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Radiación y Cancer

Por magister - 2 de Octubre, 2005, 22:12, Categoría: General

RADIACIONES IONIZANTES Y CÁNCER
RADIACIÓN ORIGEN DESCRIPCIÓN ULTRAVIOLETA VER

RADIACIÓN Y EFECTOS BIOLÓGICOS

Se llama radiación a toda energía que se propaga en forma de onda a través del espacio. En el concepto radiación se incluye, pues, desde la luz visible a las ondas de radio y televisión (radiaciones no ionizantes), y desde la luz ultravioleta a los rayos X o la energía fotónica (radiaciones ionizantes).

Existen dos tipos de radiaciones ionizantes:

  1. electromagnética, constituida por rayos gamma, rayos X y rayos ultravioleta;
  2. la constituida por partículas subatómicas (electrones, neutrones, protones).

Cada elemento atómico se caracteriza por su número de protones, que es constante; pero puede presentar distinto número de neutrones, y el número de éstos es lo que define a los diferentes isótopos de cada elemento químico. Muchos isótopos son inestables, y pueden cambiar su número másico (suma de neutrones y protones) por emisión de partículas. Dependiendo de qué tipo de partículas se emitan, hablamos de radiación alfa, beta o gamma, con distinta interacción sobre la materia.

La radiación alfa queda frenada en las capas exteriores de la piel, y no es peligrosa, a menos que se introduzca directamente a través de heridas, alimentos, etc. La radiación beta es más penetrante, introduciéndose uno o dos centímetros en los tejidos vivos. La radiación gamma, o radiación electromagnética de alta energía, es capaz de penetrar profundamente en los tejidos; sin embargo, libera menos energía en el tejido que las alfa o beta. Éstas interaccionan con los átomos y moléculas que se van encontrando a su paso, lo que es mucho más nocivo.

La radiactividad de un isótopo puede medirse, así como la dosis absorbida de radiación ionizante en un tejido determinado.

ORIGEN DE LAS RADIACIONES IONIZANTES

  1. Radiactividad natural. Resulta de la inestabilidad intrínseca de una serie de átomos presentes en la Naturaleza (uranio, torio, etc), así como la procedente de rayos cósmicos --ésta última exposición es mayor en los asiduos al avión--.
  2. Radiactividad incorporada en alimentos , bebidas, etc. Los crustáceos y moluscos marinos (mejillones, chirlas, almejas) la concentran especialmente.
  3. Procedimientos médicos (radiografías, etc). Son la fuente principal de radiación artificial en la población general.
  4. "Basura nuclear". Los materiales de desecho radiactivos de la industria nuclear, los hospitales y los centros de investigación.
  5. Radón. Gas procedente del uranio, que se encuentra de forma natural en la tierra. Procede de materiales de construcción, abonos fosfatados, componentes de radioemisores, detectores de humos, gas natural en los hogares, etc. El grado de exposición al radón aumenta notablemente en sitios cerrados y domicilios con buen aislamiento térmico.
  6. Exposición profesional. En España se incluyen en esta categoría unas 60.000 personas. El 95 % recibe dosis diez veces por debajo del límite permitido.
  7. Explosiones nucleares. Accidentales, bélicas o experimentales.

RADIACIONES IONIZANTES Y CÁNCER

Las radiaciones ionizantes se comportan como un cancerígeno demostrado, dosis-dependiente y sin un umbral para la que pequeñas carcinogénesis; es decir, dosis, incluso cotidianas, pueden desencadenar un cáncer al acumularse.

Cuando se trata de exposición a grandes dosis, el perfil temporal del riesgo difiere según el tipo de cáncer: para la leucemia el riesgo aumenta rápidamente en los primeros años, declinando después; en los tumores sólidos el riesgo aumenta lentamente con el paso del tiempo.

Sobre la población general, y excluida la radiación procedente de radiografías y exploraciones médicas, el mayor riesgo exposicional procede de la desintegración del uranio en radón. Aunque no es posible evitar por completo la exposición domiciliaria a radón, sí que puede ser disminuida; la simple ventilación de las casas disminuye drásticamente los niveles de radón en su interior.

RADIACIONES ULTRAVIOLETA Y CÁNCER

La radiación ultravioleta forma parte del llamado espectro electromagnético, con escaso poder ionizante, debido a su baja energía. En la clasificación de las radiaciones, se encuentran situadas a caballo con las no ionizantes.

En su espectro se distinguen tres zonas en razón de su energía:

  • UVA (o de onda larga): 320 a 400 nm. Los de menor frecuencia y energía.
  • UVB (o de onda media): 320 a 290 nm.
  • UVC (o de onda corta): 290 a 200 nm. Por su mayor energía, son los más peligrosos para la salud.

Las fuentes de radiación ultravioleta son naturales (el sol) y artificiales (hospitales, industrias, cosmética, etc). La radiación UVC no alcanza la superficie terrestre, ya que queda retenida por la capa de ozono en la estratosfera. La radiación natural que nos llega es por tanto UVA y UVB.

El efecto cancerígeno de los rayos UV está ligado a la longitud de onda. Los dos principales factores de riesgo para el cáncer de piel son la exposición a la radiación UV, y el tipo de piel, con más riesgo en personas con tipo de piel clara y menos en las más pigmentadas. Los rayos UV tienen efecto carcinógeno directo, iniciador y promotor (Ver Cáncer y Entorno) sobre la piel, influyendo en el desarrollo de tanto de epiteliomas como de melanomas. En los primeros parece más importante la radiación de fondo, acumulativa --ocupacional, por ejemplo--. En los melanomas tendría mayor efecto la exposición intermitente, recreacional.

El espectro UVB de la radiación solar posee la mayor potencia de inducción de cáncer de piel, ya que induce daño estructural en el ADN celular, al mismo tiempo que estimula la proliferación de la epidermis. Estimaciones recientes han calculado que por cada reducción de un 1 % en la capa de ozono, la radiación UVB/UVC aumentará en un 2 % y el cáncer de piel en un 2 a 6 %.

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La Secuencia del Genoma Humano

Por magister - 17 de Septiembre, 2005, 0:30, Categoría: Universidad

 

El libro de la vida

¿Tiene Acaso Todas las Respuestas?

  1. ¿Qué son los genes?
  2. La secuenciación de genomas
  3. La secuencia del genoma humano
  4. Alcances del proyecto
  5. Limitaciones
  6. Implicaciones éticas
  7. Bibliografía

Quizás el desarrollo científico más significativo de los últimos treinta años es la publicación del Libro de la Vida, el cual posee toda la información genética que contienen las células humanas para formar un individuo completo. La información en este libro puede cambiar en el futuro la manera en que nosotros nos vemos y la forma como se realiza la investigación médica y el tratamiento de enfermedades.

A pesar de la importancia de la información en este libro, éste nunca será impreso, ya que tomaría un millón y medio de páginas de esta revista (a razón de 2.000 letras por página). Sin embargo esta información está disponible a través de bancos de datos en la Internet que permiten un acceso y manejo idóneo de la información.

El Proyecto Genoma Humano (HGP, por sus siglas en inglés) es un esfuerzo de investigación internacional en donde participan científicos de 16 laboratorios de USA, Gran Bretaña, Francia, Alemania, Japón y China, y fue concebido a mediados de los 80s y se desarrolló durante todos los 90s. El objetivo principal del HGP es el caracterizar genéticamente la especie humana, así como especies modelos seleccionadas a través del mapeo genético completo y la secuenciación de su material hereditario.

