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MARIANO CALVO 

 
 

 

 

 

LECCIÓN INAUGURAL DEL CURSO EN EL IES AZARQUIEL

 Asún Medina Díaz

  

 

UN BREVE PASEO POR LA CIENCIA: DE AZARQUIEL A LAS CÉLULAS MADRE

 

 INTRODUCCIÓN

Desde la aparición de las primeras civilizaciones, el ser humano ha mostrado una gran curiosidad hacia los fenómenos que acontecían en su entorno.

Y de entre todos ellos, el que suscitó desde el primer momento un mayor interés fue el estudio del firmamento. La sucesión del día a la noche y de las estaciones, en un primer momento fue explicado desde un punto de vista religioso. Pero a pesar de esta intervención de los dioses, los egipcios desarrollaron un calendario asombrosamente preciso a partir de sus observaciones astronómicas, determinando, hace ya más de 3500 años la duración de un año en 365 días.

También los babilonios, aproximadamente por la misma época, extrajeron conclusiones que prevalecen hoy en día, utilizando una aritmética compleja.

Tras ellos los griegos - Tales de Mileto, Pitágoras…- y, sobre todo Ptolomeo, que desde Alejandría introdujo su complejo modelo de sistema solar en el cual la tierra ocupaba el punto central del universo, girando a su alrededor el resto de los cuerpos celestes, y llamado por ello “modelo geocéntrico” .

Tras unos siglos “oscuros” en la alta edad media, en los que el interés por la ciencia decreció notablemente en occidente, y tras la primera expansión musulmana, afloró un nuevo interés por la observación del mundo natural.

Nos situamos en Toledo, en el siglo XI, Ibrahim ibn Yahya, era hijo de un herrero toledano constructor de instrumentos astronómicos al que todos conocían como al-zarquel, “el del ojo azul”, debido a un parche de cuero de ese color que llevaba en un ojo. El hijo de al-zarquel, denominado en occidente Azarquiel,  y al que hoy rememora un conocido instituto de secundaria de la ciudad de Toledo, está considerado como el principal astrónomo andalusí y el eje de la ciencia medieval europea hasta Copérnico y Kepler. Residió en Toledo bajo la protección del cadí Said y fue un experto fabricante de aparatos astronómicos. A su talento y a sus conocimientos extraordinarios en materia astronómica se debió la invención de la azafea, un astrolabio perfeccionado que mide la altura del sol, de la luna, de las estrellas y los planetas con el fin de deducir la latitud de un determinado lugar. El uso de este astrolabio estuvo vigente hasta el siglo XVIII, siendo un instrumento fundamental para navegantes. También debemos a Azarquiel el descubrimiento de unas tablas astronómicas de las que se derivarían posteriormente las Tablas toledanas o alfonsíes.

Tras esta parada en el Toledo del siglo XI, y continuando con este breve paseo por hitos fundamentales en el conocimiento del universo, llegamos, a caballo entre los siglos XV y XVI, a Copérnico con su establecimiento de la teoría heliocéntrica, según la cual la tierra ya no es el centro del universo, sino que lo es el sol, girando a su alrededor el resto de los cuerpos celestes. Pero no será hasta la invención del telescopio astronómico por parte de Galileo Galilei en 1609 (imagen 11) cuando se comienzan a dar pasos de gigante en este campo. A partir de aquí, Newton, Kepler…. Hasta llegar a pisar la luna.  al Hubble el telescopio gigante, a mandar vehículos a explorar Marte y sondas a cualquier punto del sistema solar…………..

