20 May La genética al alcance de la gente
Fragmento del libro GENÉTICA, CÓMO PUEDE CAMBIAR NUESTRA VIDA, de JORGE DOTTO
¿Qué es un gen?, ¿y el genoma humano? La composición del ADN es casi idéntica entre los seres humanos. Entre una persona y otra, la constitución genética (genoma) es casi 99% igual.
La única verdad es que los seres vivos tenemos genes responsables de que podamos vivir. Por supuesto que el corazón, los pulmones y el cerebro son órganos vitales pero, para que ellos funcionen, siempre hay un gen que tiene la información necesaria para la síntesis de una proteína que ejecuta la función o hay un gen que se expresa de alguna manera para que un mecanismo clave se active.
Un gen es una unidad molecular compuesta por un fragmento de ADN, localizado en un cromosoma de una manera lineal, y cada ubicación especifica se denomina locusque en latín significa “lugar”. Esta unidad molecular se hereda, y tiene la información para la síntesis de una proteína. El lugar del gen que tiene esta información se llama exón, es la sección que codifica mientras que el área que no codifica se llama intrón. Esto significa que los genes tienen la información para determinar ciertas características de nuestro cuerpo: tener un mayor riesgo de padecer una enfermedad o afectar la función que realiza un medicamento cuando ingresa a nuestro cuerpo. Son responsables de funciones vitales como el control del ciclo celular, la reparación del ADN y el desarrollo embrionario. Genes similares o idénticos presentes en diferentes organismos se considera que se han conservado a través de la evolución.
El motivo por el cual avanza la medicina y se descubren nuevos mecanismos biológicos, enfermedades y la aplicación de nuevos medicamentos es porque podemos estudiar animales. Y la razón por la que estudiamos animales es que la composición genética del genoma humano tiene similitudes con diferentes tipos de animales. Por ejemplo, los monos tienen un 98% de similitud con el genoma humano. Los gatos presentan un 90% de similitud en sus genes con los genes humanos, 82% con los perros, 80% con las vacas, 79% con los monos y 69% con las ratas. Los pollos tienen 60% de sus genes similares a los humanos, mientras que la misma proporción es la que representa la mosca con el genoma en los seres humanos. En cuanto a los ratones, la equivalencia en los genes llega al 90%, y lo sorprendente es que el 99% de los genes en los ratones se han identificado análogos en los humanos.
Por respeto a los animales, y por cuestiones de comodidad para el estudio, costo económico y similitud genética, las investigaciones medicas o biológicas se realizan con ratones.
Se estima que solo se necesitan de 250 a 400 genes para que un organismo pueda vivir. Este es el caso de una célula procariota, la que no tiene núcleo, el ejemplo clásico es una bacteria. Hace varios anos se pensaba que los seres humanos teníamos 100.000 genes, pero se demostró que nuestra totalidad de genes, lo que se denomina “genoma”, ronda entre los 20.000-25.000 genes. El gen más grande del genoma humano es DMD, localizado en el brazo largo (q) del cromosoma X (Xp21), responsable de causar una enfermedad genética grave que causa parálisis muscular llamada “distrofia muscular de Duchenne”.
La secuencia de ADN de varios organismos fue largamente analizada y podemos decir que la cantidad de genes no es tan diferente, ya que una bacteria tiene alrededor de 5000 genes, una levadura 6000 genes, una mosca 13.600, un parasito 19.000 y un ratón 20.000. En el ejemplo de la levadura, un tipo de hongo que tiene 6000 genes es el Saccharomyces cerevisiae. Este microorganismo se utiliza para hacer el pan, el vino y la cerveza. El hongo necesita muy pocos genes para vivir, es clave en nuestra alimentación y ayuda a disfrutar de bebidas. ! Es un genoma con valor agregado!
En un principio los genes se estudiaron para identificar alteraciones en su secuencia, las llamadas “mutaciones” que producen una función defectuosa.