Este proyecto además ha contemplado el desarrollo de tecnologías para el análisis genético, el estudio de las implicaciones éticas, legales y sociales de la investigación genética en humanos y el entrenamiento de científicos quienes serán capaces de utilizar las herramientas y recursos desarrollados (Collins & Galas 1993; Collins et al., 1998).

La publicación de la primera versión del genoma humano en junio de este año, ha desatado una ola de aseveraciones y especulaciones acerca de los alcances del proyecto. En esta publicación se pretende esclarecer el verdadero alcance inmediato y la utilidad real a corto y mediano plazo de la información publicada del proyecto, de modo de instruir al público y eliminar falsas esperanzas.

¿QUÉ SON LOS GENES?

El desarrollo de la genética comenzó en 1856 con los trabajos de Gregor Mendel, un monje austríaco que trabajó con guisantes, y que publicó en 1866 (Figura 1). Mendel descifró las bases de la Herencia, pero sus resultados permanecieron ignorados por muchos años (De Donato, 1993). No fue sino hasta 1900 que tres científicos, Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak-Seysenegg, trabajando independientemente publicaron sus trabajos que daban a conocer y confirmaban los principios de Mendel.

Mendel habla en su publicación que las características fenotípicas (características que se muestran en un individuo) son controladas por factores en cada organismo. Estos factores se conocen ahora como genes.

Los genes contienen la información necesaria para producir un organismo completo y a toda su maquinaria y estructura para mantenerlo vivo. Así, los genes son los que controlan todos los aspectos de la vida de un organismo, codificando los productos que son responsables del desarrollo, alimentación, reproducción, etc.

Sin embargo, el resultado final de los genes (el fenotipo) va a estar influenciado por el ambiente, tanto externo como interno (otros genes); de modo que dos individuos que tengan los mismos alelos para el color de ojos, no necesariamente van a tener la exacta tonalidad del color de sus ojos. Esta influencia del ambiente es lo que hace que exista mayor variación entre los individuos de una población, y es lo que permite que existan diferencias entre gemelos idénticos.

Los genes están constituidos por ADN o ácido desoxi-rribonucleico. El ADN fue descubierto en 1871 y su estructura fue descifrada por James Watson y Francis Crick en 1953, quienes propusieron el modelo de la doble hélice (Watson y Crick, 1953). Este modelo implica la existencia de dos cadenas perpendiculares dispuestas antiparalelamente y unidas por enlaces de hidrógeno (enlaces no covalentes) formando una especie de escalera de caracol. Las barandas de la escalera están constituidas por grupos fosfatos y azúcares de cinco carbonos, y los peldaños de la escalera están compuestos por cuatro tipos de bases nitrogenadas, a saber, Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) y Citosina (C). Las bases están unidas por los enlaces de hidrógeno que se forman entre las bases que se denominan complementarias, la A se une a la T y la G se une a la C. Cada cadena contiene la misma información pero de manera complementaria. Así si una cadena tiene la secuencia AGCT la otra tiene la secuencia TCGA.

Por su parte, las proteínas son los entes activos de las células, y por tanto, los responsables de ejecutar todas las funciones dentro de éstas. Así, la maquinaria que convierte el alimento, lo utiliza para las funciones vitales de la célula, lo almacena, etc., está basada en proteínas. Ellas también son las responsables de las estructuras intra y extracelulares, así como de otra gran cantidad de funciones. Las proteínas tienen una gran variedad de tamaños y formas y son capaces de asociarse entre ellas, lo que les permite que puedan llevar a cabo todas estas funciones.

Cada proteína está constituida por aminoácidos que son sus bloques de construcción. Todos los seres vivos construyen a sus proteínas en base a unos 20 tipos principales de aminoácidos. Estos van a estar dispuestos en la proteína en una secuencia específica y presentan características fisicoquímicas que van a influenciar las características propias de las proteínas, sus posiciones en la célula y sus funciones.

Toda la información contenida en los genes le permite a la célula fabricar a sus proteínas. El tipo y el número de aminoácidos en una proteína, así como la forma en que es ensamblada y distribuida en la célula está determinada por esa información. Sin embargo, existe un problema de lenguaje entre los dos idiomas. El ADN contiene su información en un lenguaje con cuatro letras (las diferentes bases) y en las proteínas su información está contenida en uno de veinte letras (los diferentes aminoácidos). De modo que un lenguaje tiene que ser traducido al otro, mediante una maquinaria bastante compleja, en un proceso también complejo dividido en transcripción, procesamiento y traducción del mensaje genético.

Para la traducción de un lenguaje a otro, cada aminoácido está codificado por tres bases (denominadas codones), de modo que cada palabra en el lenguaje del ADN consta de tres letras y cada palabra en el lenguaje de las proteínas de una letra (un aminoácido). Esto se conoce como el código genético y fue descifrado por Nirenberg y Khorana en 1966 (Russell, 1996).

LA SECUENCIACIÓN DE GENOMAS

El conjunto completo de genes que está contenido en el núcleo de la célula de un organismo es conocido como genoma. El tamaño del genoma se mide por el número de pares de bases que contiene y es característico de cada especie.

Fue en la segunda mitad de los 70s que se diseñaron dos técnicas que permitían la secuenciación del ADN (Sanger & Coulson, 1975; Maxam & Gilbert, 1977). Antes de eso era muy difícil la secuenciación de cadenas de tan sólo 10 bases. Esto abrió las puertas a la investigación del ADN y a la secuenciación de genes.

Los virus, viroides y plásmidos son los organismos más sencillos en la naturaleza. Debido a su sencillez, que implica la ausencia de una maquinaria metabólica propia, ellos no son considerados por muchos investigadores como seres vivos. Ellos viven a expensas de células a las que invaden y de las que secuestran la maquinaria metabólica y la ponen a trabajar para producir más copias de ellos. Generalmente sólo contienen la información genética necesaria para asegurarse la infección en otras células. El tamaño de su genoma va desde miles de pares de bases hasta decenas o cientos de miles.

El primer organismo en ser secuenciado fue el virus F X174 con 5,375 pares de bases (Sanger et al. 1977). Hoy en día se cuenta con la secuencia completa de 617 virus, entre los que podemos nombrar a los virus causantes del Dengue, Ebola, Hepatitis (tipos A - G), Herpes viral, SIDA, Polio, Influenza, Sarampión, Paperas, entre otros (www.ncbi.nlm.nih.gov:80/PMGifs/Genomes/main_genomes.html).

Las bacterias, por su parte, son organismos vivos con una menor complejidad que los organismos superiores (eucarióticos), pero mucho más complejos que los virus. Ellas son organismos unicelulares, en general, con capacidad metabólica y reproductiva, aunque existen especies que viven parasitando intracelularmente a organismos superiores. El tamaño de sus genomas se calcula entre 600.000 a 13 millones de pares de bases y el número de sus genes está calculado que varía entre 470 y 12.000 (Li, 1997).

Los primeros genomas de bacterias en ser secuenciados fueron los de Haemophilus influenzae y Mycoplasma genitalium (Fleischmann, et al. 1995; Fraser, et al. 1995). Hoy en día, se han secuenciado los genomas de unas 46 especies de bacterias, entre las que están Bacillus subtilis, Chlamydia pneumoniae, Escherichia coli, Mycobacterium tuberculosis, Mycoplasma pneumoniae, Treponema pallidum, Clostridium tetani, Neisseria gonorrhoeae y Vibrio cholera. Además, los genomas de unas 70 especies están en proceso de ser secuenciadas totalmente.