VIAJE POR EL ESPACIO

Utilizando uno de estos potentes telescopios vamos a viajar un poco por el espacio: A 1 millón de años luz (imagen 16), podemos ver toda la Vía-Láctea y también otras galaxias, disminuyendo nuestra distancia de observación, a 1.000 años luz, viajamos por la Vía-Láctea, nuestra galaxia. A 1 año luz, el sol aparece muy pequeño. A 100 billones de km (imagen 19) el Sistema Solar comienza a aparecer en el medio del universo..., 10 billones de km (imagen 20) podemos observar todo el Sistema Solar y la órbita de sus planetas, a 100.000 km, la Tierra comienza a verse pequeña. A 10.000 km, ya apreciamos los continentes, la nubes de la atmósfera y el océano. A 1000 km (imagen 23), es la vista desde un satélite. A 10km, vemos la región, a 1 km, ya se ve la ciudad, incluso con las manzanas y vías principales, a 100 metros, se podría saltar en paracaídas, podemos ver el bosque y las edificaciones, a 10 metros  nos acercamos a un árbol, a 1 metro,  podemos alcanzar las hojas estirando el brazo, a 10 cm, nos aproximamos a una hoja, 1 cm , observamos la estructura de la hoja y los nervios. A 1mm.  casi podemos entrar en su interior. A partir de aquí, el viaje pertenece al mundo microscópico. Vamos a viajar al interior de un ser vivo. ¿De qué estamos formados en los niveles en los que nuestra vista no alcanza a vernos?

 LA CÉLULA

La respuesta está basada, como no podía ser de otra manera, en la investigación científica. De la antigua consideración de que “estamos formados por músculos y huesos”, hasta el establecimiento de la teoría celular, pasaron varios siglos, generaciones de científicos –no podemos olvidar a Leonardo da Vinci, William Harvey o los españoles Miguel Servet y Ramón y Cajal- y por supuesto tuvo lugar la invención de ese maravilloso instrumento para observar lo que es invisible a los ojos, el microscopio. Como muchos de vosotros ya sabéis o deberíais saber, este magno invento se debe a Robert Hooke, en el siglo XVII, el cual, combinando diferentes lentes, observó una finísima lámina de corcho  comprobando que estaba formada por numerosas celdillas que se asemejaban a las de un panal de abejas, de ahí su nombre, cellula en latín, cell en inglés, célula en español.

Todos estamos formados por millones de estas unidades microscópicas especializadas en diferentes funciones ) y que trabajan coordinadamente. Trabajan muy bien, pues cuando dejan de hacerlo así, nos resentimos, nos ponemos enfermos, y si lo hacen de una manera tremendamente errónea, con sus instrucciones de funcionamiento equivocadas, forman tumores pudiendo llegar a causarnos incluso la muerte .

Pero, ¿Dónde se encuentran estas instrucciones?

Vamos a seguir viajando en nuestro viaje de aproximación una estación mas, a 10 milésimas de milímetro o lo que es lo mismo, 10 micras

Nos situamos en el interior de una de nuestras células. Es como una ciudad, con sus fábricas, su central energética, sus puntos de reciclaje…. Pero sobre todo nos llama la atención un gran compartimento central, una especie de cámara blindada en la que podemos entrar o salir sólo si tenemos la clave: es el núcleo, el lugar más valioso donde se almacenan desde el momento de nuestra formación, desde que se fusionaron el óvulo y el espermatozoide de nuestros padres, las instrucciones sobre todo lo que va a constituir nuestro organismo durante toda nuestra vida:

El ADN o ácido desoxirribonucleico

Vemos que desde el punto de vista estructural es una doble hélice, es decir, dos fibras unidas transversalmente que giran como si de una escalera de caracol se tratase. El descubrimiento de esta estructura por parte de Watson y Crick en 1953, supuso un gran hito científico, por el cual recibieron el premio Nóbel .

Nos quedaríamos asombrados si supiéramos que ese finísimo hilo contenido en un espacio inferior a milésimas de milímetro, tiene una longitud de dos metros y que sumado el contenido de los aproximadamente dos billones de células de los que estamos formados, nos daría una longitud suficiente para cubrir la distancia que nos separa del sol unas 1000 veces. Vemos que la naturaleza es indiscutiblemente experta en empaquetar. El ADN se encuentra organizado en forma de cromosomas. La información total almacenada en los cromosomas de un organismo se llama genoma.

¿Qué es lo que confiere al ADN la capacidad de albergar todas las instrucciones sobre la composición y el funcionamiento del organismo?

En primer lugar hay que aclarar de qué materiales estamos formados. La respuesta sería que de moléculas.

