Soñamos con vivir para siempre. Esperamos poder clonar a su mascota favorita, como sucedió con la oveja Dolly. Queremos caminar por el "Parque Jurásico", observar dinosaurios y mamuts, ver el extinto moa, el dodo y otras criaturas.
Beth Shapiro, profesora del Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad de Santa Cruz en California, nos cuenta la fascinante historia de la ciencia moderna de la recreación de especies.
Tan pronto como muere cualquier organismo, su ADN comienza a colapsarse inmediatamente bajo la influencia de la radiación ultravioleta y las bacterias, por lo que no puede tomar una célula y clonar un animal extinto. Los investigadores tienen que lidiar con una tarea difícil: están tratando de armar un rompecabezas en el que algunas de las piezas de ADN se pierden.
Averigüemos si necesitamos revivir las especies extintas (Beth Shapiro está segura de que vale la pena), qué dificultades nos esperan en el camino y a qué puede conducir.
Extracto
CREANDO CLONES
Cuando trabajas en la tundra, a nadie le importa que cantes falsamente en voz alta, paseando por un río sinuoso. Nadie se ríe de las cinco capas de ropa que llevas puestas, y no se burla de la variedad de redes que te enredaste en tu último intento condenado de mantener a los mosquitos fuera de tu cuerpo. Nadie conduce con una oreja cuando su experimentado helicóptero Mi-8 hace un aterrizaje inesperado en medio de la tundra siberiana para recoger a una pareja de habla francesa con un niño de cinco años y un gran refrigerador rojo.
Aprendí todo esto en el verano de 2008, durante lo que recuerdo con cariño como mi temporada de caza de huesos más extraña y menos exitosa. Ese verano pasamos varias semanas en un pequeño campamento rodeado de lagos en la tundra de las tierras bajas de la península de Taimyr. Cazamos mamuts.
La expedición a Taimyr fue dirigida por Bernard Buig, un explorador del Ártico experimentado y en el buen sentido, y no había razón para creer que fracasaríamos. Durante décadas, Bernard lideró la empresa Cerpolex (de la expedición francesa de los CERLES POLaires) y lideró expediciones por tierra en Siberia y el Polo Norte. Estas expediciones comenzaron en su base bien equipada en Khatanga, una pequeña ciudad rusa en el río Khatanga en el territorio de Krasnoyarsk. A principios de la década de 2000, Bernard cambió a expediciones de naturaleza más científica y fundó la organización Mammuthus (latín "mamut") bajo Zerpolex, cuyo propósito declarado era explorar y glorificar el Ártico y sus numerosos tesoros. Sin embargo, como sugiere el nombre de esta organización, el foco de su atención especial fue la búsqueda de los restos momificados de mamuts y la promoción de su investigación. La formación de Mammuthus fue un paso emprendedor, o simplemente muy oportuno, ya que desde principios de este siglo las momias de mamuts y otros gigantes antiguos de la edad de hielo comenzaron a encontrarse sorprendentemente a menudo en el permafrost de Siberia.
Habiéndose reunido con Bernard, era imposible no estar seguro tanto de sus cualidades de liderazgo como del éxito de la expedición. Para 2008, Bernard tenía docenas de años de experiencia trabajando en la tundra siberiana. Tenía energía y entusiasmo inagotables, conocía bien las dificultades de la logística cuando trabajaba en Siberia (y sabía cómo sortear estas dificultades), y también poseía una gran colección de chaquetas abrigadas. Lo más importante, colaboró con la población local durante mucho tiempo, y esto de alguna manera explica por qué a menudo fue el primero en obtener acceso a las momias de mamuts recientemente descubiertas. Todo indicaba que la expedición debería tener éxito.