El genoma de organismos eucariotas es mucho más complejo, compuesto por tres tipos de secuencias: secuencias altamente repetitivas, moderadamente repetitivas y secuencias simples. La gran mayoría de genes están presentes en forma de secuencias simples y algunos de ellos están en forma de familias. Las secuencias altamente repetitivas y la mayoría de las secuencias moderadamente repetitivas tienen son consideradas como "basura genética" y dificultan en mucho la secuenciación y el procesamiento de las secuencias.

El primer organismo eucariótico cuyo genoma fue secuenciado por completo en 1997, es la levadura del panadero, Saccharomyces cerevisiae, que ha sido usado por sus características biológicas desde hace mucho tiempo como un modelo para estudios genéticos y moleculares (Fraser et al. 1997). Su genoma comprende unos 12 millones de pares de bases y se calcula que contiene unos 6.183 genes.

El segundo organismo superior secuenciado por completo, y primer organismo multicelular, fue el nemátodo Caenorhabditis elegans cuyo genoma contiene unos 97 millones de pares de bases, que codifican a más de 19 mil genes (C. elegans Sequencing Consortium, 1998). Este organismo ha sido usado ampliamente como modelo biológico en estudios del desarrollo embrionario y biología molecular.

Más recientemente, el genoma de la mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, fue secuenciado, determinándose el tamaño de su genoma en unos 137 millones de pares de bases, que codifican unos 13,600 genes (Adams et al., 2000). Este es el organismo más usado para descifrar los mecanismos genéticos a nivel poblacional, individual e incluso molecular. También es el más usado para determinar la secuencia de eventos durante el desarrollo embrionario del organismo.

La secuenciación exitosa del genoma de la levadura del panadero S. cerevisiae, así como el éxito en la secuenciación parcial del genoma del nemátodo C. elegans, abrió las puertas para la secuenciación completa del genoma humano.

LA SECUENCIA DEL GENOMA HUMANO

A pesar de estos éxitos, la secuenciación del genoma humano ha representado un reto mucho mayor, tanto por el tamaño de la secuencia, como por su complejidad. Por ejemplo, el genoma humano es 250 veces más grande que el de la levadura, así como 30 y 20 veces mayor que el de C. elegans y D. melanogaster, respectivamente. Además, la presencia de un elevado porcentaje de secuencias repetidas, el 40% en el hombre, complica el proceso de secuenciación, ya que no permite su localización precisa en el genoma por estar repetido en diferentes partes.

Para 1990, cuando se arranca con el Proyecto Genoma Humano, la secuenciación era un proceso en su mayor parte manual y con un elevado costo, unos $ 10 por base. La secuenciación completa del genoma humano se inició oficialmente en 1996 y se esperaba tener un 99,99% de precisión de la secuencia para 2005 (Collins et al. 1998). Para este proyecto se formó el consorcio público con organizaciones gubernamentales de varios países. Los objetivos iniciales del HGP fueron el de:

  1. Mapear y secuenciar el genoma humano.

  2. Mapear y secuenciar los genomas de organismos modelos.

  3. Recabar información y distribuirla de manera eficiente.

  4. Considerar las implicaciones éticas y legales del Proyecto.

  5. Entrenar a personal científico y técnico para trabajar en esta área.

  6. Desarrollar la tecnología necesaria para llevar a cabo el proyecto.

  7. Transferir la tecnología al sector de investigación.

  8. Mapear y secuenciar los genomas de organismos modelos.

  9. Recabar información y distribuirla de manera eficiente.

  10. Considerar las implicaciones éticas y legales del Proyecto.

  11. Entrenar a personal científico y técnico para trabajar en esta área.

  12. Desarrollar la tecnología necesaria para llevar a cabo el proyecto.

  13. Transferir la tecnología al sector de investigación.

Debido a lo complicado del proyecto, el consorcio para el HGP lo dividió en partes para secuenciar cada cromosoma por separado. Para esto cada uno se fraccionó en segmentos de unos 150.000 pares de bases en promedio y se clonaron en vectores de gran versatilidad como los cromosomas artificiales de bacterias (BACs y PACs, por sus siglas en inglés) para su mantenimiento, formando las librerías genómicas. Estos segmentos fueron luego ordenados para poder determinar su posición en el genoma.

El mayor problema de este enfoque fue el costo y esfuerzo asociado al mapeo de todos los segmentos genómicos. Una vez ordenados los segmentos genómicos, éstos fueron fraccionados en segmentos secuenciables y se determinó su secuencia en forma aleatoria. Los fragmentos fueron ensamblados en cada segmento genómico para completar así el borrador de la secuencia.

TABLA 1

Comparación entre los objetivos iniciales del plan 1993-1998 del Proyecto Genoma Humano y su estado al final de este período (Collins et al., 1998).

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  • 1 Mb = 1.000.000 de nucleótidos.

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En 1998 se estudiaron los avances del proyecto y se establecieron los nuevos objetivos para el período del 1998-2003 (Collins et al. 1998). Los objetivos esperados para 1998 fueron alcanzados y sobrepasados (Tabla 1), debido al desarrollo tecnológico que permitió automatizar al máximo el proceso de secuenciación y disminuir los costos. Este éxito permitió una redefinición de los objetivos y proyecciones del HGP, adelantando en dos años la fecha de culminación de la secuenciación del genoma humano (Tabla 2).

TABLA 2

Comparación entre los objetivos iniciales del plan 1998-2003 del Proyecto Genoma Humano (Collins et al., 1998) y su estado actual.

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En la actualidad, el ritmo de avance en el HGP ha seguido aumentando, de modo que se adelantó en año y medio la publicación del primer borrador de la secuencia humana, que contiene el 97% del genoma con una baja precisión y el 85% con alta precisión (Pennisi, 2000), lo que también representan porcentajes mayores a los esperados.

Sin embargo, es casi imposible y altamente costoso el clonar todas y cada una de las secuencias del genoma. Es muy común la presencia de "huecos" en los que segmentos del genoma no están presentes en las librerías, de modo que no pueden ser secuenciados.

De esta forma, concluir el próximo 3% y producir el 100% de la secuencia de alta resolución llevará al menos unos dos años más. Esto se debe a que para poder cerrar todos los "huecos " del genoma, que no han sido secuenciados y que no están presentes en las librerías, es necesario completar la secuencia una por una utilizando técnicas especiales de que incrementan el costo y esfuerzo.

Por otra parte, otro grupo de investigadores pertenecientes a la compañía privada Celera Genomics, está secuenciando también el genoma humano, desde hace más o menos un par de años, pero su interés es netamente comercial. Ellos están utilizando otro enfoque, en donde fragmentan el genoma en pequeños segmentos y luego los secuencia sin ordenarlos. Una vez conocida la secuencia, los segmentos son ensamblados a través de complejos programas matemáticos y recursos computacionales muy poderosos.

La presencia de dos grupos tratando de secuenciar el genoma humano produjo que se desatara una carrera para determinar quien sería el primero en terminar. Esta carrera terminó en un empate oficial con la publicación conjunta del libro de la vida.

Sin embargo, el enfoque que Celera Genomics utiliza no permite rellenar los "huecos" de manera eficiente, incrementando el esfuerzo y los costos de manera exponencial a medida que se va acercando al final del proyecto.