LAS MOLÉCULAS DE LA VIDA

Las moléculas no son otra cosa que combinaciones de elementos químicos, la mayoría de ellos muy conocidos como C, H, N, O, Fe, S, P,….Algunas de estas moléculas son las responsables de proporcionarnos la energía necesaria para realizar las funciones vitales, otras de formar los componentes de nuestro cuerpo: músculos, piel, pelo, huesos…..y otras de regular que todos los procesos funcionen correctamente: crecimiento, metabolismo…….

Las moléculas energéticas, glúcidos  y lípidos, son comunes para todos los seres vivos, mientras que lo que nos hace diferentes a unos de otros, tanto entre individuos de la misma especie, como los de una especie con respecto a otra, son las proteínas.

Estas últimas, aparte de ser los componentes fundamentales de nuestro organismo (a todos nos suenan algunas de ellas: colágeno, queratina, hemoglobina, son también las que regulan todos los procesos vitales. Es decir, si tras escuchar el timbre que indica que una clase ha terminado nos movemos y guardamos los libros, si cuando suena nuestro móvil a veces nos late el corazón muy deprisa, esos nervios ante la proximidad de un examen, cuando a las 11.00 de la mañana nos deshacemos pensando en el bocata…. Todo eso es gracias a unas proteínas que viajan por el sistema nervioso, llamadas neurotransmisores, o bien por vía sanguínea, las hormonas. Si escuchamos a nuestro médico decirnos que tenemos las defensas bajas, esas defensas, llamadas anticuerpos, son proteínas. La regulación de nuestro crecimiento la lleva a cabo una hormona que también tiene naturaleza proteica.

Prácticamente podríamos afirmar que las proteínas son las responsables de que seamos lo que somos.

Nuestro organismo está sometido, en primer lugar a un crecimiento, y continuamente al desgaste provocado por la propia realización de las funciones vitales. Es necesario, por tanto reponer diariamente las proteínas. Y como no, esa reposición viene dada por los alimentos.

Ingerimos proteínas procedentes de distintos seres vivos, pero, si ya sabemos que las proteínas son específicas, ¿Qué pintan para nosotros las procedentes del músculo de un cordero o de un salmón? ¿De la leche de vaca o de la clara de un huevo de gallina? NADA. Para que formen parte de nuestro organismo, primero tenemos que deshacerlas en las unidades que las componen, los aminoácidos, de eso se encarga nuestro aparato digestivo, y, he aquí, que ya tenemos los aminoácidos disponibles, que para eso son comunes a todos los seres vivos, circulando por la sangre hasta llegar a su destino final. Nuestras células. Y aquí es donde está la clave. Hay que unir esos aminoácidos para que formen parte de tu organismo dando lugar a esas proteínas únicas de tu pelo, tu piel, tus huesos, tus emociones…….Y quién contiene esas instrucciones únicas para la correcta unión de los aminoácidos es un código exclusivo para cada ser vivo y ese maravillosos código es (imagen 53) la molécula de ADN.

GENES Y BIOTECNOLOGÍA

Llegado a este punto, tengo que definir un término genético imprescindible para entender un poquito nuestro funcionamiento, se trata del término GEN. Estamos hartos de escucharlo: código genético, ingeniería genética, proyecto genoma…..pero, ¿qué es un gen? Bueno, pues sencillamente, un fragmento de ADN con información para codificar una proteína que dará lugar a un carácter del individuo. Si hay algún fallo o incorrección en un gen, esto se va a poner de manifiesto como una anomalía. Más de 1000 trastornos médicos se consideran causados por genes defectuosos  muchos de ellos enfermedades que no aparecen hasta bien avanzada la vida. Algunos de ellos se deben a combinaciones de factores genéticos y ambientales como alimentos, rayos X, ultravioletas, productos químicos.… por tanto el entorno, la dieta y los hábitos más o menos saludables, pueden modificar el resultado de múltiples predisposiciones genéticas. Ejemplos de trastornos de reconocido origen genético son: la artritis, diversos tipos de cáncer, diabetes, esclerosis múltiple, hemofilia…….

