VIDA, IDENTIDAD E INFORMACIÓN
Romeu Cardoso Guimarães
(UFMG, Brasil)
Resumen
La sustitucin experimental de genomas significa la creacin de especies nuevas o la reprogramacin genética de seres vivos, pero no la creacin de vida. El proceso de integracin del nuevo genoma al sistema metablico receptor implica la sustitucin gradual de las macromoléculas y no implica la existencia de la entidad especial llamada de informacin con respecto a la organizacin sistémica. El cambio de identidad genética de los organismos puede ser integral y completo. Palabras clave: adaptacin, autoconstruccin, disipacin, identidad, informacin, metabolismo, sumidero, vida.
Abstract
Experimental substitution of genomes means the creation of new species or genetic reprogramming of organisms but not the creation of life. The process of integration of a new genome into a host metabolic system involves gradual substitution of macromolecules and does not imply the existence of a special entity called information about the systemic organization. The change of the genetic identity of organisms may be integral and complete. Keywords: Adaptation, Self-Construction, Dissipation, Identity, Information, Metabolism, Drain, Life.
Introduccin
Los avances en la ciencia biolgica molecular han dado recientemente pasos
agigantados, transformando reflexiones conceptuales profundizadas, cada vez
más urgentes, que podrán ayudar al esclarecimiento de la propia condicin
humana. La sociedad y sus diversos grupos constituyentes deben ser bien
informados por los científicos sobre el significado cognitivo preciso de sus
resultados, pudiendo así decidir mejor sobre los aspectos éticos, incluyendo la
legislacin general y la financiacin de los proyectos de los científicos.
Un evento considerado instigador, y por ello desencadenador de muchos debates, fue la publicacin (Gibson et al., 2010) de los resultados del grupo de J.
C. Venter, de la empresa Celera (EE. UU.), sobre la creacin de una unin (que puede ser considerada una especie sintética) de bacterias del grupo micoplasma (las células conocidas más pequeas) a partir del citoplasma de una especie (proveniente de las células de las cuales el genoma fue sustituido por otro) en el cual se inoculun genoma sintetizado en laboratorio. El genoma inoculado es una copia del de otra especie de micoplasma. La célula de una especie aceptel nuevo genoma que sustituía al antiguo; después, el citoplasma antiguo también fue, a lo largo de las generaciones, sustituido, pasando a contener nicamente las proteínas derivadas del nuevo genoma. Al final, se obtuvo una célula donde todos los componentes derivan del genoma sintético.
Se abren de par en par las puertas para la ingeniería genética altamente sofisticada. Los aspectos éticos más importantes son los mismos de cualesquiera modificaciones genéticas que la humanidad viene practicando. Existen riesgos que pueden ser imprevisibles derivados, por ejemplo, de la pérdida de control sobre los organismos o los genes nuevos, que pueden escapar al ambiente o diseminarse, con eventuales consecuencias perjudiciales. Uno de los propsitos explícitos más recientes es la obtencin de energía a partir de celulosa, lo que exigiría organismos capaces de degradarla con eficiencia y a bajo coste. Si tales organismos o genes se diseminasen, ¿cuánta destruccin de plantas podría tener lugar?
A partir de esos experimentos se pueden plantear varias cuestiones conceptuales, pero quiero dedicarme nicamente a tres, referentes a: el concepto de vida, el de identidad de los organismos y el de informacin. El primero deriva de muchas de las discusiones sobre el tema que han enfocado la posibilidad de que el experimento significara creacin de vida, de lo cual discrepo. El segundo remite a la perplejidad generada por el desafío a la concepcin de que los genomas son componentes intocables porque definen la identidad de los organismos. Esa concepcin ya viene siendo abalada por los experimentos anteriores de ingeniería genética, con cambios o aadidos de algunos genes, pero sufre ahora desafío extremo, al demostrarse que la totalidad de un genoma puede ser cambiada. La tercera reflexin ahonda sobre la posibilidad de la existencia de informacin como categoría objetiva.