ALCANCES DEL PROYECTO

La puesta en marcha y realización del HGP ha permitido el logro de una cantidad de objetivos que no se hubiesen podido alcanzar de otra forma. Entre estos logros podemos mencionar:

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  1. El desarrollo de un mapa genético con una resolución de 1 cM fue un proceso complejo que necesitó la participación de entes multilaterales internacionales que coordinarían la información y establecieran un grupo de familias de referencia en la cual se basaran los estudios genéticos futuros.

  2. La creación del mapeo por radiación de híbridos permitió establecer un método rápido y sencillo para la ordenación a gran escala de marcadores y genes en el genoma humano. Así, se mapearon una gran cantidad de marcadores anónimos y se produjo un mapa físico conteniendo más de 30.000 genes, número que se estima representa la mitad de los genes en el hombre.

  3. La puesta en marcha del HGP permitió contar con fondos suficientes para la secuenciación de organismos modelos como la levadura, el nemátodo C. elegans, la mosca de la fruta, el ratón y otros, que por separado hubiesen tenido muchos problemas para ser financiados.

  4. El desarrollo de la bioinformática como una nueva área científica que permite el almacenaje, manejo y análisis de las secuencias obtenidas en el HGP. El uso de teorías matemáticas complejas ha permitido el análisis detallado de las secuencias y está ayudando a la mejor utilización de la información.

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Cuando se diseño el HGP se esperaba que la información fuese útil, pero no se esperaba que tuviese el extraordinario impacto que ha tenido para la biología molecular.

Con esta versión de la secuencia humana se puede estimar con mayor exactitud el número de genes, que hasta ahora se cree que va entre 60 a 100 mil, así como clasificar las familias de genes y proteínas para inferir las funciones específicas de sus miembros y tratar de entender la forma en que los genes están organizados y controladas sus funciones.

Además, la extensión del HGP a otros organismos ha permitido descubrir la conservación no sólo de las secuencias de muchos genes en organismos tan distantes como el nemátodo o la mosca de la fruta y el hombre, sino también de sus funciones. La base de datos que se creó con toda la información recopilada de los diferentes organismos, permitirá dilucidar las funciones de muchos de los genes que se están descubriendo por medio del análisis de las secuencias publicadas.

Uno de los aspectos que no fueron previstos en la formulación del proyecto inicial, pero que ahora se ha convertido en un factor importante es el gran interés comercial que ha despertado el HGP. Así, existe un consorcio privado (Celera Genomics) que se encuentra secuenciando el genoma humano por su cuenta y está detrás de la obtención de patentes para genes que puedan tener un interés comercial. Además, existen varios consorcios que pretenden usar la información generada con fines comerciales, e incluso instituciones públicas están pensando en la posibilidad de obtener patentes en aquellos descubrimientos importantes que se logren a partir de la secuencia del genoma humano.

La idea original de que la información producida en el HGP permanezca disponible libremente a los investigadores a nivel internacional, ha resultado muy importante para el desarrollo de distintas investigaciones en el área de la biología molecular. Como política, se ha establecido que las secuencias obtenidas diariamente aparezcan en las bases de datos al día siguiente y que todas las revistas de investigación en el área exijan el envío de las secuencias, producidas en los diferentes trabajos, a las bases de datos donde pueden ser adquiridos por cualquier persona.

Esto permite que los pequeños centros de investigación en biología molecular (incluyendo aquellos en Latinoamérica) puedan mantenerse al día con la información. Además, el desarrollo tecnológico del HGP ha permitido la formación de compañías que prestan servicios de secuenciación, clonación y mapeo, entre otros, para proyectos en mucha menor escala y con presupuestos mucho más pequeños, que los del HGP.

Así, se puede decir que los investigadores en América Latina, que históricamente siempre hemos contado con un pequeño presupuesto para la investigación, podemos mantenernos en la mesa de juego, contando con la misma tecnología con que cuentan los proyectos de gran envergadura, pero a precio reducido.

LIMITACIONES

A pesar de toda la potencialidad de la información generada en el HGP, la mayor utilidad inmediata de ésta será para el área de investigación con el fin de generar avances en su interpretación.

La salida de los resultados del HGP a la luz pública ha desatado una ola de aseveraciones y especulaciones acerca de los alcances del proyecto. Aquí es necesario esclarecer el verdadero alcance inmediato y las posibilidades futuras reales, de modo de instruir al público y eliminar falsas esperanzas.

Las ruedas de prensa posteriores al anuncio de la publicación del libro de la vida por parte de los directores del programa, así como del Presidente de los Estados Unidos y el Primer Ministro de Gran Bretaña, se ha originado la idea de que con esta información se podrá "descubrir tratamientos" para enfermedades hasta ahora incurables, "tratar genes defectuosos" o "recetar medicinas específicas" según el código genético de cada persona (informaciones de prensa de AFP).

Esta ola también ha permitido el imaginar los posibles conflictos ético-morales que se pueden presentar con la utilización de esta información, hablándose de "fabricar seres" a partir de un código preconcebido. De este modo, la opinión que se recoge en el público general es que todos los problemas médicos del hombre podrán ser resueltos a partir de esta información, lo cual está muy alejado de la verdad.

Un ejemplo ilustrativo de los alcances reales inmediatos del proyecto lo da el caso del gen de la fibrosis quística. Este gen fue identificado, clonado y secuenciado hace unos once años. El haber descifrado la secuencia del gen normal y determinar cual es el problema del gen mutante no ha sido suficiente para establecer una solución al problema. El mayor alcance hasta ahora ha sido el diagnóstico desarrollado en base a esta información, lo que indudablemente ha llevado a un avance en la investigación sobre el gen y su función en la célula. Mucha información se ha recopilado hasta estos momentos, pero, luego de once años, todavía no se ha producido una cura.

Por otra parte, la secuencia del genoma humano no es más que un montón de letras con poco significado. Esto es como tratar de aprender a usar una máquina sin ninguna información. Ahora que conseguimos imprimir el manual de usuario, vemos que éste se encuentra escrito en otro idioma que no conocemos completamente. Para poder traducirlo necesitamos investigar por mucho tiempo para determinar las características de los diferentes genes y de sus funciones, así como de las interacciones entre genes y los cambios que pueden producir en las funciones individuales de éstos.

La terapia genética se está manejando como la posible solución de todos los problemas genéticos en el hombre. Sin embargo, no se ha producido un solo reporte exitoso de terapia genética en el hombre u otro organismo modelo, quizás debido a que la tecnología de insertar genes en un organismo es al azar y a que ésta no está lo suficientemente avanzada para representar una verdadera solución en la actualidad.

Se estima que nos faltan unos 10 años de estudios para poder entender la mayor parte de la información contenida en el genoma humano. La comprensión del código, la respuesta a preguntas tales como ¿Qué somos?, ¿Porqué nos enfermamos? y ¿porqué envejecemos? Está a décadas de distancia. Sin embargo, se prevé que el beneficio inmediato de la información del HGP para la medicina será en las diferencias que existen entre las secuencias de personas sanas y enfermas. Para esto se ha comenzado un proyecto para la creación de marcadores altamente polimórficos (SNPs) que puedan ser relacionados con estas diferencias.

De este modo, se espera que en los próximos años se produzca una gran revolución en el diagnóstico de muchas de las enfermedades más comunes, para las que ya existe mucha información al respecto y la secuencia de los genes que intervienen en la producción de enfermedades viene a completar el rompecabezas.