Hoy en día, gracias a la biotecnología, los científicos pueden localizar con sondas de ADN, donde se encuentran en los cromosomas los genes responsables de algunos de estos trastornos genéticos. Pueden identificar a sus portadores y exponerles la posibilidad de que transmitan la enfermedad a sus descendientes. También pueden identificar al gen en los embriones. Más aún, hoy se pueden elegir aquellos gametos en cuya dotación genómica no se halle el gen portador. Y desde hace poco tiempo existe, también gracias a la biotecnología otra opción, la terapia génica, que se propone reparar los daños genéticos proporcionando a los pacientes copias sanas de los genes defectuosos. Pero vayamos por partes:

¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGÍA?

En su concepción más antigua, se entiende como biotecnología el conjunto de técnicas que permiten la aplicación de las propiedades de los seres vivos para producir bienes y servicios.

La capacidad de los microorganismos para fermentar alimentos obteniendo productos tan antiguos y conocidos como el vino, la cerveza, la sidra, el vinagre o las leches fermentadas, ha sido utilizada por el hombre desde los albores de la civilización.

También Pasteur  y su descubrimiento en 1885 de la vacuna de la rabia, y Fleming  y Waksman descubridores de la penicilina y la estreptomicina en 1928 y 1942 respectivamente, son responsables del incremento en nuestra calidad y esperanza de vida y recibieron por ello sendos premios Nóbel antes del advenimiento de la nueva biotecnología. Ahora bien, esta última, desarrollada a partir de los años 80 del pasado siglo, no supone una ruptura con la antigua, pero se apoya en el enorme progreso experimentado por la biología molecular y la genética molecular.

Pongamos un ejemplo que debido a su incidencia en nuestra sociedad nos resultará familiar: LA DIABETES.
La Diabetes Mellitus debe su nombre al olor y sabor dulce (a miel) de la orina en los individuos que la padecen, y es un trastorno endocrino-metabólico que consiste en una insuficiente producción de insulina por parte del páncreas. Siendo la insulina la responsable de la entrada de la glucosa desde la sangre al interior celular, su defecto provoca que la glucosa se concentre en la sangre, de forma que las células del cuerpo se ven privadas de su principal fuente de energía. Además, los altos niveles de glucosa en la sangre pueden dañar los vasos sanguíneos, los riñones los nervios y la retina.

Hoy en día, está demostrado que la diabetes es fruto de una mutación genética que afecta en todo el mundo a millones de personas.

Durante décadas, la carencia de insulina de los diabéticos, se subsanó suministrando a los pacientes insulina extraída del páncreas de cerdo o de vaca. Este era un proceso largo, caro y complicado ya que, a lo elevado de su coste, había que añadir el rechazo que, en ocasiones producía en los pacientes.

Es en el tratamiento de la diabetes uno de los ejemplos donde más ha influido la biotecnología a la hora de aumentar la calidad de vida de los enfermos, y aquí es donde tenemos que aludir a la ingeniería genética.

INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética puede definirse como la manipulación deliberada de la información genética, con miras a la mejora de una especie.

Desde la prehistoria hasta hoy en día, el hombre ha llevado a cabo una manipulación seleccionando artificialmente a aquellos individuos que mostraban una determinada característica. Esta es la razón de que haya tantísimas razas de perros. Por no mencionar que nuestra alimentación se basa en la selección y aprovechamiento de aquellas variedades, vegetales o animales, que mejor se adaptan a nuestra nutrición como, vacas productoras de más leche o que producen leche con menos grasa, o, sin ir más lejos, el trigo utilizado para la fabricación del pan, que procede de una manipulación que le ha hecho incrementar hasta 6 veces el tamaño del grano.

Hoy en día son bien conocidos los beneficios de la aplicación de la ingeniería genética molecular gracias al proyecto “genoma humano” y a la facilidad de manipulación del ADN. Un ejemplo, es la producción de insulina humana recombinante en bacterias (imagen 59). El gen para la insulina, fácil de obtener una vez que ha sido secuenciado, se puede ahora introducir en células bacterianas mediante un plásmido, pequeña molécula de ADN fácilmente manipulable presente en el interior de las bacterias. Como el cultivo de bacterias en cantidades industriales es tarea fácil en los laboratorios, tendríamos una fuente abundante de esta insulina a un precio relativamente bajo.

