Las tendencias modernas y tecnologías genéticas (página 2)

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Por ejemplo, para crear una librería del genoma
humano todos sus cromosomas deben cortarse en pequeñas
piezas que serán unidas al azar en vectores (por ejemplo
plásmidos o bacteriófagos) e introducidos en una
población de bacterias.

REACCION EN CADENA DE LA POLIMERASA (RCP)

La reacción en cadena de la
polimerasa (RCP o más conocida como PCR, por sus siglas en
inglés) ofrece una alternativa a la clonación
basada en vectores como medio de generar numerosas copias de ADN
a partir de una muestra simple. Esta técnica imita la
forma en la que el ADN se replica de forma natural en el interior
de la célula. Para llevar a cabo esta técnica los
científicos aíslan el fragmento que va a ser
amplificado en un tubo de ensayo y le aplican calor para separar
las dos cadenas de la molécula.

Es importante notar que la RCP tiene estrecha
relación con un proyecto moderno llamado proyecto de
genoma humano, que busca describir el código
genético con fines investigativos.

ELECTROFORESIS

Esta técnica permite separar
fragmentos de ADN en función de su tamaño al
aplicar una corriente eléctrica a un gel en el interior
del cual se ha introducido una mezcla de fragmentos. Éstos
comienzan a moverse desde el polo negativo al polo positivo de
tal modo que los fragmentos más pequeños se mueven
más rápido que los más grandes. Cuando la
corriente cesa, los fragmentos de ADN se han distribuido a lo
largo del gel, situándose los más pequeños
más cerca del polo positivo, adoptando una apariencia
similar a un código de barras. Cada barra contiene un
fragmento de ADN de un tamaño determinado. Adicionalmente
puede utilizarse una secuencia complementaria de un ADN como
sonda para buscar un fragmento específico en el
patrón de bandas. Por ejemplo, los científicos
pueden usar el ADN encontrado en la sangre presente en la escena
de un crimen como sonda para buscar fragmentos complementarios en
electroforesis conteniendo ADN obtenido de diversas personas
sospechosas.

RECUENCIACION DE ADN

Una vez que un fragmento interesante
de ADN se ha aislado o identificado, los científicos
necesitan determinar si la secuencia de nucleótidos de
dicho fragmento es un gen conocido o qué clase de
proteína puede estar produciendo. Esta técnica
permite determinar la secuencia específica (el orden
preciso de bases nucleótidas) de un fragmento de ADN. La
mayoría de los tipos de secuenciación utilizan la
técnica de extensión de oligonucleótido
ideada por el británico Frederick Sanger. Esta
técnica se puede utilizar por ejemplo para detectar
mutaciones relacionadas con enfermedades tales como la fibrosis
quística, o bien para alterar la secuencia de un gen y
estudiar la función de la proteína
resultante

Proyecto Genoma
Humano

Proyecto Genoma Humano, programa internacional de
colaboración científica cuyo objetivo es obtener un
conocimiento básico de la dotación genética
humana completa (véase Genética). Esta
información se encuentra en todas las células del
cuerpo, codificada en el ácido desoxirribonucleico (ADN).
El Proyecto Genoma Humano ha identificado los aproximadamente
25.000 genes presentes en el núcleo de las células
humanas y ha establecido la localización que ocupan estos
genes en los 23 pares de cromosomas del núcleo.Los datos
obtenidos a partir de la secuenciación y cartografiado del
genoma humano ayudarán a los científicos a
relacionar las enfermedades hereditarias con genes concretos
situados en lugares precisos de los cromosomas. Estas
investigaciones proporcionarán un conocimiento sin
precedentes de la organización esencial de los genes y de
los cromosomas. Muchos científicos creen que la
identificación de la dotación genética
humana revolucionará el tratamiento y prevención de
numerosas enfermedades humanas, ya que penetrará en los
procesos bioquímicos básicos que las
sustentan.

