto de bases (A, C, G y T/U). La secuenciación de nueva generación permite secuenciar genomas completos en poco tiempo y a un coste no elevado, con aplicaciones como diagnóstico y seguimiento de enfermedades genéticas, detección de mutaciones, diagnóstico prenatal y preimplantacional, identificación de especies y secuenciación de ADN fósil.
• Hibridación in situ (FISH): marca una secuencia que, al unirse con su complementaria en tejido o célula, emite señal detectable; se emplea en alteraciones cromosómicas, cáncer, enfermedades infecciosas y monitorización de enfermedades.
• Inmunohistoquímica (ELISA, entre otras): detecta proteínas específicas mediante anticuerpos marcados; la unión antígeno-anticuerpo genera una señal observable. Se usa en test de antígenos y serológicos, test de embarazo (gonadotropina coriónica), análisis de insulina y dopaje, y para detectar células tumorales y diferenciar tipos tumorales.

Del gen al genoma: Proyecto Genoma Humano y medicina de precisión

El conocimiento de la estructura del material hereditario, el desciframiento del código genético, el desarrollo de técnicas moleculares y la automatización impulsaron el estudio del “comportamiento” génico en el origen de enfermedades, facilitando aproximaciones diagnósticas, terapéuticas y pronósticas.

En 1990 surgió el Proyecto Genoma Humano, con el objetivo de conocer el genoma completo, determinar la secuencia de pares de bases, mapear genes e identificar el ADN codificante. En 2003 se publicó la secuencia completa, incluyendo el orden de bases, mapas de ubicación de genes y mapas de ligamiento para seguir la transmisión de rasgos hereditarios.

Los hallazgos impulsaron nuevos métodos diagnósticos y tratamientos, bases de datos internacionales y herramientas de análisis. Además, un proceso que tomó 13 años puede realizarse hoy en 24 horas a un coste mucho menor.

El conocimiento genómico ha permitido proponer determinantes genéticos que podrían influir en la infección por COVID-19 y explicar diferencias en la forma de enfermar y el pronóstico. Este avance favoreció el desarrollo de la Medicina Personalizada de Precisión, orientada a una aproximación preventiva, diagnóstica y terapéutica más adecuada para cada paciente.