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La meta principal a alcanzar, una vez establecida con exactitud la secuencia de los genes humanos, es la de identificar a todos los genes del complemento humano, determinar su función y estudiar las interacciones de cada uno con el ambiente y entre ellos mismos. Así, las enfermedades genéticas atribuídas a mutaciones en genes simples constituyen menos del 5% de todas las enfermedades humanas (Strohman, 1994). La gran mayoría de las enfermedades humanas tienen un componente genético que causa directamente una enfermedad o que simplemente predispone en algún grado a ésta. El ambiente (condiciones del medio y del individuo, así como de la composición genética) va a determinar si una predisposición a una enfermedad en particular se desarrolla y hasta que nivel llega. Son muchas las enfermedades que son producto de la presencia de mutaciones en varios genes, lo que se conoce como herencia cuantitativa o poligénica. De esta forma, sólo la caracterización de todos los genes involucrados en la enfermedad, el estudio de sus funciones y de las interacciones existentes entre ellos permitirá el entendimiento de la enfermedad y llevará algún día a una solución definitiva en los pacientes afectados

Es posible que la propaganda de los posibles alcances del HGP fuera originada de los mismos protagonistas, que aunque están conscientes de las limitaciones de la información, les sirve para justificar el elevado costo del proyecto y asegurar la continuidad de su financiamiento, como ha sido señalado por algunos autores (Hadden, 2000).

Quizás la nueva fase de investigación, una vez determinada con exactitud la secuencia del genoma, será guiada por el interés comercial, lo que podría permitir grandes avances en poco tiempo, pero a la vez no llevaría a la acumulación de conocimientos sobre la función de las secuencias, ya que cada grupo privado mantendría en secreto los descubrimientos que realicen.

IMPLICACIONES ÉTICAS

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Uno de los más grandes temores con respecto al HGP y que ha generado gran controversia por parte de los diferentes sectores de la sociedad, ha sido las implicaciones éticas acerca del uso de la información generada por el proyecto.

El primer aspecto que podemos considerar es el acceso a la información y de su "patentabilidad". Desde un principio se destacó la importancia de que la información permaneciera accesible a todo aquel que la necesitara. Esto produjo controversia, ya que la inversión del proyecto fue hecha por pocas agencias de un puñado de países que se preguntaban si no debían mantener la información para ellos.

Luego la controversia se centró en la posibilidad de patentar, principalmente por parte de las empresas privadas que estaban desarrollando proyectos de secuenciación, la información que ellos obtuvieran. El acuerdo entonces quedó en que las secuencias no representaban la información completa de los genes sino su función y expresión en el genoma. Así, no es patentable las secuencias de bases del ADN a menos que se conozca para que sirven.

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El segundo aspecto a considerar es el uso del diagnóstico de enfermedades que puedan desarrollarse en el futuro con la información del HGP. En teoría, compañías aseguradoras o contratistas podrían negarse a asegurar o contratar los servicios de personas que padezcan de una enfermedad no evidente o que tengan una predisposición a ésta. La discusión produjo un acuerdo de que los exámenes de diagnóstico deben ser requeridos sólo por las mismas personas y que no debe ser realizados sin su consentimiento. Sin embargo esto no representa ninguna garantía de que esto pudiera hacerse de manera clandestina, ya que sólo haría falta una pequeña muestra de sangre para realizar un estudio detallado de muchas de las enfermedades para las que se pueden desarrollar métodos de diagnóstico molecular.

Esto pone en evidencia que es necesario una legislación a nivel internacional que regule éstos aspectos, así como cualquier otro en el que pueda usarse indebidamente la información. En este sentido, los representantes de Celera Genomics y Genset, dos de las compañías privadas más importantes del área, propusieron en crear un parlamento mundial para establecer criterios éticos universales, hasta ahora inexistentes, sobre las potenciales aplicaciones de la información del HGP en el biomedicina (informaciones de prensa de AFP). Este es un paso importante que debería ser tomado por los líderes del mundo con el fin de prevenir cualquier mal uso que se le pueda dar a esta y futuras informaciones del genoma humano.

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 Deseo expresar mi más cordial agradecimiento al Prof. Julio Pérez por la lectura crítica del manuscrito y el aporte hecho al artículo.

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MARCOS DE DONATO

marcosdedonato@yahoo.com

Lab. de Genética Molecular

Instituto de Investigaciones en

Biomedicina y Ciencias Aplicadas

Universidad de Oriente

Cumaná, Venezuela

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Mosaicismo Cromosómico en el diagnostico Prenatal Citogenetico

Por magister - 12 de Septiembre, 2005, 0:07, Categoría: Universidad

Revista Cubana de Genética Humana

Volumen II, Número 2. 2000

MOSAICISMO CROMOSÓMICO EN EL DIAGNÓSTICO PRENATAL CITOGENÉTICO.

AUTORES

Lic. Luis A. Méndez Rosado, Lic. Gisel Hernández Pérez, Lic. Olga Quiñones Maza, Lic. Marta

Lavista Gonzalez, Dr. Jorge Quintana Aguilar.

Departamento de Citogenética. Centro Nacional de Genética Médica, Ciudad de La Habana, Cuba.

E. mail: albermen@infomed.sld.cu

RESUMEN

El mosaicismo cromosómico en diagnóstico prenatal citogenético constituye un problema serio, en

especial cuando se hace necesario determinar el riesgo de alguna afección de origen cromosómico

para el futuro niño. Se hizo un estudio de la incidencia del mosaicismo y pseudomosaicismo en 4

años de labor (1996-1999) en el laboratorio de Diagnóstico Prenatal Citogenético de Ciudad de La

Habana, con el objetivo de determinar su frecuencia. Son seleccionados 1487 casos que cumplen

los requerimientos mínimos establecidos para el estudio. Son hallados 11 casos con mosaicos,

para una frecuencia del 0,73%. Los mosaicos involucran líneas con aberraciones numéricas,

encontrándose: 3 casos con mosaico de trisomía 21, 2 casos con mosaicos de trisomía 20, 2

casos con mosaicos de trisomía 22, 2 casos con mosaicos de cromosoma marcador

supernumerario, 1 caso con mosaico de trisomía 18 y 1 caso con mosaico de triple X. El

pseudomosaicismo presentó una frecuencia del 5.11% para el nivel I y del 1.10 % para el nivel II.

Los cromosomas más frecuentemente hallados en pseudomosaicos de aberraciones numéricas

fueron el 2, 21, 3, 22, X y 17. En pseudomosaicos de aberraciones estructurales encontramos con

mayor frecuencia los cromosomas 17, 5, 18, 3 y 10.

PALABRAS CLAVES

Mosaicismo, pseudomosaicismo, aberraciones numéricas, aberrraciones estructurales.

INTRODUCCIÓN

El hallazgo de células con diferentes cariotipos en el diagnóstico prenatal citogenético por cultivo

de amniocitos, es relativamente poco frecuente, no obstante constituye un serio problema

diagnóstico en el cual no siempre se puede predecir con absoluta certeza el riesgo de una

afección fenotípica en el niño por nacer.

En diferentes controles técnicos realizados en los Estados Unidos, Canadá, Europa y laboratorios

de New York (1,2,3,4) se ha llegado a la conclusión que la incidencia del mosaicismo verdadero

fluctúa en un rango entre 0,1% al 0,3%, mientras que la frecuencia del pseudomosaicismo

tomando en conjunto sus diferentes tipos tuvo una media de 3,25%.