La discusin sobre el concepto de vida es larga y las dificultades son tan profundas que muchos abandonaron el problema incluso diciendo que se escapa del ámbito científico, perteneciendo a la metafísica, o que no sería tema importante para la práctica de los bilogos. Pienso que incluso sin ser alcanzable una conceptuacin plenamente satisfactoria, es necesario abrir el camino. Indico que vida es una abstraccin referente a la dinámica presentada por los seres vivos. Desde las raíces aristotélicas, se habla de alma, algo que residiría en el interior de los organismos y que les animaría, proporcionándoles las actividades características. Esa dinámica configura un proceso, que puede referirse al individuo – el proceso de desarrollo, o a las poblaciones e linajes – el proceso evolutivo biolgico. Existe una vertiente de filsofos dedicados al estudio de procesos – procesismo, pero parece no alcanzar una amplia difusin. Me parece – como bilogo solamente interesado en la filosofía – que el estudio de los procesos sería realmente un problema metafísico, del mismo orden que los intentos por conceptualizar, por ejemplo, tiempo y espacio.
Abordar el problema por otro lado puede ser más productivo. Se empieza caracterizando los seres vivos, que son objetos concretos, y entonces se deduce el proceso – vida – desempeado por ellos. Así, el proceso es resultante y no preexistente; los seres vivos son constructores del proceso y no instancias materiales y locales derivadas del proceso. No hay vida fuera de los seres vivos, difusa en el universo. El proceso es una abstraccin relativa a la dinámica, luego, no es una entidad que podría residir en alguna de las partes ni en el conjunto de todas las partes, es una propiedad o un comportamiento que emana de la totalidad fenotípica.
¿Cmo caracterizar los seres vivos? El problema también es grande, porque son sistemas complejos, en el sentido de aceleradamente cambiantes, con permanencia e identidad inestables, sensibles a influencias contextuales, etc. Se dice que los sistemas complejos son de descripcin siempre incompleta; pueden ser abordados de muchas maneras y ni el conjunto de todos los abordajes agota la descripcin. Así, los conceptos se concentran en los atributos de necesidad y no pretenden abarcar suficiencia plena, solamente adecuacin práctica; son utilizados como instrumentos discursivos para ayudar en el entendimiento de la naturaleza y se concentran en los atributos clave de sus objetos. Otro problema es la falta de correlatos que podrían suscitar comparaciones – los seres vivos conocidos son un linaje nico. Eso hace difícil el intento de elaborar un concepto general, necesariamente con contenido hipotético, que sería aplicable a la bsqueda de seres vivos desconocidos, extraterrenales, etc., que podrían ser diferentes de los conocidos pero deberían compartir con ellos algunas características interesantes. Anoto tres aspectos (ver Figura): disipacin, autoconstruccin y adaptacin. El primero y el ltimo incorporan aspectos de relacin con el ambiente y, el segundo, enfoca la semiautonomía. Los tres son interdependientes, formando un conjunto con mutualidad coherente.
Los seres vivos son descritos como transformadores y modificadores del ambiente, a través de su propio metabolismo, realizado por sus componentes específicos, principalmente las proteínas. Éstas forman la mayor parte de su masa y su síntesis adquiere la funcin de sumidero de energía y materia provenientes del ambiente, del cual dependen esencialmente – luego, no pueden ser plenamente autnomos. El flujo metablico y los comportamientos desarrollados con la funcin de garantizarlo sin obstáculos constituyen una esencia: buscar insumos y no dejar que productos potencialmente bloqueadores del flujo se acumulen. Los seres vivos son descritos como sistemas metablicos y sus estructuras se configuran en los sentidos con, por y para el flujo. El metabolismo es el carácter más fuertemente dinámico del conjunto, la animacin se muestra en él con mayor intensidad. El aspecto sorbedor evolucionhasta el punto de ser capaz de, en algunos organismos – llamados autotrficos, depender solamente de materia inorgánica muy simple, como agua, gases y minerales.