Nuestra aventura comenzó en la casa siberiana de Bernard en Khatanga. Khatanga es un lugar inusual. Este es uno de los puntos más septentrionales del mundo donde vive la gente. Aunque la población de la ciudad es de menos de 3,5 mil personas, hay un aeropuerto, un hotel y un museo de naturaleza y etnografía, lleno de exhibiciones relacionadas con las personas que viven en esta área y su historia. Khatanga también tiene varios restaurantes que sirven carne local de animales sazonados con eneldo, y varias pequeñas tiendas que venden zanahorias con signos de congelación por $ 8, ametralladoras semiautomáticas y una elegante variedad de chicles con sabor. Las carreteras y las riberas de los ríos están llenas de mecanismos desconocidos, algunos de los cuales aún pueden estar funcionando. La gente vive en cualquier parte, en pequeñas cabañas de madera y en grandes edificios de apartamentos e incluso en contenedores de transporte, los que se utilizan en los buques portacontenedores para transportar mercancías a través del océano. Incluso la casa de Bernard consistía parcialmente en contenedores de transporte conectados entre sí y, presumiblemente, bien aislados del medio ambiente. Al final, la ciudad se encuentra a 71 grados de latitud norte, y los inviernos en Khatanga son oscuros y fríos, con una temperatura mínima mensual promedio de alrededor de –35 ° C y una ausencia total de luz solar durante muchos días en diciembre y enero. Es cierto que estuvimos allí de julio a agosto, y la temperatura del aire fluctuó dentro de un rango aceptable de 5-15 ° C, y el sol brilló durante todo el día. Por supuesto, varios mosquitos dieron vueltas, arruinando el resto de la maravillosa atmósfera. Más precisamente, varios cientos de mosquitos.
Por centímetro cúbico de aire.
Bernard, su esposa Sylvia y su sobrino Pete de veinte años, varios rusos que trabajan para Bernard, una directora francesa y su novio, así como una colección completa de científicos con una amplia variedad de intereses con respecto a los animales de la edad de hielo participaron en nuestra expedición. El científico más antiguo de nuestro grupo fue Dan Fisher, un especialista en mamuts y profesor de la Universidad de Michigan. Dan es un experto mundial en su campo: al examinar los patrones de crecimiento de los colmillos de mamut, puede determinar el género, la historia reproductiva, el estilo de vida e incluso la causa de la muerte de los animales. Dan también mide la cantidad de isótopos estables de elementos químicos, carbono y nitrógeno, acumulados en el colmillo de mamut a medida que crece. Estos isótopos forman un registro casi continuo de cambios en la dieta del mamut y en su entorno. Adam Rountry y David Fox, previamente entrenados con Dan, también trabajaron con nosotros. Finalmente, había dos investigadores de ADN entre nosotros: Ian Barnes y yo, que entonces impartíamos clases en el Royal Holloway College de la Universidad de Londres, pero lo conocí cuando trabajaba en mi disertación en la Universidad de Oxford.
Dan, David y Adam soñaban con encontrar colmillos, mientras que Ian y yo esperábamos huesos de mamut. Los colmillos son más adecuados para el análisis de isótopos, pero contienen muy poco ADN. Ian y yo también estábamos interesados en todos los animales que vivían en Taimyr durante los períodos de glaciación, por lo que no estábamos estrictamente enfocados en recolectar huesos de mamut.
Por razones que seguían siendo un misterio para mí, y a pesar de las promesas hechas a Bernard antes de llegar a Khatanga, tuvimos que esperar una semana entera por el helicóptero. Nos instalamos temporalmente en Bernard y, para matar el tiempo, comenzamos a estudiar Khatanga. Nos probamos muchas chaquetas abrigadoras y mosquiteras. Paseamos por las calles, burlándonos de los perros locales y tratando de desentrañar el propósito de varios mecanismos. Instalamos trampas para insectos y determinamos los tipos de los que llegaron allí. Perforamos agujeros en varios huesos de la colección Bernard para nuestro equipo de filmación y para el beneficio de futuros proyectos de investigación. Mientras esperábamos, Bernard organizó y participó en una reunión tras otra con su grupo de científicos y especialistas en logística rusos. Estas reuniones fueron vívidas y emocionantes: los mapas gigantes no cabían en las mesas, las conversaciones se convirtieron en un tono elevado, se llevaron a cabo conciliaciones con antiguos documentos científicos que describían los límites geográficos de glaciaciones pasadas, se vertió vodka en vasos y se hizo un plan para una futura excursión.