En Cuba el diagnóstico prenatal citogenético se inició a comienzos de la década de los años 80,

hasta el momento los estudios de mosaicismo y pseudomosaicismo en nuestros laboratorios han

sido insuficientes. El presente trabajo reporta la frecuencia de mosaicos y pseudomosaicos en el

Laboratorio de Diagnóstico Prenatal Citogenético de Ciudad de La Habana en el periodo

comprendido entre 1996-1999 y los cromosomas más involucrados en mosaicos y

pseudomosaicos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para el diagnóstico prenatal citogenético se extrajeron 20 ml de líquido amniótico por punción

transabdominal, en el periodo del embarazo comprendido entre las 16-20 semanas.

Por cada caso se siembran 3 frascos de cultivo añadiendo en cada uno:

_ 3 ml de líquido amniótico

_ 3 ml de la mezcla de cultivo (suero fetal de ternera, medio de cultivo, ultroser y antibiótico)

Si aparece al menos 1 célula con algún tipo de aberración se cuentan de 20-50 metafases de los

otros dos frascos de cultivo restantes en dependencia de las características que tenga dicha

aberración (Hsu et al, 1992).

En nuestro muestreo se seleccionaron los casos que tenían como mínimo 10 células analizadas

con bandas GTG, se determinó el pseudomosaicismo según los niveles establecidos por Bui

(1984) donde :

Nivel I correspondió a los hallazgos de una simple célula anormal en uno de los frascos de

cultivo.

El nivel II correspondía a múltiples células con la misma aberración pero solo en un frasco de

cultivo

El nivel III o mosaico verdadero fue establecido cuando aparecía la misma aberración en

diferentes frascos de cultivo o como mínimo en 2 de ellos.

Se tuvieron en cuenta las células con monosomías cromosómicas, solamente si se repetía la

aneuploidía del mismo cromosoma en el caso, con el objetivo de disminuir lo más posible el sesgo

debido a errores técnicos.

RESULTADOS Y DISCUSION

- Frecuencia de mosaicismo

De los 1487 casos diagnosticados en este período, en 11 se detectó un mosaicismo verdadero

( tabla 1) para un 0,73%, este porcentaje está elevado con respecto a la media reportada en la

literatura internacional (1,2,3,4 ) que oscila entre 0.25% y 0.30%. En la tabla # 2 se hace una

comparación entre los resultados de nuestro trabajo y los hallazgos en cuatro grandes muestreos

realizados en diferentes laboratorios del mundo.

En un trabajo de Hsu y col (1984) que recoge un muestreo de mosaicismo y pseudomosaicismo

en los laboratorios de diagnóstico prenatal citogenético de los E.U. en el cual participaron 59

centros, la frecuencia de mosaicismo osciló en un rango entre el 0% y el 0.89%, los laboratorios

con 0% eran aquellos que tenían menos de 500 casos realizados. Los laboratorios con una media

de mosaicismo elevada, se planteaba que era posible tuvieran problemas técnicos (hipotonía y

fijación) , pero cuando hacían referencia a dichos problemas se estaban basando principalmente

en los casos reportados como aneuploidías sexuales (Ej. 45,X ) que puede deberse la pérdida del

cromosoma X o Y a problemas básicamente técnicos.

No obstante existen reportes de otros autores en series en que se analizan las frecuencias de

mosaicismo encontrándose las mismas por encima del 0.30%, ejemplo Najafzadeh et al (1982)

halló un 0.76% y Nocera et al (1985) reportó un 0.45%.

No se puede descartar absolutamente la posibilidad de que alguno de nuestros casos reportados

como mosaicos sean en realidad una contaminación con células maternas, sobre todo teniendo

en cuenta que en alguno de ellos que son del sexo femenino el por ciento de células normales

encontradas fue realmente bajo con respecto al por ciento de células aberrantes halladas, esto por

supuesto aumenta la frecuencia del mosaicismo en nuestra muestra, cuando en realidad se

trataría de un pseudomosaico por contaminación con células maternas.

FRECUENCIA DE PSEUDOMOSAICISMO:

Pseudomosaicismo de nivel I:

En nuestra muestra de 1487 casos encontramos 76 (en 3 se encontraron dos células con

pseudomosaicos diferentes) (tabla # 3) con este tipo de pseudomosaicismo siendo su frecuencia

de 5.11%, en lo reportado en la literatura internacional (1,2,3,4) la frecuencia de este tipo de

pseudomosaico varía en un rango entre 2.47% a 7,10%, por lo que consideramos que nuestros

valores están acorde al hallazgo de otros autores. En este nivel encontramos 57 aberraciones

estructurales y 19 que son aberraciones numéricas existiendo una relación 3:1 entre las mismas.

En la literatura revisada encontramos que sucedía algo similar a lo encontrado por nosotros en

cuanto a estas proporciones (4,7).

Las aberraciones tanto numéricas como estructurales se presentaron en mayor número en su

forma desbalanceada: 3.96 %( 59/1487) desbalanceadas vs 1.14 %(17/1487) balanceadas.

En nuestra serie de pseudomosaicismo nivel I el cromosoma marcador supernumerario aparece

en 6 ocasiones.

Pseudomosaicismo nivel II:

La frecuencia de aparición en nuestra serie estudiada fue de 1.00 % para el pseudomosaicismo de

nivel II (Tabla # 4) . En los 4 grandes muestreos realizados en el mundo (1,2,3,4) el

pseudomosaicismo de múltiples células o de nivel II aparece reportado en un rango entre 0.70% y

1.10%, estando nuestra cifra de porcentaje en el rango reportado por otros autores.

En nuestra muestra existen 5 anomalías cromosómicas balanceadas y diez que son

desbalanceadas, encontramos dos cromosomas involucrados en trisomías libres el cromosoma 17

y el 21; en ambos casos los nacidos vivos fueron normales.

Aparecieron dos casos con cromosomas marcadores supernumerarios, en uno de ellos la madre

había recibido radiaciones, lo que puede explicar la aparición del marcador en el feto; al nacimiento

los 2 fueron fenotípicamente normales.

FRECUENCIA DE APARICIÓN DE LOS CROMOSOMAS INVOLUCRADOS EN MOSAICOS DE

TRISOMÍAS

El mosaicismo diagnosticado en amniocitos tiene una frecuencia del 0,3%, de estos los

cromosomas autosómicos más involucrados en trisomías son el 13, 18, 20 y 21, los cuales son

los responsables de casi el 70% de todos los mosaicos de trisomías encontrados en cromosomas

autosómicos (4).

Mosaicismo de trisomía 21: el cromosoma que con mayor frecuencia aparece involucrado en

mosaicismo de trisomía en nuestra muestra es el 21 que lo encontramos en tres pacientes, para

un 27.2% (3/11), esto realmente es un hecho bastante usual en los reportes de otros autores que

consideran este mosaico entre los más comunes (5, 4, 8). En un trabajo que agrupa 277 casos de

mosaicos de trisomías de autosomas, la trisomía 21 aparece en 60 casos para un 21.6 % de

incidencia (4). Este dato no difiere en gran medida con lo hallado por nosotros en nuestro trabajo.

Mosaico de trisomía 20: es el más frecuente en diagnóstico prenatal citogenético (9,10, 11).