La idea de iniciar un estudio coordinado del genoma
humano surgió de una serie de conferencias
científicas celebradas entre 1985 y 1987. El proyecto
tomó impulso en Estados Unidos en 1990 con la
ampliación de la financiación de los Institutos
Nacionales de Salud (NIH) y del Departamento de Energía
(DOE). Uno de los primeros directores del programa en Estados
Unidos fue el bioquímico James Watson, que en 1962
compartió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina
con los biofísicos británicos Francis Crick y
Maurice Wilkins por el descubrimiento de la estructura del ADN.
Varios países pusieron en marcha programas oficiales de
investigación como parte de esta colaboración,
entre ellos Francia, Alemania, Japón, Reino Unido y otros
miembros de la Unión Europea. En 1999 Celera Genomics, una
empresa privada fundada por el científico Craig Venter,
inició, utilizando una metodología distinta, la
secuenciación del genoma humano. Tanto el consorcio
público como Celera Genomics completaron la primera fase
del proyecto y, en febrero de 2001, publicaron, de manera
simultánea aunque en revistas distintas, los primeros
borradores del mapa genético de los seres humanos. En mayo
de ese mismo año Francis Collins, John Sulston, Jean
Weissenbach, Craig Venter y Hamilton Smith, cuyos equipos
lideraron la investigación mundial sobre el genoma humano,
recibieron el Premio Príncipe de Asturias de
Investigación Científica y Técnica. En abril
de 2003, científicos del consorcio público
completaron la secuenciación del genoma humano, dos
años antes de la fecha original de finalización del
proyecto.

ESTRUCTURA DEL ADN

El elemento más importante del cromosoma es la
molécula continua de ADN. Esta molécula de doble
cadena con forma de escalera retorcida está formada por
compuestos químicos enlazados llamados nucleótidos.
Cada nucleótido consta de tres partes: un azúcar
llamado desoxirribosa, un grupo fosfato y una de cuatro posibles
bases: adenina, timina, guanina o citosina. Estos componentes
están enlazados de manera que el azúcar y el
fosfato forman los lados paralelos de la escalera de ADN; las
bases de ambos lados se unen por parejas para formar los
travesaños; la adenina se enlaza siempre con la timina, y
la guanina siempre con la citosina.

El código genético viene determinado por
el orden que ocupan las bases adenina, timina, guanina y citosina
en la escalera de ADN. Por lo general, cada sección de
esta escalera tiene una secuencia única de pares de bases.
Como un gen no es más que una de estas secciones, posee
también una secuencia única, que puede utilizarse
para diferenciar unos genes de otros y fijar su posición
en el cromosoma.

EL GENOMA HUMANO

Se llama genoma a la totalidad del material
genético de un organismo. El genoma humano tiene unos
20.000 o 25.000 genes distribuidos en los 23 pares de cromosomas
de la célula. Un cromosoma humano puede contener
más de 250 millones de pares de bases de ADN, y se estima
que el genoma humano está compuesto por unos 3.000
millones de pares de bases.

El ADN analizado en el Proyecto Genoma Humano procede,
por lo general, de muestras de sangre o de tejido obtenidas de
varias personas anónimas. Celera Genomics, por su parte,
ha utilizado el ADN de 6 individuos de distintos grupos
étnicos. La diferencia entre el genoma de dos individuos
se ha estimado entre el 0,05 y el 0,1 por ciento. Esto significa
que aproximadamente 1 de cada 1.000 o de cada 2.000
nucleótidos son distintos entre una persona y otra. Por lo
tanto, las diferencias entre muestras de ADN de distintos
individuos son muy pequeñas en comparación con sus
similitudes.

Cartografía y
secuenciación

La RCP mencionada anteriormente, utiliza una enzima
llamada polimerasa para multiplicar rápidamente un
pequeño fragmento de ácido desoxirribonucleico
(ADN), una molécula de doble cadena en forma de escalera
que transporta el material hereditario en todos los seres vivos.
Cada ciclo de RCP consta de tres fases. En la primera, llamada
desnaturalización, se calienta el ADN para separar las dos
cadenas que lo forman. En la segunda, llamada templado, la
temperatura de la mezcla se rebaja para que los cebadores o
fragmentos iniciadores del ADN se enlacen con las cadenas
separadas de esta molécula. En la tercera o
polimerización se eleva de nuevo la temperatura para que
la enzima polimerasa copie rápidamente el ADN. En cada
ciclo de RCP se duplica todo el ADN presente en la
reacción, de manera que en unas pocas horas se obtienen
más de mil millones de copias de un solo
fragmento.

Hay dos categorías principales de técnicas
de cartografía genética: ligamiento o
cartografía genética, que identifica sólo el
orden relativo de los genes a lo largo del cromosoma; y
cartografía física, un conjunto de métodos
más precisos que permite determinar las distancias entre
genes dentro del cromosoma. Ambos tipos de cartografía
utilizan marcadores genéticos, que son
características físicas o moleculares detectables
que se diferencian entre los individuos y se transmiten por
herencia.