Finalmente, llegó el helicóptero y llegó el momento de volar al campo. Recolectamos comida, combustible y cosas, y manejamos desde la casa de Bernard directamente al aeropuerto. Nos abrimos paso a través del control de seguridad hasta la pista y nos encontramos cara a cara con nuestro próximo vehículo: el querido helicóptero Mi-8. Alrededor de una cuarta parte del espacio ya estaba ocupado por dos enormes cilindros de gas. Pasando por los cilindros, arrojamos dentro de nuestro equipo de campamento, cámaras y equipos de iluminación para filmar, dos grandes botes inflables y dos motores fuera de borda con una capacidad de 250 caballos de fuerza cada uno, suministros de arroz y alimentos desconocidos congelados, suficientes para alimentar a veinte personas durante seis semanas , una lata gigante de gasolina para cocinar y vodka en una cantidad suficiente para sentir felicidad durante al menos un día. Alrededor de un tercio de las ventanas faltaban en el helicóptero Mi-8, presumiblemente haciendo que sea más fácil fumar a bordo.
Después de cargar todas nuestras cosas, subimos y nos acomodamos en bancos debajo de las ventanas, así como en la parte superior de cosas y cilindros de gas. El último en abordar fue Pasha, el perro de nuestro cocinero, un husky siberiano de un año. Pasha expresó su preocupación por participar en nuestra expedición, tratando de fusionarse con la cubierta de la pista debajo de la rampa. Compartí las dudas de Pashin sobre cuál es mejor: ser tragado por la pista o volar hacia el cielo en el Mi-8. Cuando quedó claro que la tira no quería absorber a Pasha, huyó. El cocinero y uno de los pilotos salieron, fumó varios cigarrillos, atrapó a Pasha, lo recogió por el medio de la rampa, de alguna manera logró extrañarlo, lo atrapó nuevamente, lo tranquilizó lo suficiente como para arrastrarlo hasta el final de la rampa y llevarlo a la puerta. y finalmente nos instalamos en la cabina. Ante las exclamaciones alegres y el aullido desesperado de Pasha despegamos del suelo y volamos hacia la tundra.
Transferencia nuclear somática
Si ya se han acumulado tantos huesos en colecciones de todo el mundo, ¿por qué necesitamos salir al campo para encontrar más? ¿Por qué lidiar con helicópteros rotos, minas de oro, veinticuatro horas de luz y nubes de mosquitos? La respuesta es simple: los mejores huesos son aquellos que nos llegaron directamente de la tundra helada. Queremos encontrar huesos que nunca se hayan descongelado. Contienen las células mejor conservadas con el ADN mejor conservado.
No somos el único grupo de científicos que pasan sus veranos en el Ártico en busca de los restos de animales de la edad de hielo o que pasan el tiempo en campos de oro, pero me complace pensar que tenemos el enfoque más sensato de los negocios. Por ejemplo, sabemos que no estamos buscando células que puedan ser clonadas. Todo lo que los científicos saben sobre la clonación de animales usando células somáticas (es decir, no son espermatozoides ni óvulos) sugiere que la clonación funcionará solo si la célula contiene un genoma intacto. No se encontró una sola célula en los restos de animales extintos encontrados en el hielo de la tundra.
La destrucción del ADN comienza inmediatamente después de la muerte del cuerpo. Las células vegetales y animales contienen enzimas cuya tarea es romper los enlaces dentro de la molécula de ADN. Estas enzimas, llamadas nucleasas, se encuentran en las células, el líquido lagrimal, la saliva, el sudor e incluso en la punta de los dedos. Mientras vivimos, las nucleasas son críticas para nosotros. Destruyen los microbios patógenos que ingresan a nuestros cuerpos antes de que nos causen algún daño. Reparan el ADN dañado, permitiendo que nuestras células reparen lo que se rompió. Y después de la muerte de nuestras células, las nucleasas destruyen su ADN, por lo que es más fácil para nuestro cuerpo deshacerse de ellas. En otras palabras, las nucleasas evolucionaron de tal manera que permanecieron activas después de que la célula muere, y esta es una mala noticia para aquellos que desean clonar un mamut.
