Contar en el ¨¢rbol de la vida

Un pulpo puede contar; algunas aves pueden contar; nosotros podemos contar; ?pero es posible que nuestro ADN tambi¨¦n pueda contar? ?Puede estar relacionada esa capacidad con el origen de la vida en la tierra? Los estudios que he llevado a cabo recientemente con Diego L. Gonz¨¢lez (Instituto de Microelectr¨®nica y Microsistemas, Consejo Nacional Italiano de Investigaciones) y Rodolfo Rosa (Departamento de Estad¨ªstica, Universidad de Bolonia) muestran que esta pregunta, aparentemente inocente, puede provocar un avance significativo en nuestro conocimiento de c¨®mo la vida administra la informaci¨®n gen¨¦tica.

Para explicarlo brevemente, esa labor consiste fundamentalmente en tres pasos: 1) replicaci¨®n: la mol¨¦cula de ADN (en la que se almacena toda nuestra informaci¨®n gen¨¦tica, como el disco duro de un ordenador) se duplica justo antes de la divisi¨®n celular; 2) transcripci¨®n: se copia una hebra de la doble h¨¦lice de ADN para formar ARN, con una sola hebra; 3) traducci¨®n: el ARNm (ARN mensajero) se traduce a prote¨ªnas. Este ¨²ltimo paso se lleva a cabo utilizando la tabla de traducci¨®n conocida como c¨®digo gen¨¦tico. De esta forma, cada cod¨®n, un trozo de ARN formado por tres bases consecutivas, se traduce a uno de los 20 amino¨¢cidos que constituyen los componentes de las prote¨ªnas. Hay cuatro bases de ese tipo en el ARN: uracilo, citosina, adenina y guanina (U, C, A, G).

Al llegar aqu¨ª, podemos dar una primera respuesta a nuestra pregunta. La replicaci¨®n del ADN se ejecuta base a base. Adem¨¢s, en la fase de transcripci¨®n, cuando se produce un error, la maquinaria se detiene y retrocede cinco bases. Y la traducci¨®n a prote¨ªnas implica contar las bases exactamente en m¨²ltiplos de tres. Por tanto, esta compleja maquinaria gen¨¦tica exige una capacidad de contar intr¨ªnseca. Asimismo, como muestran los estudios, el c¨®digo gen¨¦tico tambi¨¦n est¨¢ muy unido al hecho de contar. De hecho, contar constituye la base de los sistemas de numeraci¨®n y, por consiguiente, de las matem¨¢ticas. Para representar n¨²meros enteros, los sistemas de numeraci¨®n habituales adoptan las potencias de una base, como 10 en nuestro sitema decimal normal o 2 en el sistema binario que utilizan principalmente los ordenadores. Pero estos sistemas de numeraci¨®n son un¨ªvocos, es decir, cada n¨²mero entero no tiene m¨¢s que una representaci¨®n. Por el contrario, el c¨®digo gen¨¦tico es redundante (no un¨ªvoco). En concreto, un amino¨¢cido espec¨ªfico puede representarse mediante m¨¢s de un cod¨®n y, por tanto, los sistemas de numeraci¨®n habituales tienen escasa importancia para estudiar el c¨®digo gen¨¦tico.

Por suerte, existen sistemas de numeraci¨®n que no son un¨ªvocos. Un ejemplo destacado es el sistema de numeraci¨®n de Fibonacci. En el sistema de Fibonacci, las potencias de dos del sistema binario (1, 2, 4, 8, 16, ...), se sustituyen por los conocidos n¨²meros de Fibonacci (1, 1, 2, 3, 5, 8, ...). El sorprendente resultado es que una modificaci¨®n del sistema de Fibonacci nos permite describir con t¨¦rminos matem¨¢ticos el c¨®digo gen¨¦tico, incluidas muchas de sus simetr¨ªas. Dicha descripci¨®n revela la existencia de un lenguaje oculto basado en la redundancia e insertado en las secuencias de ADN.

Estas conclusiones te¨®ricas se confirman con los m¨¦todos estad¨ªsticos avanzados aplicados a los datos reales. En sentido metaf¨®rico, es como si la vida utilizara sistemas de numeraci¨®n redundante para contar. ?Pero cu¨¢l ser¨ªa la ventaja biol¨®gica de esa capacidad aritm¨¦tica? Los estudios sugieren que a partir de aqu¨ª ser¨ªa posible implantar un m¨¦todo de detecci¨®n y correcci¨®n de errores. De hecho, el principal problema a la hora de gestionar la informaci¨®n binaria es el de evitar la propagaci¨®n de errores que inevitablemente se producen en los canales de transmisi¨®n. Por ejemplo, cuando reproducimos un CD, se activan t¨¦cnicas de detecci¨®n y correcci¨®n para remediar errores que en caso contrario degradar¨ªan la informaci¨®n grabada. Para ello, se hace redundante la informaci¨®n binaria contenida en el CD y se codifica de tal forma que, al descodificarla, los errores sean los m¨ªnimos.

Las investigaciones realizadas indican que la integridad de la informaci¨®n gen¨¦tica se protege mediante mecanismos an¨¢logos. La Teor¨ªa de la Informaci¨®n demuestra que, sin ellos, ser¨ªa imposible encontrar en los organismos actuales genes antiguos que se originaron hace miles de millones de a?os en las primeras formas de vida.

Comprender c¨®mo se organiza y se procesa la informaci¨®n gen¨¦tica puede contribuir enormemente al desarrollo de t¨¦cnicas como las terapias gen¨¦ticas para enfermedades graves y la creaci¨®n de organismos transg¨¦nicos seguros y plenamente controlables. La principal dificultad para alcanzar estos objetivos est¨¢ relacionada con nuestra ignorancia relativa sobre el verdadero lenguaje en el que est¨¢ escrito el libro de la vida. No podemos corregir ni modificar un libro de filosof¨ªa en chino si s¨®lo sabemos de filosof¨ªa; necesitamos conocer el significado de los ideogramas chinos. Estos estudios ayudan a comprender la estructura de la informaci¨®n gen¨¦tica desde una nueva perspectiva y suscitan interrogantes fundamentales sobre el problema candente del origen y la evoluci¨®n de la vida.

Simone Giannerini es de la Universidad de Bolonia, instituci¨®n miembro de la plataforma para promover el talento y difundir las ideas m¨¢s innovadoras Atomium Culture