En nuestro muestreo aparece en 2 pacientes, para un 18% (2/11) de frecuencia entre todos los

mosaicos encontrados por nosotros. En el trabajo de Hsu y colaboradores de 1992 el mosaico de

trisomía 20 aparece con una frecuencia del 37% (103/ 277), lo cual evidentemente no es

coincidente con nuestros hallazgos. Es probable que esto sea debido en gran medida a que el

estudio nuestro solo recoge los resultados de 4 años de trabajo en un laboratorio, con un número

limitado de casos.

Mosaico de trisomía 18 : aparece con una frecuencia de 1/ 70 000 niños nacidos vivos (12,13), no

obstante se encuentra reportado en la literatura entre los mosaicos más frecuentes en diagnóstico

prenatal citogenético, en nuestra muestra apareció en una ocasión (1/ 11) para un 9% de

frecuencia. El mosaico de trisomía 18 apareció en 15 casos de las 277 trisomías en mosaico de

los autosomas estudiados por Hsu en 1992, siendo su frecuencia del 5.4% lo cual no esta muy

alejado de lo obtenido por nosotros. Según los reportes de diversos autores sus niveles de

confirmación en tejido fetal son altos (81%-100%) (11,8).

El mosaico de trisomía del cromosoma 13 no apareció en nuestro trabajo. Hsu y colaboradores

(1992) lo reportaron en 15 ocasiones dentro de los 277 mosaicos de trisomías por ellos

encontrados para una frecuencia del 5,4%.

Mosaico de cromosomas marcadores supernumerarios: Respecto a los cromosomas marcadores

supernumerarios en este muestreo de mosaicismo de cuatro años encontramos dos casos. Los

mosaicos de marcadores cromosómicos supernumerarios tienen una frecuencia de aparición en

un rango entre 0.6 al 1.5 por 1000 (11) en el cultivo de amniocitos, en nuestro muestreo en el cual

encontramos dos casos en una muestra de 1487 pacientes el rango con que aparece sería de 2,2

por 1000. En el muestreo realizado por Bui y colaboradores (1984) en los laboratorios europeos

encontraron que el mosaico de marcador supernumerario estaba en una frecuencia de 1/4417

casos diagnosticados prenatalmente. La frecuencia de aparición de este mosaico está elevada en

nuestro estudio con respecto a lo reportado en la literatura internacional.

Mosaicos cromosómicos de trisomías raras en los autosomas:

La trisomía del cromosoma 22 en mosaico se le considera dentro de los llamados casos raros de

mosaicismo de los autosomas (11), no obstante apareció en dos ocasiones en nuestro reporte de

mosaicismo para un 18% (2/11). En el trabajo de Hsu y colaboradores (1997) que recoge 151

casos de mosaicos de trisomías raras, el cromosoma 22 aparece reportado en 11 casos para una

frecuencia del 7.2% lo cual nos brinda una idea de su baja frecuencia de aparición; en nuestro

muestreo esta frecuencia está elevada en comparación con lo reportado con este autor. El hecho

de que en nuestro muestreo aparezca en un 18% de los casos de mosaico nos parece puramente

fortuito.

Mosaicos cromosómicos de aneuploidías sexuales:

En estudio realizado por Hsu y colaboradores (1996) se encuentra que la frecuencia del

mosaicismo en cromosomas sexuales es mayor que en los autosomas (47.7% vs 36.8%).

Con respecto a los mosaicos de aneuploidías sexuales su frecuencia en el periodo que se realiza

la amniocentesis es de 0.038% (17/44170) (1) esto no es significativamente diferente a lo

reportado por otros autores respecto a estas aberraciones en el periodo neonatal (24/60 347 =

0.040%) (15), al parecer una vez que estos fetos con dichas aneuploidías logran alcanzar las

semanas 16-20 de la gestación la cantidad de pérdidas fetales por esta causa esta muy

disminuida.

Mosaico de trisomía del cromosoma X: lo encontramos en solo una ocasión (1/11) para un 9% de

frecuencia entre los casos con mosaicos. En realidad los mosaicos cromosómicos sexuales más

reportados han sido el 45,X/46,XX , el 45,X/ 46,XY y el 47, XXY /46,XX. En una serie de 520

casos de diagnóstico prenatal con mosaicismo de aneuploidías sexuales se hallaron 26 con

47,XXX/ 46,XX lo cual constituye un 5 % de frecuencia de aparición de esta aberración (15). Por

el hecho de tan solo encontrar este mosaico de aneuploidía sexual en este estudio, pensamos que

nuestros datos no coinciden con lo reportado por otros autores, donde estas aberraciones son las

más frecuentemente halladas.

FRECUENCIA DE APARICIÓN DE LOS CROMOSOMAS INVOLUCRADOS EN

PSEUDOMOSAICISMO:

Primeramente analizaremos los cromosomas que aparecen en el pseudomosaicismo de nivel I:

Cromosomas involucrados en pseudomosaicos de trisomías:

Los cromosomas que con más frecuencia aparecen involucrados en trisomías en el nivel I son:

cromosoma número 2 en cuatro ocasiones para un 21% (4/19) de aparición, los cromosomas 3

y 21 en tres ocasiones cada uno para un 15% (3/19), los cromosomas X y 22 en dos ocasiones

cada uno para un 10.5% ( 2/19), los cromosomas 10, 17, 20, 8 y 9 en una ocasión cada uno para

un 5% (1/19) de frecuencia. Como en otras series analizadas por diferentes autores (1,2,3,4) en la

nuestra se repite que sea el cromosoma 2 el que con más frecuencia esté implicado en trisomías

en los pseudomosaicismos llegando a reportarse hasta un 23% de aparición en el nivel I; otros

cromosomas frecuentemente involucrados según los autores anteriormente mencionados son: el 7

(10.8%), el X (8.8%), 17 (6,1%), 20 (6.1%) y el 9 (5.4%). Esto posiblemente son mosaicismos

confinados a tejidos extraembrionarios, que aparecen en los resultados del cultivo de amniocitos,

por encontrarse muchas veces estas células mezcladas en el líquido amniótico donde están las

células fetales.

Frecuencia de cromosomas involucrados en aberraciones estructurales en el pseudomosaicismo

del nivel I:

Aberraciones estructurales desbalanceadas:

Deleciones: La mayoría de las deleciones son terminales. Los cromosomas más involucrados son:

cromosoma # 17 en 4 ocasiones, los cromosomas 5, 18, 4, 1, 6, 15, 10 en dos ocasiones , y los

cromosomas 3,9,14,2, 8, 11, 22 en una ocasión.

Duplicaciones o material cromosómico adicional:

En este muestreo aparece una duplicación del brazo largo del 10, además encontramos que en

dos ocasiones el cromosoma 10 tenía material extra en su estructura. Los restantes cromosomas

con material adicional encontrado fueron el 12, 5, 13 y 9. El cromosoma 10 aparece en el 50% de

los casos con esta aberración.

Marcador cromosómico supernumerario: Lo reportamos en 6 ocasiones en nuestro estudio del

pseudomosaico nivel I.

. Aberraciones estructurales balanceadas en pseudomosaicismo de nivel I:

En este trabajo encontramos 15 translocaciones de las cuales una era Robertsoniana t (21;21).

Las restantes son translocaciones aparentemente balanceadas. Los cromosomas más

involucrados fueron el 16, 3 y 7 en cuatro ocasiones cada uno. El cromosoma 5 y 14 le continúan

en frecuencia al estar involucrados en 3 ocasiones. Los cromosomas 12 y 21 aparecen cada uno

en dos ocasiones, por último los cromosomas 11, 4, 6, 15, X, 22, 20 y 2 que aparecen en

translocaciones solo en una ocasión.

