Palíndromos que valen un Nóbel

Recientemente, la francesa Carpentier y la estadounidense Doudma han sido galardonadas con el Premio Nóbel de Química. Estaba cantado. Se habló de ellas el año pasado para el Nóbel, habían obtenido el Premio Princesa de Asturias en 2015 y habían realizado grandes avances en las Biología molecular y Genética gracias a la investigación con los CRISPRs; Acrónimo que en español corresponde a “Repeticiones Cortas Palindrómicas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas”, denominación creada por el español Mojica.

 El objetivo de esta columna es intentar contestar a las siguientes preguntas: ¿Qué son los Palíndromos? ¿Los encontramos sólo en los seres vivos o también en el resto de la naturaleza? ¿En qué consisten los CRISPRs?

Los palíndromos

   Los palíndromos son elementos simétricos y hablamos de simetría de un objeto, figura o teoría cuando, al efectuar determinadas operaciones (giro, partición por línea o plano u otras), el objeto resultante mantiene su aspecto, significado, disposición de los elementos u otras propiedades.

   Los palíndromos más populares son productos del ingenio literario, que nos pueden servir para su fácil comprensión. Los clásicos son verdaderos “capicúas”, como las palabras anilina o reconocer, o las frases suple el pus, yodo no doy y tantas otras.

 Otro tipo es el bifronte que, con los mismos caracteres, cambian el significado al leerlos al revés (amina, sodio, lamina…). A veces son útiles para mensajes crípticos, como en la confidencialidad médica (sisit-tisis, recnac-cáncer, lataf-fatal…)

  Algunas técnicas de impresión editorial, fabricación de tejidos o lectura de autoanalizadores por ejemplo, aplican un eje de giro que permite accionar en un sentido y volver al contrario, como arar con bueyes, de donde viene el nombre de bustrófedon cuando se aplica al juego en la escritura.

  Los más conocidos son los “capicúas” en el campo de los números(606,2002..). Un ejemplo de palíndromo “isomérico” es el que se obtiene al girar 180 grados sobre un eje horizontal el 80608 (en 80908); los mismos caracteres, distinto valor.

 Hay buscadores obsesivos en las matrículas de coches, calendarios, números de lotería, textos proféticos….¡Cuidado con caer en manías palindrómicas!, que se podrían denominar “ailifilia” y “aibofobia” según el caso.

   Las simetrías, elementos palindrómicos, consisten en una invarianza formal o funcional tras determinados movimientos o transformaciones, pero manteniendo un aspecto indistinguible del original. Los diferentes tipos varían según el eje de rotación-reflexión, el plano y el centro de simetría. Podemos hablar de simetría esférica, cilíndrica, traslacional, helicoidal,…Los seres vivos, por ejemplo, presentan una simetría radial o bilateral.

¿Dónde los encontramos?

En todos los campos, en el arte, la arquitectura, la ingeniería, la física… y en la ciencia en general, con especial relevancia en la química y en la biología. La prueba de su importancia para la humanidad es la concesión de 10 Premios Nóbel por trabajos en este campo, incluido el último de Química al que nos referimos aquí.

  En Química, la simetría molecular puede predecir muchas propiedades de una molécula. Los avances de la química orgánica en el siglo XIX, trastocaron el concepto sobre la estructura de las diferentes moléculas. El alemán Kekulé comprobó que, si el C tiene una valencia 4 para unirse en cadenas, se podría dibujar sobre el papel la fórmula correspondiente.

 Por ejemplo, el butano (C4H10) puede formularse como CH3-CH2-CH2-CH3. Además, este palíndromo plano, en un modelo tridimensional que contemplara las posiciones espaciales de los átomos, isómeros, daría lugar al “mismo” compuesto con diferentes propiedades. Teóricamente, comprobable en la práctica, un compuesto de 40 átomos de C y 82 de H, puede originar muchos millones de isómeros, según Asimow. Es un ejemplo más del prodigioso ahorro de la Naturaleza.

