Genética de ida y de reversa, de reversa

Muchos de nosotros asociamos la investigación genética con los experimentos del monje botánico Gregor Mendel, con plantas de chícharos y con las investigaciones del genetista estadounidense Thomas Morgan con moscas de la fruta (Drosophila melanogaster Meigen). Gran parte del éxito de estos dos investigadores fue que utilizaron modelos biológicos con rasgos bien definidos y constantes que les permitieron encontrar las leyes de la herencia y abrir la puerta a la investigación genética clásica (directa), que consiste en aislar una característica visible particular para después tratar de encontrar cuáles son los genes o las variantes génicas responsables de ese fenotipo (rasgos observables de un organismo).

Fue Thomas Morgan quien, durante sus experimentos con la mosca de la fruta de ojos de color rojo (cepa silvestre), encontró a un macho con ojos color blanco (mutante). Morgan separó al macho de ojos blancos y después de realizar varias cruzas pudo introducir el fenotipo de ojos blancos en una cepa a la cual denomino white 1.

La obtención de la cepa white 1 fue una herramienta útil para que años después otros investigadores descubrieran que la cepa carecía del gen white. Este gen contiene la información necesaria para producir una proteína de membrana que funciona como un transportador. La proteína introduce los precursores de pigmentación en los compartimentos donde ocurre la formación final de los pigmentos que dan color al ojo de la mosca. Esta pigmentación se puede observar en forma de gránulos oscuros (electrodensos) con ayuda de un micros- copio electrónico. La mosca de ojo blanco presenta un cambio o mutación en el gen white y por ello no forma la proteína transportadora, por lo que, cuando las células del ojo de la mutante de ojo blanco se observan bajo el microscopio electrónico, se pueden distinguir gránulos de pigmento vacíos.

Desde hace un par de décadas, varios laboratorios en el mundo empezaron a diseñar métodos para realizar mutaciones de tipo deleción o eliminación de genes en varios organismos modelo, como la levadura del pan (Saccharomyces cerevisiae Meyen ex E.C. Hansen), en el gusano nematodo (Caenorhabditis elegans Maupas) y en la mosca de la fruta, entre otros. Por ejemplo, para la levadura, entre los años 1998 y 2002 se hicieron experimentos a gran escala para eliminar a cada uno de sus 6,000 genes; esta librería de mutantes se denominó Yeast Knockout Collection (librería de levaduras mutantes).

Así mismo, también se han aislado muchas mutantes deletéreas (del inglés deletion que significa borrar) para la mosca de la fruta, las cuales son resguardadas por el Bloomington Drosophila Stock Center (BDSC) con sede en Indiana, Estados Unidos. El BDSC es la institución con la colección de moscas más grande del mundo, que actualmente aloja a 77,000 diferentes cepas de mosca de la fruta, incluida la cepa white 1, que han mantenido desde 1909 hasta la actualidad, aún con la pandemia por SARS-CoV-2.

La disponibilidad de estas librerías de mutantes ha permitido realizar experimentos de genética reversa, en donde el investigador primero adquiere o genera una cepa mutante con un gen deletéreo o trunco y en un segundo paso observa si el gen ausente era esencial o no para el fenotipo. De esta manera, el estudio de los fenotipos de las librerías de mutantes ha ayudado a asignar funciones biológicas a varios genes; por ejemplo, ahora sabemos que de los 6,000 genes de la levadura, el 18.2% son necesarios para su crecimiento en medio con glucosa en laboratorio. 

Los bancos de mutantes también nos permiten a muchos investigadores responder a preguntas como: ¿qué genes son responsables de la resistencia a un antibiótico?, ¿qué genes son blancos de toxinas?, o ¿cuáles son los genes del envejecimiento de la levadura? Para dar respuesta a esta última pregunta, simplemente fue necesario adquirir toda la librería de mutantes deletéreas de levadura, establecer un método que nos permitiera cuantificar su tiempo de vida, adaptarlo a una plataforma robótica y, por supuesto, nuestras mentes y manos en acción para descubrir nuevos genes asociados al envejecimiento.