Gen

Qué es un gen y origen del término

El botánico y genetista danés Wilhelm Johannsen acuñó la palabra Gen en 1909, dentro de su obra Elemente der exakten Erblichkeitslehre, publicada en Jena por Gustav Fischer. La tomó de la raíz griega γεν- (gen-), derivada del verbo γίγνομαι (gígnomai, «nacer», «engendrar»), y la concibió como una abreviatura deliberada del vocablo Pangen que Hugo de Vries había propuesto en 1889. Johannsen buscaba un término breve, sin carga teórica sobre la naturaleza material de la herencia, que sirviera como unidad abstracta de información hereditaria. En la misma obra introdujo también genotipo y fenotipo, dos conceptos que se han mantenido vigentes sin apenas modificación desde entonces.

Conviene recordar que Johannsen no partía de cero. Gregor Mendel, en sus experimentos con guisantes publicados en 1865, había postulado la existencia de «factores» hereditarios que se transmitían de una generación a otra siguiendo proporciones matemáticas predecibles, pero nunca les dio un nombre formal. Cuando los trabajos de Mendel fueron redescubiertos en 1900 por Correns, De Vries y Tschermak, la genética todavía carecía de un vocabulario propio. La palabra de Johannsen llenó ese hueco.

Evolución del concepto a lo largo del siglo XX

Lo que se entiende por gen ha cambiado con cada avance técnico. Thomas Hunt Morgan y su grupo de la Universidad de Columbia demostraron, entre 1910 y 1915, que los genes se disponían linealmente sobre los cromosomas, y la mosca Drosophila melanogaster se convirtió en el organismo modelo por excelencia para cartografiar esa disposición. Sin embargo, la naturaleza química del gen seguía siendo desconocida.

En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty publicaron su célebre experimento con neumococos, que señalaba al ácido desoxirribonucleico como la molécula portadora de la información genética, no a las proteínas como se creía hasta entonces. Nueve años más tarde, James Watson y Francis Crick propusieron el modelo de la doble hélice del ADN, y con él llegó la posibilidad de entender cómo se copia y se transmite la información de un gen. George Beadle y Edward Tatum habían formulado ya en 1941 la hipótesis de «un gen, una enzima», que más tarde se reformuló como «un gen, un polipéptido» al comprobarse que muchas proteínas están formadas por varias cadenas codificadas por genes distintos.

La secuenciación del genoma humano, completada en su borrador en 2003 por el consorcio internacional del Proyecto Genoma Humano y la empresa Celera Genomics, reveló una cifra que sorprendió a muchos investigadores: el ser humano posee aproximadamente entre 20.000 y 25.000 genes codificantes de proteínas, una cantidad no muy superior a la de organismos aparentemente más sencillos. Esa cifra obligó a replantear la relación entre complejidad biológica y número de genes.

Estructura de un gen eucariota

En los organismos eucariotas, la arquitectura de un gen es más compleja que la simple secuencia codificante. Aguas arriba del punto donde comienza la transcripción se encuentra el promotor, una región reguladora a la que se unen los factores de transcripción y la ARN polimerasa para poner en marcha la copia del gen en forma de ARN mensajero. La región codificante, a su vez, no es continua: se alterna en segmentos que sí portan información para la proteína (los exones) y segmentos intercalados que se eliminan durante la maduración del ARN mensajero (los intrones). Al final de la secuencia, una señal de terminación indica el punto donde debe detenerse la transcripción.

No todos los genes siguen este esquema. Los genes de ARN de transferencia, los de ARN ribosómico y otros ARN no codificantes producen moléculas funcionales que nunca se traducen a proteína. La proporción de ADN humano que corresponde a secuencias codificantes de proteínas ronda apenas el 1,5 % del genoma total, un dato que ha impulsado la investigación sobre las funciones del ADN restante, parte del cual tiene papeles reguladores que aún se están caracterizando.