La cartografía mediante ligamiento se
desarrolló a principios de la década de 1900
gracias al trabajo del biólogo y genetista estadounidense
Thomas Hunt Morgan. Al observar la frecuencia con que
determinadas características se heredaban unidas en
numerosas generaciones de moscas del vinagre, llegó a la
conclusión de que estos rasgos que con frecuencia se
heredan juntos debían estar asociados con genes
próximos en el cromosoma. Basándose en sus
investigaciones, Morgan logró elaborar un mapa aproximado
que recogía el orden relativo de estos genes asociados en
los cromosomas, y en 1933 recibió el Premio Nobel de
Fisiología y Medicina por su trabajo.

Los mapas de ligamiento humanos se han elaborado sobre
todo siguiendo las pautas de herencia de familias numerosas a lo
largo de muchas generaciones. Inicialmente, estos estudios se
limitaban a los rasgos físicos heredados,
fácilmente observables en todos los miembros de la
familia. Pero actualmente hay técnicas de laboratorio muy
refinadas que permiten a los investigadores crear mapas de
ligamiento más detallados comparando la posición de
los genes diana en relación con el orden de los marcadores
genéticos o de segmentos específicos y conocidos
del ADN.

La cartografía física determina la
distancia real entre puntos diferenciados de los cromosomas. Las
técnicas más precisas combinan robótica, uso
de láser e informática para medir la distancia
entre marcadores genéticos. Para realizar estos mapas se
extrae ADN de los cromosomas humanos y se rompe aleatoriamente en
numerosos fragmentos. A continuación, éstos se
duplican muchas veces en el laboratorio para analizar en las
copias idénticas así obtenidas, llamadas clones, la
presencia o ausencia de marcas genéticas
específicas distintivas. Los clones que comparten varias
marcas proceden por lo general de segmentos solapados del
cromosoma. Las regiones de solapamiento de los clones pueden a
continuación compararse para determinar el orden global de
las marcas a lo largo del cromosoma y la secuencia exacta que
ocupan inicialmente los segmentos de ADN clonados.

Para determinar la secuencia real de nucleótidos
hacen falta mapas físicos muy detallados que recojan el
orden exacto de las piezas clonadas del cromosoma. En el Proyecto
Genoma Humano se ha utilizado primordialmente un método de
secuenciación, desarrollado por el bioquímico
británico y dos veces premio Nobel Frederick Sanger, que
consiste en replicar piezas específicas de ADN y
modificarlas de modo que terminen en una forma fluorescente de
uno de los cuatro nucleótidos.

En los modernos secuenciadores automáticos de
ADN, diseñados por el biólogo molecular
estadounidense Leroy E. Hood, el nucleótido modificado
situado al extremo de una de estas cadenas se detecta con un haz
de láser y se determina el número exacto de
nucleótidos de la cadena. A continuación se combina
esta información en un ordenador para reconstruir la
secuencia de pares de bases de la molécula original de
ADN.

Duplicar el ADN con precisión y
rápidamente tiene una importancia crítica, tanto
para la cartografía como para la secuenciación.
Inicialmente los fragmentos de ADN humano se replicaban mediante
clonación en organismos unicelulares que se dividen
rápidamente, como bacterias o levaduras. Esta
técnica exige mucho tiempo y mucho trabajo. A finales de
la década de 1980 se generalizó el uso de un
método revolucionario de replicación de ADN llamado
reacción en cadena de la polimerasa (RCP). Esta
técnica es fácil de automatizar y puede copiar una
sola molécula de ADN varios millones de veces en unas
pocas horas. En 1993, el bioquímico estadounidense Kary
Mullis recibió el Premio Nobel de Química por
desarrollar esta técnica.

Los biólogos moleculares estadounidenses Craig
Venter y Hamilton O. Smith desarrollaron una metodología
distinta, denominada shotgun, para determinar el orden de los
genes a lo largo del cromosoma prescindiendo de la laboriosa fase
de cartografiado. Esta técnica consiste en cortar el ADN
en muchos fragmentos que se secuencian por separado.
Posteriormente, y con la ayuda de potentes computadoras, se van
ordenando los fragmentos que se superponen para, así,
completar la secuencia. Desde 1995 su metodología ha
servido para determinar el genoma de diversas bacterias, de la
mosca del vinagre Drosophila melanogaster y del genoma
humano.

Bioinformática

La secuenciación del genoma humano ha generado un
amplio catálogo de los aproximadamente 31.000 genes
humanos; mapas de alta resolución de los cromosomas,
incluyendo cientos de miles de puntos significativos; y miles de
millones de informaciones sobre secuencias de pares de bases.
Para ayudar a los investigadores a determinar el sentido de este
aluvión de datos han hecho falta muchos instrumentos
informáticos, como sistemas de información y
gestión de laboratorios, robots, sistemas de
gestión de bases de datos e interfaces gráficas de
usuario.

