Proyecto MorPhiC: los biólogos investigan 20.000 genes humanos inexplorados

Los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. han puesto en marcha un estudio sin precedentes sobre las funciones del material hereditario humano. El consorcio MorPhiC creará por primera vez en la historia de la ciencia un catálogo completo que describirá el papel de cada gen en el organismo, incluyendo sus interacciones entre sí.

Las tecnologías actuales permiten estudiar el código genético humano con gran detalle, pero las funciones de la mayoría de las unidades hereditarias siguen siendo un misterio. De los aproximadamente 20.000 segmentos de ADN que codifican proteínas, los científicos comprenden bien el funcionamiento de solo una pequeña parte, principalmente aquellos relacionados con diversas enfermedades. Las demás secuencias, aunque son esenciales para la vida del organismo, permanecen prácticamente inexploradas.

La primera fase del proyecto, que comenzó en 2022, abarcará mil elementos genéticos. Paralelamente, se creará una infraestructura de información para el intercambio de datos y la verificación de resultados. Los investigadores planean utilizar diversos métodos de edición del genoma, desactivando secuencias de ADN una por una para observar cómo esto afecta el comportamiento de los tejidos.

Las células del cuerpo humano pueden compararse con ciudades que nunca duermen. En el centro de cada una de ellas se encuentra el núcleo, una estructura con forma de hueso de durazno que contiene el ADN. Dentro, las moléculas están en constante movimiento, transformando la información genética en proteínas, las principales "fuerzas de trabajo" del organismo, responsables del metabolismo, la activación de la defensa inmunitaria y el transporte de oxígeno en la sangre.

Hasta hace poco, investigar un solo gen tomaba años. La situación cambió con la llegada de la secuenciación de ADN de alto rendimiento, una tecnología que permite leer rápidamente la secuencia de nucleótidos en la molécula del material hereditario. Esto aceleró la identificación de alelos, que son diferentes variantes de un mismo gen resultantes de mutaciones naturales. Algunos alelos no afectan en absoluto al organismo, otros determinan características individuales como el color de los ojos, y algunos pueden aumentar o reducir el riesgo de desarrollar enfermedades. Por ejemplo, ciertas variantes genéticas aumentan la probabilidad de padecer Alzheimer, mientras que otras versiones de los mismos genes protegen contra esta enfermedad.

La creación de grandes bases de datos con cientos de miles de genomas secuenciados ha ayudado a los científicos a comprender mejor la naturaleza de la salud humana. Ya han identificado más de 5.000 características del organismo que dependen de pequeñas diferencias en la estructura del ADN. Paralelamente, dos proyectos de gran envergadura, el Roadmap Epigenomics Mapping Consortium y la Encyclopedia of DNA Elements Project, han revelado cómo el organismo regula el funcionamiento del ADN en diferentes tejidos y en diversas etapas del desarrollo.

Sin embargo, la mitad de los genes humanos casi no se mencionan en las investigaciones científicas. Las estadísticas muestran un desequilibrio sorprendente: el 75% de todos los estudios se centran únicamente en una décima parte de los genes que codifican proteínas. El resto de las secuencias de ADN han resultado mucho más difíciles de estudiar. La razón es que un mismo gen puede funcionar de manera completamente diferente en distintos órganos. Aunque todas las células de nuestro cuerpo contienen el mismo conjunto de genes, cada tipo de tejido los activa y desactiva siguiendo su propio patrón único. Es por esto que, a partir de un mismo "plano genético", se forman estructuras tan diversas como los huesos, el músculo cardíaco o las células nerviosas del cerebro.

La estrategia principal de MorPhiC consiste en la creación de las llamadas "aleaciones nulas". En esencia, los científicos desactivarán completamente los genes uno por uno para comprender su función. Para los experimentos se han seleccionado células madre pluripotentes inducidas, que son células adultas de la piel o la sangre que han sido devueltas a un estado "juvenil" mediante métodos especiales. Al igual que las células madre embrionarias, tienen la capacidad de transformarse en cualquier tipo de tejido del organismo.

La edición genética se realizará con la ayuda de la moderna herramienta CRISPR. El equipo ha ideado varios enfoques: en algunos casos, modificarán directamente la secuencia del ADN, mientras que en otros bloquearán la actividad del gen sin alterar su estructura. Cada modificación se marcará con un "código de barras" molecular especial, que permitirá rastrear el destino de las células modificadas a lo largo de los experimentos.

Después de cada edición genética, se realizarán una serie de pruebas, incluyendo la secuenciación de ARN, proteínas y lípidos. Los especialistas evaluarán aspectos fundamentales de la vida celular, como la capacidad de crecimiento, regeneración y transformación en otros tipos celulares. Para garantizar la calidad, todos los centros comenzarán editando el mismo conjunto de secuencias de ADN.

En el marco del proyecto también se crearán tres centros científicos encargados de procesar y verificar los datos obtenidos. Estos centros desarrollarán estándares unificados para la realización de experimentos y el análisis de resultados, asegurando que toda la comunidad científica pueda acceder a esta información. Se prestará especial atención a la forma en que los genes interactúan entre sí. Por ejemplo, cuando el funcionamiento de un gen se ve alterado, esto puede desencadenar una reacción en cadena que afecta a otros genes. Tales cambios pueden influir en una amplia variedad de procesos en el organismo, desde la absorción de nutrientes hasta la defensa contra infecciones.