Clasificación funcional

Desde la formulación del modelo del operón por François Jacob y Jacques Monod en 1961, se distingue entre genes cuyo producto es directamente una proteína con actividad enzimática, estructural o transportadora (los denominados genes estructurales) y genes cuyo producto controla la expresión de otros genes (los genes reguladores). Esa distinción, nacida en el contexto de la genética bacteriana, sigue siendo útil como marco conceptual, aunque la biología molecular de eucariotas ha revelado que muchos genes participan simultáneamente en funciones estructurales y reguladoras, y que la separación entre ambas categorías no es tan nítida como Jacob y Monod plantearon.

Otra categoría relevante es la de los genes supresores de tumores, que codifican proteínas encargadas de frenar la división celular cuando se detecta daño en el ADN o de activar la muerte celular programada si ese daño resulta irreparable. Su inactivación por mutación puede abrir el camino a la proliferación tumoral. En el polo opuesto se sitúan los oncogenes, versiones activadas de genes normales (protooncogenes) que promueven la multiplicación celular descontrolada.

Variación genética y alelos

Cada gen puede presentar versiones alternativas en la población: los alelos. Dos individuos comparten la inmensa mayoría de su secuencia génica, pero difieren en variantes puntuales (polimorfismos) que pueden consistir en el cambio de un solo nucleótido, en inserciones o deleciones de fragmentos, o en variaciones del número de repeticiones de una secuencia. Esos polimorfismos son la base molecular de la diversidad heredable entre los seres humanos. La mayoría no tienen consecuencias apreciables sobre la salud, pero algunos influyen en la predisposición a enfermedades o en la respuesta a determinados fármacos.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene exactamente la palabra «gen»?

Del alemán Gen, voz creada por Wilhelm Johannsen en 1909 a partir de la raíz griega γεν- (gen-, «engendrar»). Johannsen la derivó como forma abreviada de Pangen, término que Hugo de Vries había introducido en 1889 a partir de la «pangénesis» de Darwin. El propio Johannsen explicó que elegía una palabra corta y libre de hipótesis sobre la naturaleza física del factor hereditario.

¿Cuántos genes tiene el ser humano?

Las estimaciones actuales sitúan la cifra de genes codificantes de proteínas en torno a 20.000-25.000, según los datos del Proyecto Genoma Humano y los análisis posteriores. A esa cifra hay que añadir varios miles de genes que codifican moléculas de ARN funcional no traducido a proteína, cuyo número exacto sigue en revisión.

¿Es lo mismo gen que ADN?

No. El ADN es la molécula completa que forma los cromosomas; un gen es un segmento concreto de esa molécula, el que porta la información para fabricar un producto funcional determinado. Gran parte del ADN humano no corresponde a genes en sentido estricto: son secuencias reguladoras, repetitivas o de función todavía no bien conocida.

¿Todos los genes codifican proteínas?

No. Hay genes cuyo producto final es un ARN funcional que nunca se traduce a proteína: ARN ribosómico, ARN de transferencia, microARN y otros ARN reguladores. Estos genes no codificantes desempeñan funciones tan variadas como el ensamblaje de los ribosomas, el transporte de aminoácidos o el silenciamiento de la expresión de otros genes.

¿Qué relación hay entre genes y enfermedad?

Depende de la enfermedad. Las llamadas enfermedades monogénicas (fibrosis quística, anemia falciforme, enfermedad de Huntington) se deben a mutaciones en un solo gen. Las enfermedades complejas (diabetes tipo 2, hipertensión, la mayoría de los cánceres) resultan de la interacción de variantes en múltiples genes con factores ambientales, y en ellas ningún gen aislado suele explicar más que una fracción pequeña del riesgo total.

Referencias

1. National Library of Medicine. What is a gene? MedlinePlus Genetics.
2. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Gene. Talking Glossary of Genomic and Genetic Terms.
3. Instituto Nacional del Cáncer (NCI). Definición de gen. Diccionario de genética del NCI.
4. National Library of Medicine. Genes. MedlinePlus Medical Encyclopedia.