Otros medicamentos producidos mediante ingeniería genética y comercializados hoy en día con gran éxito son: el interferón, proteína utilizada en procesos de inmunoterapia contra el cáncer, la hormona de crecimiento, el factor VIII de coagulación del que carecen los hemofílicos la eritropoyetina, proteína que favorece la producción de glóbulos rojos corrigiendo la anemia asociada a la quimioterapia (aunque se ha hecho famosa -la EPO- por su uso ilegal en los dopajes)...las aplicaciones posibles son casi infinitas.

Pero los avances científicos no se han detenido aquí, llegando, ya en nuestros días a la terapia génica.

TERAPIA GÉNICA

La terapia génica  consiste en la introducción directa de genes plenamente funcionales en aquellas células cuyo ADN está alterado para reemplazar al gen defectuoso utilizando como vehículos a determinados virus denominados vectores cuyo material genético ha sido reemplazado por el gen terapéutico y cuyo destino final o diana, son las células afuncionales para un determinado gen.

El virus, al realizar sus procesos de incorporación al genoma humano y a sus mecanismos de trascripción y traducción de proteínas terminará finalmente generando cantidades importantes de la proteína normal lo que seguramente va a tener efectos terapéuticos en el paciente.

Esta posibilidad de efectuar tratamiento genético en las células afectadas o incluso en un embrión con alteraciones genéticas ha despertado grandes expectativas. De hecho, los experimentos transfiriendo el gen de la hormona de crecimiento de la rata a embriones en estado temprano de ratón han dado lugar a ratones gigantes con una talla dos veces la normal. Pero por el momento se ha considerado éticamente inaceptable la realización de este tipo de experimentos en seres humanos.

En el momento actual se han intervenido más de 5.000 pacientes en el mundo y la terapia génica se erige como una de las mayores promesas en el campo de la terapéutica, pero todavía hace falta encontrar la respuesta a muchos interrogantes conceptuales y técnicos para que esta sea un arma útil contra la amplia gama de patologías que enfrentamos los seres humanos.

Aunque el campo de la biotecnología va mucho más allá de la medicina extendiéndose al mundo de la agroalimentación, ganadería, procesos industriales y medioambiente, vamos por último a abordar un área, cuyo desarrollo ha despertado grandes esperanzas a la par que una gran polémica social en los últimos tiempos y este no es otro que la investigación con células madre.

CÉLULAS MADRE

¿Qué son las células madre?

Son células escasamente diferenciadas (es decir, no especializadas), que pueden producir cualquier tipo de las células que constituyen el cuerpo de un ser vivo. Es decir, serían como células “en blanco”. En lenguaje internacional se las denomina Stem Cells.

Sabemos que nuestro cuerpo está formado por células de diferentes tipos: células de la sangre, células de la piel, células nerviosas, musculares…. Sin embargo, a menudo nos olvidamos de que todos estos tipos diferentes de células surgieron de una sola célula, el huevo fecundado o cigoto. El desarrollo embrionario implica toda la serie de extraordinarios eventos que ocurren entre el momento de la fecundación del óvulo y la formación de un nuevo individuo.

• Los primeros pasos simplemente involucran a la división celular: una célula se convierte en dos células; dos células en cuatro células, cuatro en ocho etc. 

• Cada una de estas células está indiferenciada es decir, no posee aún una función específica en el cuerpo aunque tiene la capacidad de dar lugar a todos los órganos de un individuo. Estas células se conocen como células madre embrionarias o células pluripotentes .

Las células madre también existen en los adultos y permiten que ciertos tejidos se regeneren durante toda la vida. Serían células madre adultas o multipotentes. Ejemplos de estas células serían las células de la médula ósea (imagen 68), que dan lugar a los distintos tipos de células de la sangre, también las células que dan lugar al crecimiento de nuestro pelo, a la regeneracion de nuestra piel etc…

Las células madre pueden ser obtenidas de varias fuentes:

• De embriones almacenados en clínicas de fertilidad y que no fueron utilizados por las parejas donantes para la concepción de niños.