Los genes se ubican en los cromosomas y tenemos 2 copias de cada gen, una copia se hereda por parte de la madre y la otra copia proviene del padre. Los cromosomas son cadenas compactas de ADN y los seres humanos tenemos 46 cromosomas dispuestos en pares, uno de esos cromosomas que conforman cada par se hereda de la madre y otro del padre. Las mujeres tienen 22 pares de cromosomas autosómicos del 1 al 22, y dos cromosomas sexuales femeninos X, lo que se escribe como 46, XX y representa un cariotipo femenino normal. El hombre tiene 22 pares de cromosomas autosómicos del 1 al 22, y un cromosoma masculino Y y un cromosoma X que se escribe como 46, XY, y representa un cariotipo masculino normal.
Aunque sea sorprendente, la composición del ADN es casi idéntica entre los seres humanos. Entre una persona y otra, la constitución genética es casi 99% igual. Algunos expertos sostienen que solo hay un 0,5% de diferencia en nuestros genes, entre personas, mientras que otros estiman que seria un 0,1%. Los valores de cualquiera de estas cifras son realmente increíbles ya que demuestran la poca diferencia que existe a nivel molecular entre los seres humanos. En esta minima diferencia es donde entra en juego la llamada “huella genética” (genetic fingerprinting), una técnica que ayuda a identificar personas de acuerdo con su perfil genético. Esta técnica identifica secuencias de ADN que se repiten en el genoma de una persona y son un “marcador molecular” pero, a su vez, presentan una gran variabilidad entre individuos. Estas mínimas diferencias en el genoma de cada individuo hacen que seamos diferentes físicamente, entre otras características. Las áreas únicas en las personas que representan los marcadores moleculares son las utilizadas para identificar a las personas en los casos forenses o de filiación.
En 1906, el biólogo ingles William Bateson (1861- 1926) propuso el termino “genética” para un nuevo campo de la biología dedicado a la investigación de las reglas que determinaban la herencia y las variaciones en los organismos.
El termino “gen” deriva de las palabras griegas genos, que significa “origen” o genesis, que significa “nacimiento”, y fue utilizado por primera vez por el biólogo, botánico y genetista danés Wilhelm Johannsen (1857-1927) en 1909. También fue responsable de introducir los términos “genotipo” y “fenotipo”. El genotipo es la colección de genes de una persona, este se expresa cuando la información que tiene el gen resulta en la síntesis de una proteína. La expresión del genotipo es responsable por ejemplo de la apariencia de una persona, lo que se denomina “fenotipo”. El fenotipo son las características que tiene una persona, como por ejemplo el tipo de grupo sanguíneo, color de pelo, color de ojos y la altura.
Gregor Mendel (1822-1884) es famoso en el campo de la genética porque describió lo que hoy llamamos las “leyes de Mendel”. Este monje de la orden de los agustinos llevo a cabo experimentos cruzando diferentes arvejas en el jardín de su monasterio en la ciudad de Brno, en la actualidad la Republica Checa, y en ese momento, parte del Imperio Austro-Húngaro. Mendel reconoció que la herencia esta basada en factores individuales que son independientes de cada uno. Estos factores se transmiten de la generación de una planta a la próxima con un patrón predecible, y cada factor es responsable de una característica observable. La característica observable es el fenotipo, mientras que la información genética subyacente es el genotipo.
Pasaron los anos y en 1901 se empezaron a estudiar las formas de herencia siguiendo los estudios de Mendel, en plantas, en animales y en humanos. En ese momento, se comenzaron a describir enfermedades que tenían una causa genética. En 1902 se determino que una malformación genética que causa dedos cortos en las manos y pies llamada “braquidactilia” (tipo A1 o tipo Farabee) se transmitía de manera hereditaria. Fue la primera vez que se consideraba que una enfermedad humana se transmitía a través de los genes de manera hereditaria a la próxima generación.
El Proyecto del Genoma Humano fue una organización internacional que representa a varios países liderada por centros de investigación en los Estados Unidos y el Reino Unido. El objetivo principal fue determinar la secuencia de 3 billones (3.000.000.000) de pares de nucleótidos en el ADN del genoma humano, y de esa manera, identificar todos los genes que lo conforman. Los nucleótidos son las cuatro letras que conforman el ADN (A: adenina, T: timina, G: guanina y C: citosina), el orden o secuencia de estas letras tiene significado. La combinación de 3 letras corresponde a un aminoácido, por lo tanto, múltiples combinaciones de las 4 letras son necesarias para formar los 20 aminoácidos. Diferentes combinaciones de aminoácidos son los componentes de las diferentes proteínas como, por ejemplo, el colágeno en la piel, la queratina del pelo, los receptores donde actúan los medicamentos y las proteínas que participan en las contracciones musculares.
