Diversidad ecosistémica, diversidad molecular

En términos biólogicos, la diversidad física o fenotípica que observamos representa una interpretación de una diversidad molecular previamente inaccesible. Avances en secuenciamiento genómico, los mismos que han significado la reducción en el costo de secuenciamiento del genoma humano de por lo menos USD$300.000.000 a USD$1000 en los últimos 15 años, revelan una ulterior y vastísima diversidad molecular en el medio ambiente. Estos medio ambientes incluyen el entorno marino, el aire, el suelo, e inclusive el cuerpo humano. La pregunta de cómo surge toda esta diversidad es particularmente importante en países como el Ecuador, cuya diversidad ecosistémica es el pilar de una economía primariamente agropecuaria basada en una diversidad de productos: cacao, bananas, flores, camarón, pescado, entre los principales. La pregunta a escala molecular (microbiológica) es engañosa porque obliga a asumir distinciones explícitas entre organismo y medio ambiente, y definiciones claras de lo que constituye la vida. Esta información sonará trivial, pero en el contexto de propiedad intelectual y biotecnología, es extremadamente necesaria.

La evidencia con la que contamos sugiere que tales distinciones y definiciones son relativas. Una comunidad de organismos define y está definida por el medio ambiente en el cual existe, mientras “partículas vivientes“, como los viruses que causan la gripe por ejemplo, promueven la generación de diversidad molecular y fenotípica al servir como medio de transporte para secuencias genómicas. En el caso de los viruses, la historia se vuelve aún más interesante si consideramos que secuencias genómicas virales pueden integrarse al genoma del huésped para permanecer latentes. Es decir, la información genética necesaria para producir una o un millón de partículas virales puede integrarse a un genoma, incluyendo el genoma humano, para resurgir en un futuro no determinado. Es un virus una forma de vida? Es parte del medio ambiente o del organismo? Estas preguntas no tienen al momento respuesta.

Un posible escenario: una comunidad de clones en un tubo de ensayo con medio líquido crece en número acumulando mutaciones producto del azar y acumulando desechos de su metabolismo. Estas mutaciones generan diversidad molecular; los desechos del metabolismo impactan el ambiente y lo vuelven diferente al original. En este simple experimento mental hemos generado diversidad a partir de un ambiente y población homogéneos.

Clones, sin embargo, son extremadamente raros en la naturaleza lo que resulta en una complejidad casi inconcebible cuando de entender ecosistemas naturales se trata. Extendiendo el experimento mental anterior: una población de clones en un centímetro cúbico de suelo estéril acumulará mutaciones y desechos metabólicos en una manera similar. Un centímetro cúbico de suelo, sin embargo, es espacialmente más complejo que un medio líquido: posee claras diferencias tridimensionales que resultan en una multitud de gradientes (pH, temperatura, humedad, disponibilidad de oxígeno, etc. etc. etc.). Estos gradientes definen ambientes diferentes dentro del mismo centímetro cúbico; y diferentes subpoblaciones de clones (con diferentes mutaciones) tendrán diferentes capacidades para colonizar estos medio ambientes dependiendo de su carga genómica. Con el tiempo, la población de clones habrá divergido y subpoblaciones habitando diferentes espacios del centímetro cúbico de suelo serán evidentes. Cualquier virus latente en los genomas iniciales abrá resurgido y transportado secuencias genómicas entre los habitantes del centímetro cúbico. Hoy podemos monitorear estos movimientos genómicos a través del secuenciamiento, es decir, podemos atestiguar evolución molecular (cómo las secuencias genómicas cambian con el tiempo o en respuesta a un cambio en el medio ambiente) y cómo ésta se traduce en evolución macroscópica: una población de clones que se diversifica dentro del centímetro cúbico de un suelo otrora estéril, un mini planeta Tierra colonizado por la vida.

Esta complejidad se vuelve abismal si añadimos plantas, hongos y animales con los cuales los microbios y virus que conocemos interactúan continuamente en todos los niveles: desde el intercambio de genes entre Reinos hasta los fenómenos de patogenicidad con los que estamos familiares, la línea que divide y distingue organismos se vuelve confusa a medida que nos aproximamos a la escala molecular. Por ejemplo, se va estableciendo que el abuso de antibióticos en la agropecuaria es en parte responsable por la aparición de cepas patógenas particularmente problemáticasTrabajadores en contacto con animales hacinados y expuestos a antibióticos pueden transferir patógenos humanos a los animales. Estos patógenos adquieren resistencia a los antibióticos a los que los animales están expuestos y nuevamente infectan a los trabajadores que transmiten una enfermedad resistente al tratamiento con antibióticos.

Un gen es una molecula de ADN considerada una unidad biológica de información y responde a cambios en el medio ambiente. La diversidad ecosistémica se traduce en diversidad molecular. Nuestra habilidad para comprender y aplicar estos genes, es lo las economías más grandes del mundo consideran el siguiente boom económico: la bioeconomía.

El fenómeno que llamamos vida es vasto, único y máximamente diverso dentro del territorio Ecuatoriano que ahora le apuesta a una economía del conocimiento como alternativa a la economía tradicionalmente extrativista con cero valor agregado. En este contexto, entender cómo surge la biodiversidad es esencial para protegerla en el largo plazo. Una exploración inteligente de esta biodiversidad puede articularse con la economía mundial a través de la biología sintética, ingeniería genética en esteroides. Antiguamente, o sea hace diez años porque la información y tecnología esta incrementando de acuerdo a la Ley de Moore, uno tenía que encontrar un gen y físicamente manipularlo (cortar, pegar, remendar) para incorporarlo a alguna plataforma de producción biológica. Hoy se usan bases de datos y los experimentos se ejecutan in-silico; los resultados literalmente se imprimen en cualquier lugar del mundo, a manera de ADN, y pueden directamente explorarse en tales plataformas con el objeto de mejorar diferentes parámetros industriales (rendimiento, producción, eficiencia, etc.).

Estas técnicas abren las puertas a aplicaciones que en un principio no se consideraron: 
Estas plataformas de producción biológica incluyen Sacharomyces cereviceaeEscherichia coli (cepas con las cuales tenemos más de 50 años de experiencia); sin embargo muchas más empiezan a surgir debido al interés en biocombustibles. Para generar diversidad in-vitro existen técnicas como la evolución dirigida, en la que el azar juega un papel importante. Por otro lado, la diversidad genética del Ecuador no es un producto del azar sino de la interacción ambiente/poblaciones a lo largo del tiempo.
Esta información tiene dos méritos:
1. Científico: explorar y catalogar la diversidad ecosistémica y biomolecular (genética) del Ecuador
2. Económico: informar el desarrollo de la bioeconomía con conocimiento científico enfocado en diversidad genética y bioindustria
Esta información puede también incorporarse a la formulación del marco legal necesario para proteger el capital natural del Ecuador.

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