Autoconstruccin
Los sistemas vivos sintetizan sus propios componentes, obtenidos por transformacin de los insumos provenientes del ambiente. El aspecto «auto», mientras tanto, distingue lo vivo de aquellos sistemas que son dirigidos solamente por las disponibilidades externas. Para ser auto, está implicada la identidad interna y, necesariamente, algn tipo de memoria. Las redes o telas de transformaciones metablicas producen un tipo de memoria – llamada del sistema, del conjunto entero – basada en las configuraciones circulares propias de las redes, con cierto grado de autoestimulacin, autoregulacin, etc., pero tales variaciones no fueron suficientes para garantizar la estabilidad y la identidad prolongadas, que caracterizan los organismos conocidos. Eso se obtuvo con la formacin del llamado subsistema genético dentro del sistema metablico – memoria en hilos. El subsistema genético se basa en la constitucin de hilos poliméricos, algunos de los cuales – los ácidos nucleicos, genes – tienen la posibilidad replicativa, o sea, de formacin de memoria para la produccin de copias de sí mismos, lo que garantiza la estabilidad de la identidad a través de las copias. Otra parte del subsistema de hilos es de las proteínas, que derivan de los genes a través de la traduccin: en vez de que los polímeros de ácidos nucleicos produzcan copias que son también ácidos nucleicos – polímeros de nucletidos, las copias pasan a ser polímeros de aminoácidos – las proteínas. Las actividades de las proteínas establecen otras configuraciones circulares en las redes, desde que participan de los procesos de replicacin de sus memorias y de traduccin renovada y continuada de las mismas proteínas. Así, el sistema se vuelve autoconstructor y autoestimulante. Puede decirse que todos los demás componentes del sistema están basados en la funcin fundamental de mantener y suplir el subsistema genético, pero sin olvidar que éste está subordinado a la funcin de mantener el flujo metablico.
La idea del origen de la vida como la de un sistema (proto)metablico que se volvi(bio)metablico cuando fue capaz de desarrollar las memorias en hilos (genéticos), obteniendo así permanencia y continuidad, no debe olvidarse, especialmente en los tiempos actuales de excesos genecéntricos y de los «genes egoístas». La identidad genética, en vez de original, fue una adquisicin del sistema, y evolucionampliando sus restricciones a los cambios, comenzando con pocas. La propuesta de continuidad evolutiva del no-bitico al bitico exige la precedencia de un sistema productor de monmeros sobre la produccin de los polímeros.
Este aspecto no parece ser esencia necesaria para caracterizar al ser vivo, pero dejarlo de lado haría perder la belleza y la riqueza de la evolutividad rápida y eficiente del proceso vital conocido, y de la biodiversidad. Los hilos constitutivos de la materia biolgica noble son altamente sensibles a los ambientes y responden a los efectores con plasticidad admirable. Están inmersos en agua, cuya actividad sobre ellas media la mayoría de las conformaciones tridimensionales, de las cuales resultan sus funciones especiales. Algunas de las funciones importantes pueden no depender de la presencia momentánea e inmediata del agua, por ejemplo, en las interacciones hidrofbicas, en las partes disecadas y en algunos contextos de las funciones visuales o auditivas, pero éstas son contingencias específicas o altamente derivadas. Un modo interesante de visualizar la célula sería como una esponja hecha de hilos y embebida en líquido acuoso, adquiriendo la consistencia de gel. Los hilos replicados obtienen variaciones mutacionales a su síntesis, sea en las memorias de ADN, en los ARN que se dirigen a la traduccin y a su regulacin, o en las proteínas que se obtienen. Y las funciones de éstas son también muy plásticas e interactivas. Los productos finales del sistema, los fenotipos diversos (que pueden incluso obtenerse de los mismos genomas) son redes complejas, que pueden cambiar de estados en intensidades y cualidades variadas. Los mismos genomas pueden producir neuronas o los macrfagos ameboides, y los gemelos monocigticos que nunca tienen fenotipos idénticos.
La desconsideracin del carácter definidor Adaptacin abriría puertas para la inclusin de posibles seres vivos basados en otros tipos de hilos, no nucleoproteicos, o en otros tipos de componentes nobles, incluso los independientes del agua, etc., o incluso no adaptativos. Sin embargo, serán pobres. No parece ser posible desconsiderar uno de los otros dos caracteres. Sistemas metablicos sin memorias robustas serían fugaces, sin condiciones de sustentacin auxiliada para sus propias actividades. En los sistemas conocidos, los preceptos de la autopoiesis casi son alcanzados: construyen sus propias estructuras, pero permanecen dependientes de disipacin de insumos externos.