Se ha desarrollado un nuevo campo de
investigación llamado bioinformática para
satisfacer las exigencias planteadas por el programa. Los
investigadores de bioinformática han creado bases de datos
públicas conectadas a Internet para poner los datos del
genoma a disposición de los científicos de todo el
mundo. La información de secuenciación del ADN se
encuentra en varias bases de datos, entre ellas GenBank del NIH,
Base de Datos de Secuencias de Nucleóticos del Laboratorio
Europeo de Biología Molecular y DNA Databank de
Japón.

Cronología: situación actual
del proyecto

En febrero de 2001, con el 90% del genoma secuenciado,
se publicó un primer borrador del mapa genético de
los seres humanos. Los investigadores completaron el
desciframiento del genoma en abril de 2003.

Los primeros cromosomas descifrados fueron el 22, en
1999, el 21, en 2000, y el cromosoma número 20 en
diciembre de 2001. Los científicos han secuenciado
también el genoma de numerosos organismos como la bacteria
Escherichia coli, la levadura Saccharomyces cerevisiae, el
nematodo Caenorhabditis elegans o la mosca del vinagre. Estos
estudios son importantes para conocer las similitudes que existen
entre los genes humanos y los genes de otros organismos y para
entender mejor las funciones de los genes.

Aunque ya se habían identificado los genes
asociados a ciertas enfermedades hereditarias, como la fibrosis
quística, la distrofia muscular o la enfermedad de
Huntington, la publicación del mapa del genoma humano
impulsará las investigaciones en este campo, posibilitando
el desarrollo de pruebas mejores de selección
genética, de nuevos medicamentos y de mejores tratamientos
para combatir estas patologías. Por otro lado, la
identificación de las alteraciones existentes en el ADN
permitirá mejorar la técnica de biochips que se
utiliza para identificar las alteraciones genéticas que
porta un individuo; esto ayudará a los especialistas a
reconocer si alguien es más propenso a padecer alguna
enfermedad y a decidir qué clase de fármacos pueden
ser más eficaces en el tratamiento. Además, con la
secuencia del genoma completa, los científicos
están dirigiendo su atención hacia el estudio de
las proteínas codificadas por los genes. Esta nueva
disciplina, que ha recibido el nombre de proteómica, se
encarga del análisis y caracterización del proteoma
(el conjunto de las proteínas expresadas por un genoma).
En julio de 2001 se publicó la secuencia completa del
primer proteoma de un ser vivo: el de la levadura Saccharomyces
cerevisiae, cuyo genoma fue uno de los primeros
secuenciados.

El conocimiento del genoma humano tiene también
diversas implicaciones éticas, jurídicas y
sociales. El desciframiento completo del genoma ha estimulado un
debate internacional sobre la conveniencia o no de patentar
para

uso comercial secuencias de genes humanos, de poner la
información sobre genética humana a
disposición de empresas de seguros, así como de
corregir los defectos genéticos de forma que
podrían transmitirse de generación en
generación.

Conclusiones

La genética al ser la ciencia que estudia los
genes, tiene una Vidal importancia en el ámbito medico, ya
que a través de ella, se analizan y estudian las bases
moleculares de la vida, permitiendo realizar investigaciones que
permitan desarrollar las ciencias de la salud con el fin de
mejorar cada vez más la calidad de vida de las
personas.

Las tendencias y tecnologías genéticas le
permiten al hombre realizar diversos tipos de análisis y
estudios que le permiten a la genética como tal
desarrollarse y avanzar cada vez mas en los estudios que le
permitan algún día al hombre curar enfermedades
incurables y terminables tales como el cáncer.

El proyecto genoma humano parece ser la esperanza del
hombre, ya que la secuenciación del genoma humano, uno de
los acontecimientos científicos más relevantes de
la historia de la humanidad, puso de manifiesto que los seres
humanos cuentan con unos 31.000 genes. Por lo tanto el camino a
recorrer es largo pero fructífero

Ya que con el continuo desarrollo de la genética,
la ciencia y la tecnología, se aspira a tener un alto
grado de desarrollo en materia de salud para el 2050.

Recomendaciones

Es importante profundizar por parte del estudiantado y
cuerpo docente acerca de este tema, debido a que actualmente se
dispone de muy poca información acerca del mismo, y la
escasa información que se conoce. Por ello es fundamental
investigar acerca de esto para desarrollar los conocimientos
científicos y contribuir de esa manera al desarrollo de
las ciencias médicas.

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