En el laboratorio, no permitimos que las nucleasas destruyan el ADN que estamos tratando de aislar, ya sea sumergiendo una muestra nueva en una solución de inhibidores químicos o sometiéndola a congelación rápida. El Ártico es un lugar frío, pero no lo suficientemente frío como para congelar algo (especialmente tan grande como un mamut) lo suficientemente rápido como para proteger el ADN de la descomposición. Además, las nucleasas son producidas por todos los organismos vivos, incluidas las bacterias y los hongos, que colonizan los cuerpos en descomposición de los animales muertos. Por lo tanto, la posibilidad de que los genomas de cualquier célula puedan permanecer completamente intactos durante mucho tiempo después de la muerte es pequeña. Sin un genoma intacto, la clonación de mamut no funcionará. Más precisamente, no será posible clonar un mamut por transferencia nuclear somática.
La transferencia nuclear somática es un nombre aburrido, pero bastante apropiado para el proceso, gracias al cual tenemos, en particular, el clon más famoso: la oveja Dolly (Fig. 8). Dolly fue clonada por científicos del Instituto Roslyn en Escocia en 1996. Los científicos extrajeron el núcleo, la parte de la célula que contiene el genoma, de una célula de la glándula mamaria tomada de una oveja adulta, y colocaron este núcleo en el huevo preparado de otra oveja adulta. Luego, este óvulo se convirtió en el útero de otra hembra adulta en un individuo completamente sano de este tipo. Es importante señalar que la oveja clonada por transferencia nuclear era genéticamente idéntica al animal que se convirtió en el donante de la célula de la glándula mamaria y no tuvo nada que ver con su madre sustituta o la oveja de la que se extrajo el óvulo.
Para comprender las complejidades de este proceso, debe aprender algo sobre las células. Nuestros cuerpos (y los cuerpos de otros organismos vivos) están compuestos por tres tipos básicos de células: madre, genital y somática. Somático: sobre todo, estos incluyen células de la piel, células musculares, células cardíacas, etc. Las células somáticas tienen un conjunto diploide de cromosomas, lo que significa que contienen dos copias de cada cromosoma, una de la madre y otra del padre. Las células somáticas también tienen una especialización: pueden ser células cerebrales, células sanguíneas o células mamarias, similares a las utilizadas para crear Dolly. Otra categoría de células son las células germinales primarias (gonocitos), a partir de las cuales se forman los gametos: espermatozoides y óvulos. Los gametos tienen un conjunto haploide de cromosomas, es decir, contienen solo una copia de cada cromosoma. Con una reproducción sexual normal, dos gametos haploides se fusionan en el momento de la fertilización, formando un cigoto diploide, a partir del cual se desarrolla el embrión.
En la transferencia nuclear, se omite la etapa de fertilización y fusión de gametos. En cambio, ocurre un proceso llamado enucleación, durante el cual se elimina el genoma del huevo haploide. Luego, el núcleo diploide de la célula somática (en el caso de Dolly, células de seno) se coloca en su lugar.
Bajo reproducción sexual normal de mamíferos, el cigoto formado durante la fertilización contiene células que no tienen ninguna especialización. Dichas células no especializadas pertenecen a la tercera categoría y se denominan células madre. Las células madre que forman el cigoto en una etapa temprana de su desarrollo se denominan totipotentes, porque pueden convertirse en células de cualquier tipo y, por lo tanto, pueden dar lugar a un organismo vivo completo. Con el desarrollo posterior del embrión, las células se multiplican y comienzan a diferenciarse, es decir, realizan funciones más especializadas en el cuerpo. En una de las primeras etapas del desarrollo embrionario, las células madre totipotentes pierden su capacidad de convertirse en células de cualquier tipo, pero aún no tienen una especialización clara. Ahora estas células se llaman pluripotentes. Las células madre pluripotentes de mamíferos, por ejemplo, pueden transformarse en células de cualquier tipo, excepto placentarias.