• De embriones creados por medio de fertilización in vitro en el laboratorio con el propósito específico de obtener células madre.

• De Cordones umbilicales (imagen 69), que contienen un gran potencial de células madre.
• O de tejidos u órganos adultos que ya hemos nombrado.

Las células madre embrionarias deben ser obtenidas cuando el embrión se encuentra en un estado temprano de su desarrollo, entre 5 y 14 días, es decir, cuando el huevo fecundado se ha dividido hasta formar aproximadamente 1.000 células. Estas células se separan y se mantienen en un cultivo celular, deteniendo así el desarrollo embrionario que lleva a la creación de un individuo.

Las terapias con células madre se basan en su capacidad para dar lugar a los distintos tipos de células especializadas ofreciendo la posibilidad de reemplazar células y tejidos dañados. Así se podrán emplear para casos de Parkinson y Alzheimer, lesiones medulares, quemaduras, lesiones de corazón, lesiones cerebrales, diabetes, osteoporosis y artritis reumatoide.

Veamos algunos ejemplos de aplicaciones:

Según publicó Science en Abril de 2000, a dos bebés que nacieron con un defecto genético que les ocasionaba una severa inmunodeficiencia, les extrajeron células madre de médula ósea. Se cultivaron las células, se reemplazó el gen defectuoso y se transfirieron de nuevo a los niños. Este experimento, en el que se emplearon células madre de los propios bebés, constituyó el primer éxito de curación mediante terapia genética.

Por primera vez en España en la Clínica Universitaria de Navarra se ha curado un corazón infartado implantando células madre del propio paciente. El paciente tenía una parte del músculo cardíaco muerta a acusa de varios infartos. Se le extrajeron células del biceps se seleccionaron y purificaron las células madre.

Después de cultivarlas durante tres semanas se inyectaron en el músculo infartado. La recuperación fue prodigiosa.

Un trabajo de la Universidad de Baltimore, explicaba que la inyección de células madre en el líquido cefalorraquídeo lograba devolver el movimiento a unos roedores con parálisis. Los expertos introdujeron células madre neuronales en los roedores paralizados por un virus que ataca específicamente a las neuronas motoras y comprobaron que el 50 por ciento recuperaba la habilidad de apoyar las plantas de una o de dos de sus patas traseras.

El debate con respecto a la investigación en células madre está presente en nuestra sociedad .

El hecho de que las células madre embrionarias provengan de embriones humanos tempranos y su uso implique la destrucción de estos hace que nos encontremos argumentos a favor y en contra de su uso

 En contra muchos piensan que la vida humana comienza en el momento en que se unen el óvulo y el espermatozoide por tanto desde el punto de vista moral, destruir un embrión humano estaría mal, sean cuales fueren los supuestos beneficios.

 A favor:, los embriones humanos deben tratarse con respeto, pero salvar vidas a través de la investigación médica también es un fuerte imperativo moral. En una clínica de reproducción asistida, el médico elige el embrión en fase temprana más sano para implantarlo en el útero. Los demás se congelan para un uso eventual, pero en su mayoría no tienen perspectivas realistas de llegar a término y, finalmente, serán destruidos. Si los padres han expresado su deseo de donar sus embriones para investigación, sería moralmente aceptable usar sus células para hacer bien a otros.

En la práctica la situación no es tan alarmante como algunos pretenden puesto que:

• La tendencia se dirige hacia la utilización de células madre procedentes de bancos de cordón umbilical
• Gran parte de las terapias practicadas lo ha sido con células madre de los propios pacientes.

CONCLUSIÓN

Ante los increíbles avances en el campo de la biotecnología y manipulación genética, la mayor parte de los científicos:

No apoyan que la aplicación de estas tecnologías vaya encaminada a la manipulación a capricho de seres humanos. Sin embargo,

Sí quieren tener la oportunidad de continuar investigando para aplicaciones clínicas bajo la legislación apropiada, con la esperanza de poder aliviar el sufrimiento humano.

 MUCHAS GRACIAS