  Los cristales, de estructura tridimensional, con una organización atómica muy regular son altamente simétricos . Este campo cuenta con varios Premios Nóbel y la cristalización de proteinas , por ejemplo, han supuesto avances muy importantes en Medicina.

  En los agentes infecciosos y el propio huésped, de manera específica, la presencia de sistemas palindrómicos es abundante con diferentes facetas. Los virus se clasifican en función de la cubierta proteica en grupos de simetría icosaédrica, helicoidal o mixta y se replican en las células huésped originando partículas idénticas.

  Las bacterias, además de los palíndromos del ADN, presentan las redes simétricas estructurales de la pared y el propio sistema de división binaria transversal, entre otros.

  Más conocida es la simetría bilateral de los organismos superiores. La representación del hombre de Vitrubio, de L.da Vinci, es la más citada y conocida simetría del cuerpo humano. Pero incluso los órganos únicos como hígado o corazón se pueden explicar con la simetría basada en los fractales. Éstos obedecen al tipo de simetría de magnificación o dilatación, cuya estructura se repite a diferentes escalas. Las copias son similares al todo, siguiendo el principio de autosimilitud.

¿En qué consisten los CRISPR?

La Naturaleza no gasta sus recursos en juegos. Cualquier instrumento tiende a ser lo más universal y económico posible. En ciertas regiones del ADN aparecen palíndromos moleculares. Consiste la secuencia palindrómica en una región del ácido nucleico que contiene una pareja de secuencias repetidas invertidas (IR). “5´…GGCT…AGCC…3´-3´CCGA…TCGG…5´”.

  Los palíndromos moleculares pueden presentarse lineales o en cruz. En algunas bacterias patógenas la unidad palindrómica  (UP) es una secuencia altamente conservada (REP= “Repetitive Extragenic Palindromic”). La lectura molecular en ambos sentidos constituye un mecanismo de ahorro y seguridad para la bacteria.

   Tan importante como lo citado, es la acción de la enzima de restricción EcoRI , que reconoce el sitio palindrómico rompiendo específicamente el enlace AG de cada cadena. Los extremos originados pueden realinearse por otra acción enzimática, restaurándose la cadena original.

  El mismo sistema CRISPR se ha encontrado abundantemente en virus y bacterias. En estas, se discute su papel en una rudimentaria memoria inmunológica, que confiere resistencia a reinfecciones por fagos (virus bacterianos).

  Algunos investigadores especulaban con el uso de CRISPR como “tijeras” para cortar y eliminar virus dentro de las células humanas, como hacen las bacterias con ADNs extraños. Efectivamente, hace poco tiempo se demostró que estas “tijeras biológicas” eran capaces de eliminar virus VIH, tanto activos como latentes, del ADN celular.

  En la concesión del Nóbel a Charpentier y Doudma, la Academia resalta su trabajo con las revolucionarias “tijeras genéticas” CRISPR/CaS9, que de forma aparentemente simple “han reescrito el código de la vida”. La técnica se  aplicaba desde hacía unos años en investigación básica microbiana, pero las flamantes Nóbel simplifican el corta-pega del ADN, utilizando la proteina CaS9 y los ARN-guías apropiados para editar y regular genes “a la carta”.

  Su aplicación en células superiores abre unas posibilidades inimaginables en campos como la Agricultura, Ganadería y, especialmente, Medicina. El desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer y las esperanzas de controlar muy pronto algunas enfermedades hereditarias, están en las expectativas de todos los pacientes.

  En conclusión, vivimos entre palíndromos, simetrías, cristales, fractales,…sin pararnos a pensar en los principios de ahorro y seguridad que rigen en la naturaleza. Sólo científicos muy bien preparados, como los galardonados con el Nóbel, son capaces de desvelarlos y aplicarlos para el bien de la humanidad.

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