Las células madre pluripotentes son de particular interés para la ciencia, ya que pueden usarse para tratar a las personas. Cuando las células madre se dividen, producen otras células madre o somáticas especializadas. Esto significa que son potencialmente capaces de reemplazar células enfermas o dañadas. Las células madre se pueden encontrar no solo en el embrión en desarrollo, sino también en todos los tejidos del cuerpo adulto. Las células madre adultas tienden a ser más especializadas que las embrionarias, pero a pesar de esto, son fundamentales para reparar los tejidos dañados y renovarlos. Para fines médicos, a menudo se toman células madre adultas. Por ejemplo, las células madre hematopoyéticas pueden convertirse en varios tipos de células sanguíneas, y se usan en el tratamiento de enfermedades de la sangre, incluida la leucemia.
Volvamos a la clonación por transferencia nuclear. Las células somáticas, a diferencia de las células madre, son altamente especializadas. No pueden convertirse en diferentes tipos de células, ya que representan el punto final del proceso de diferenciación. Las células somáticas tienen una función específica, y sus mecanismos celulares están adaptados a la calidad de este trabajo. En una célula somática tomada de la glándula mamaria de una oveja, solo se expresan aquellas proteínas que necesita expresar para cumplir la función de una célula de la glándula mamaria y, por lo tanto, solo se incluyen en ella los genes que codifican estas proteínas.
Para que una célula somática pueda convertirse en un organismo vivo completo, debe "olvidar" todo acerca de su especialización y diferenciarse. Debería volver a convertirse en una célula madre embrionaria.
Aunque podría decirse que Dolly es el animal más conocido nacido de la transferencia nuclear somática, no fue el primer clon creado de esta manera. En los años 50 y 60 del siglo XX, John Gerdon, de la Universidad de Oxford, demostró que los huevos de rana se desarrollan en ranas incluso después de que los núcleos de estas células se hayan eliminado y reemplazado por núcleos de células somáticas. Aunque en ese momento el mecanismo de este fenómeno no se entendía bien, la observación clave de Gerdon fue que el huevo de alguna manera inicia el proceso de desdiferenciación de la célula somática, y este último "olvida" qué tipo de célula era antes. En 2012, Gerdon recibió el Premio Nobel por este descubrimiento junto con Xinya Yamanaka de la Universidad de Kyoto.
Más tarde, Yamanaka descubrió que la misma pluripotencia (desdiferenciación de las células somáticas) se puede lograr in vitro, es decir, en un cultivo de tejidos en condiciones de laboratorio, al agregar a la célula un conjunto de factores de transcripción, que son proteínas que se unen a secciones específicas de ADN y controlan qué genes deberían encender y cuando. Dichas células se denominan células madre pluripotentes inducidas (iPSC).La transferencia nuclear se utiliza para clonar ovejas, vacas, cabras, ciervos, gatos, perros, ranas, hurones, caballos, conejos, cerdos y muchos otros animales. La clonación de animales con propiedades específicas deseadas también está ganando popularidad. Los servicios comerciales para clonar mascotas y crear descendencia clonada de caballos campeones se publicitan ampliamente en Internet. Los primeros resultados ya son visibles: a finales de 2013, el caballo Shaw Mi de seis años, un clon de la yegua Sage, que actuó en el polo ecuestre, se convirtió en el campeón de la Triple Corona en Argentina, posiblemente iniciando así una nueva era en la cría de animales para espectáculos y deportes.Sin embargo, la clonación por transferencia nuclear tiene una baja eficiencia. Dolly fue el único embrión de los 277 creados en el Instituto Roslyn, que vivió para ver su nacimiento. Una yegua llamada Prometeo, el primer caballo clonado que nació, fue el único embrión de 841 que se convirtió en un individuo de pleno derecho de este tipo. Snuppi, un macho afgano, clonado por el científico coreano Hwan U Sok, fue uno de los dos cachorros nacidos después de que 1095 embriones fueron implantados por 123 madres sustitutas diferentes, y el único que vivió más de unas pocas semanas. En todos estos casos, los científicos tuvieron acceso a un número potencialmente infinito de células somáticas tomadas de animales vivos.Los mamuts vivientes no existen.»Se puede encontrar más información sobre el libro en
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