El aspecto de individualizacin, de delimitar el sistema del ambiente, es reconocidamente importante en los seres vivos. Sin embargo, nuestra caracterizacin no cita específicamente a la muy valorizada propiedad de compartimentacin del sistema frente al ambiente por barreras de constitucin especial. Nos parece adecuado hablar nicamente de un sistema metablico cuya contencin deriva de su propia constitucin estructural. En el caso celular, se indica que las fronteras sean básicamente proteicas y que las proteínas solas pueden asumir el papel de contencin, similar al de las membranas lipoproteicas. Los lípidos son posteriores – no originales o iniciales; son productos metablicos de enzimas y se ordenan alrededor y al lado de las proteínas de membrana, contribuyendo como aumentos, para incrementar la hidrofobicidad de las superficies de intercambio con el exterior.
¿Qué trajo de novedoso el experimento de Gibson et al. (2010), respecto al concepto de vida y al entusiasmo propagado sobre «la creacin de vida en el laboratorio»? (Pivetta; Zatz; Meidanis; Buckeridge; 2010) Fue importante el avance tecnolgico de conseguir sintetizar en laboratorio el genoma completo de una célula y conseguir que éste subsistiese al genoma original de otra célula. Sin embargo, se utilizel sistema metablico integral de la célula que hospedel nuevo genoma, sin ninguna ruptura en la continuidad del proceso vital. Tuvo lugar un cambio integral del proceso autoconstructivo, realizado por la red metablica, pero sobre nuevas memorias en hilos. No hubo creacin de vida.
Se lleval extremo la capacidad plástica del sistema metablico. En la naturaleza, es comn en todos los procesos sexuales la plasticidad del vulo (conteniendo un genoma materno) al recibir un genoma paterno y, eventualmente, aceptarlo para constituir un huevo diploide. Las estimaciones obtenidas en mamíferos, con toda la proteccin uterino-placentaria, indican pérdidas espontáneas de aproximadamente el 60% de los huevos, resultantes de varios factores, incluyendo los problemas de compatibilidad entre los genomas y su regulacin (ver Guimarães, 2008). Esto es solamente un ejemplo de entre varios, implicando fusiones genmicas, hibridaciones, etc., que pueden ser acompaadas de pérdidas o eliminaciones de partes de los genomas. El hecho experimental reciente es importante principalmente por implicar un «genoma de tubos de ensayo», aunque copiado de otro natural, y la substitucin completa del genoma original de la célula huésped. Las uniones implicadas eran muy simples y estrechamente parecidas, pero eso no reduce el alcance y significado del resultado; al contrario, apunta a posibilidades de amplio alcance, ya sean tecnolgicas o cognitivas.
El aspecto cuestionador que considero más importante en la contribucin del experimento de Gibson et al. (2010) hace referencia a la identidad de los organismos. Los componentes nobles – los polímeros informativos o genéticos
– de un sistema metablico molecular vivo podrían ser completamente sustituidos. La naturaleza íntima del proceso no se cambi– todo siguinucleoproteico, como antes – pero una parte importante de su identidad sí lo hizo. En analogía con el cuerpo animal, donde una porcin más fuerte de identidad se encuentra en el cerebro, podría decirse que éste se habría cambiado, trasplantado de otro animal. El evento producido en los micoplasmas es, sin embargo, más profundo, porque todo el cuerpo de las células fue, aunque poco a poco, a lo largo de las generaciones, sustituido; el trasplante cerebral no puede obtener transformaciones de tal magnitud.
Lo que se mantuvo, después del intercambio de genomas, fue solamente la organizacin del sistema metablico, su capacidad de funcionamiento integrado. ¿Cuál sería el estatuto ontolgico de esta entidad abstracta – organizacin de un conjunto de socios en la construccin de un sistema? Sería como si existiese, con pleno derecho y de hecho, alguna entidad llamada «informacin» al respecto de la organizacin del sistema (Guimarães, en prensa). Se vuelve a la forma aristotélica, a la causa formal, a aquello que informa y que da forma a las cosas, ¿al alma?