El Proyecto del Genoma Humano comenzó en el ano 1990. Si “desenrolláramos” la totalidad de los 3 billones de nucleótidos y cada nucleótido lo ubicáramos con una separación de 1 mm entre uno y otro, el tamaño del genoma seria equivalente a 3000 kilómetros, o sea, a un viaje en avión entre Buenos Aires, Argentina, y Lima, Perú (3140 Km.) con una duración promedio de 4 horas y 10 minutos. A su vez, se estima que si alguien quisiera leer o recitar la totalidad del genoma, llevaría un siglo hacerlo, leyendo una letra (nucleótido) por segundo durante las 24 horas de cada día.
La investigación tuvo un costo de 3 billones de dólares, lo que representa un dólar por cada nucleótido descubierto. Este dinero resulto para el periodo 1990-2003 (se había planeado que el proyecto se lograra en 15 anos, pero la tecnología y el trabajo de los investigadores hicieron que pudiera finalizarse en el ano 2003). El estudio de los equipos científicos no solo pudo llegar a descubrir el genoma humano sino también la totalidad de genes presentes en la bacteria intestinal (Escherichia coli o E. coli), la mosca y los ratones de “laboratorio”.
La secuencia identificada del genoma humano no representa la totalidad del genoma de una sola persona. Los investigadores analizaron muestras de sangre de mujeres y espermatozoides de un gran número de donantes.
Gracias al análisis del genoma humano, se han podido identificar los genes y las características que manifiestan. Como ejemplo, el gen EDAR es responsable de que las personas de poblaciones del sudeste asiático tengan el pelo grueso y lacio. El TCHH es causante de que las personas que descienden de los europeos del norte tengan el cabello lacio, similar al gen EDAR pero en la población europea.
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¿Puedo estudiar mi genoma? La medicina del presente y del futuro. Con una muestra de saliva se puede conocer el origen étnico, y estudiando algunos componentes del genoma se puede saber si hay riesgo para desarrollar una enfermedad.
Estamos viviendo un momento histórico muy particular a nivel mundial. La “medicina personalizada” forma parte de esta revolución y esta cada día mas cerca.
El enfoque moderno de la medicina es la prevención, evitar que una enfermedad se desarrolle. Estamos en condiciones de afirmar que empezamos la era de la “prevención genética”. Solo con una muestra de un tejido o líquido corporal podemos tener información muy precisa de lo que ocurre a nivel molecular, del estado de nuestra composición genética: el genoma. Aun es muy costoso estudiar los 20.000-25.000 genes que conforman el genoma de una persona, pero vamos por ese camino. El objetivo es que en el futuro cada persona pueda acceder a tener la secuenciación completa de su genoma con un costo menor a 1000 dólares.
Es sencillo, con una muestra de saliva se puede averiguar la información genética de una persona, se extrae el ADN (acido desoxirribonucleico) y luego se utiliza un chip o array, una plaqueta pequeña similar a la de una computadora, donde se detectan las variantes genéticas llamadas “polimorfismos” o SNP (polimorfismo de nucleótido simple, que es nombrado por su sigla en ingles single-nucleotide polymorphism), y los resultados se analizan e interpretan en el monitor de una computadora.
Que es un polimorfismo o SNP? Es una variante o mutación en un gen que esta presente como mínimo en el 1% de una población. Es una mutación de un solo nucleótido adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G) en la secuencia de ADN, y es la alteración mas frecuente que ocurre en los seres humanos. Se han descripto millones de polimorfismos (SNPs), ya que son distintos de acuerdo con las diferentes poblaciones y, a su vez, se han conservado a través de la evolución del ser humano.
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TIEMPO ARGENTINO