Imagínese un grupo de individuos reunidos en una organizacin de manera que el grupo realice actividades, pero que puede tener sus individuos componentes todos sustituidos y, aun así, continuar y permanecer plenamente funcional, capaz de realizar las mismas actividades del grupo original. Entiendo que el problema puede resolverse por lo menos de dos maneras. La primera se referiría bien al caso de grupos humanos o de sistemas que serían capaces de producir recetas informativas sobre cmo debe funcionar el grupo. En esos casos, podría haber hasta un intercambio sbito y total de los componentes, desde que permanezca la receta y las reglas puedan ser seguidas por los nuevos componentes, éstos capaces de leer y entender las prescripciones, y de obedecerlas. La segunda podría ser aplicada al caso de los micoplasmas y no podría ser instalada abruptamente. Los nuevos polímeros genéticos – ARN y proteínas – serían producidos poco a poco y sus interacciones instalándose progresivamente; la organizacin sería construida bajo las nuevas bases materiales, utilizando la plasticidad preexistente en las moléculas antiguas y nuevas. Así, la organizacin puede ser mantenida sin la necesidad de proponer la existencia de una informacin al respecto de la organizacin global; son necesarias solamente las informaciones particulares a cada interaccin molecular, que derivan de sus estructuras y capacidades interactivas plásticas. La informacin sigue siendo propiedad de las interacciones moleculares y no una entidad supra o extramolecular.
Parece razonable solucionar el problema de identidad, del mismo modo como el de la existencia de una entidad informacional autnoma, suponiendo la graduacin en la construccin. La identidad y la organizacin son procesos que se realizan y se construyen gradualmente. El intercambio de genomas parece ser un evento brusco y abrupto, pero en realidad, su expresin en el nuevo contexto metablico se realiza leve y suavemente, siendo nicamente aparente el salto. La construccin de identidad biolgica fuerte (aunque no absoluta) fue un evento evolutivo tardío, con la multicelularidad animal, especialmente en los vertebrados, a partir de la complejidad neural e inmune, y en los mamíferos, con la ampliacin de muchos mecanismos de regulacin génica, por ejemplo, las marcaciones génicas hereditarias. En bacterias, evidencias de mecanismos de preservacin de la identidad genmica son, verbigracia, los sistemas de marcacin de sus genes (químicamente semejantes a los citados arriba) y de restriccin por enzimas que degradan los ADN exgenos (no marcados o
marcados de modo diferente).
Agradezco las indicaciones de Charbel Nio El-Hani en su contribucin a este texto, y su prestigiosa revisin crítica. Agradezco la cooperacin continua de los colegas del Grupo de Autorganizacin, Centro de Lgica y Epistemología de la UNICAMP.
GIBSON D.G. et al. (2010) Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science on line 20 maio
GUIMARÃES R. C. (2008) Restrição e desrestrição na evolução multicelular: polimorfismos protéicos em redes metablicas. . In: Auto-organização – estudos interdisciplinares IV. Org. E. Bresciani Filho, I.M.L. D’Ottaviano, M.E.Q. Gonzalez, G.M. Souza. Centro de Lgica e Epistemologia (Coleção CLE no. 52), UNICAMP, Campinas SP p. 253-330
GUIMARÃES, R. C. (en prensa) Wiring the information paths in biology: dynamic networks, encoded polymers and intercellular circuitry. In: Reflections on the Concept of Information, Org. M.E.Q. Gonzalez, Ed. Idea UK, Springer NL
PIVETTA M. A síntese da criação p. 44-6; ZATZ M. O impacto da transformação de uma vida em outra p. 47-8; MEIDANIS J. Craig Venter, um bem necessário
p. 48-9; BUCKERIDGE M. A biologia sintética e a bioenergia p. 50-1. 2010 Pesquisa FAPESP, 172.
Romeu Cardoso Guimarães es graduado en Medicina, doctor en Patología, titular en Genética. Trabajen la Fac. de Medicina UFMG, Inst. Biociencias UNESP Botucatu e Inst. Ciencias Biolgicas UFMG. Realizestadías en los EE UU, Inglaterra, Alemania e Israel. Colabora en el Grupo de Autoorganizacin, Centro de Lgica y Epistemología UNICAMP, y en el Grupo de Investigacin CNPq 'Lab. Biodiversidad y Evolucin Molecular' UFMG. Desarrollel Concepto Sistémico de Gen -1992, estudilas Restricciones en la Diversidad en los Multicelulares -2008, y desarrollel Modelo Autoreferente para la Formacin del
Cdigo Genético -2008.
El texto fue traducido del portugués al castellano por Juan Carlos Postigo Ríos (UMA, Espaa).