Dentro de los pseudomosaicos de nivel I encontramos un caso que tenía una inversión de la X

y otro con una inversión del 10.

- Cromosomas involucrados en el pseudomosaicismo de nivel II:

En el pseudomosaicismo nivel II encontramos dos cromosomas involucrados en trisomías que

fueron el cromosoma 17 y el 21 una vez cada uno; en ambos casos los nacidos vivos fueron

normales.

Las restantes aberraciones numéricas halladas fueron una monosomía del cromosoma 22 y una

monosomía del cromosoma X.

Aberraciones estructurales halladas en el pseudomosaico de nivel II:

Fueron halladas 11 aberraciones estructurales de ellas 5 fueron aparentemente balanceadas y 6

desbalancedas.

Aberraciones estructurales balanceadas:

Las 5 están constituidas por translocaciones donde los cromosomas más frecuentemente

involucrados eran el 3 y el 5 en dos ocasiones cada uno, nos llama la atención que también estos

cromosomas aparecen frecuentemente en translocaciones de pseudomosaicos de nivel I, por lo

que pudiese existir cierta predisposición a su aparición en las translocaciones de los falsos

mosaicismos, esto esta por demostrar en una serie de un mayor número de casos. Los restantes

cromosomas involucrados en translocaciones fueron el 2, 18, 10,1, 4, X y 14 que aparecieron en

una ocasión cada uno.

Aberraciones estructurales desbalanceadas:

Dentro de esta categoría encontramos una deleción del brazo corto del 18, un isocromosoma del

brazo largo de la X, material extra en un cromosoma 5 y en un 6 y además dos cromosomas

marcadores.

CONCLUSIONES

La frecuencia de aparición del mosaicismo en nuestro muestreo estuvo elevada con relación a los

reportes de otros autores. Para los dos tipos de pseudomosaicismo nuestros resultados coinciden

con lo descrito en la literatura.

Coincidentes con los reportes de la literatura en nuestro muestreo aparecen los mismos

cromosomas que con más frecuencia están involucrados en mosaicismos (21, 20,18, X y marcador

supernumerario), exceptuando al cromosoma 22 que fue hallado en exceso y al cromosoma 13

que no lo reportamos en nuestra serie. No encontramos mosaicos de aberraciones estructurales lo

cual no es raro, la frecuencia con que aparecen reportados los mismos es muy baja.

En pseudomosaicos de aberraciones numéricas los cromosomas más involucrados son: el 2, el

21, el 3, el 22, el X y el 17.

En pseudomosaicos de aberraciones estructurales los cromosomas más frecuentemente hallados

fueron: el cromosoma 17, el 5, el 18, el 3 y el 10.

Tabla # 1.Mosaicos cromosómicos en la muestra de 1487 casos.

# Caso Cariotipo Células aberradas

entre total de células % mosaicismo

1 47,XX+21/ 46,XX 8/10 80%

2 47,XX+21/ 46,XX 9/17 53%

3 47,XX+21/ 46,XX 3/40 7.50%

4 47,XX+20/46,XX 4/31 12.90%

5 47,XY+20/46,XY 2/50 4%

6 47,XY+22/ 46,XY 2/30 6.60%

7 47,XY+22/ 46,XY 3/65 4.60%

8 47,XY+mar/46,XY 241/300 80%

9 47,XX+mar/46,XX 3/30 10%

10 47,XX+18/ 46,XX 13/17 76%

11 47,XXX / 46,XX 29/70 41%

Tabla # 2.Comparación de resultados del trabajo actual y los principales muestreos realizados en el

mundo.

Muestreo No. de casos Mosaicismo Pseudomosaico

nivel I

Pseudomosaico

nivel II

EEUU 62279 0.25% 2.47% 0.70%

Europa 44170 0.10% 2.83% 0.64%

Canada 12386 0.30% 7.10% 1.10%

Laboratorios New York 12000 0.20% 6.68% 1.05%

Muestreo de 4 años 1487 0.73% 5.11% 1.01%

Nota: en los restantes laboratorios se recoge el trabajo de 10 o más años de labor.

Tabla #3 No.Total de células con pseudomosaicismo de nivel I : 76

Tipos de anomalías Número de células

Estructural 57

1- Balanceada 17

a) Translocación recíproca 14

b)Translocación

Robertsoniana 1

c) Inversiones 2

2- Desbalanceadas 40

a) Deleciones 25

b) Material cromosómico

adicional 7

c) Isocromosomas 2

d) Marcador supernumerario 6

Numéricas 19

a) Trisomías autosómicas 17

b) Trisomías sexuales

X X X 1

X X Y 1

Nota: 3 casos tenían dos tipos diferentes de pseudomosaicismo.

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Genoma Humano

Por magister - 2 de Septiembre, 2005, 0:03, Categoría: General

 Aprendiendo sobre el genoma Humano

El genoma humano contiene una cantidad extraordinaria de información acerca del desarrollo, la fisiología, anomalías y evolución de la especie. Este artículo pretende discutir sobre el análisis de la secuencia publicada en febrero de este año y sobre algunos temas polémicos al respecto. La comparación del genoma con otros genomas secuenciados ha demostrado una gran similitud. De esta comparación se observa que el número de genes estimados en los humanos (entre 30 a 40 mil) es mucho menor al esperado. Además existe mucha similitud entre la estructura de los genes y las proteínas. Sin embargo, los humanos parecen tener en promedio exones más pequeños e intrones mucho más grandes. Por su parte, las proteínas no parecen tener muchos más dominios nuevos sino mas bien muchas nuevas combinaciones de dominios ancestrales. Los elementos transponibles y retroelementos parecen estar inactivos. La tasa de mutación en la meiosis de los machos es el doble que en las hembras y la tasa de recombinación en los machos es menor que en las hembras. La tasa de recombinación tiende a ser mucho mayor en regiones distales de los cromosomas y en aquellos más pequeños comparados con los cromosomas grandes.

Palabras Claves: proyecto genoma, genética humana.

Artículo publicado en la revista de divulgación Fontus, Nº 8: 169-202 (2001), de la Asociación de Profesores de la Universidad de Oriente, Cumaná, Venezuela.

ABSTRACT

The human genome contains an extraordinary amount of information about the development, fisiology, anomalies and evolution of the species. This article tries to discuss about the sequence analysis published in February of this year and about some controversial related issues. The comparison of the genome with those of other species already sequenced have shown a great similarity. From this comparison it is clear that the estimated number of human genes (from 30 to 40 thousands) is a lot lower than expected. There is great similarity on the structure of the genes and the proteins. However, humans seem to have on average smaller exons and larger introns. The proteins do not showed a many new domains but new rearrangements of ancestral domains. The transposable elements and retroelements seem to be inactive. The mutation rate in the male meiosis is twice as much as in the female meiosis and the recombination rate in the males is lower than in the females. The recombination rate tend to be higher in distal regions of the chromosome and in the small chromosomes compared to the large ones.

Key Words: genome project, human genetics.

INTRODUCCIÓN

El Proyecto Genoma Humano es quizás el desarrollo científico más significativo de los últimos treinta años, comparable al de la caminata del hombre en la luna a finales de los sesenta. A principios de este año se comenzó a publicar los resultados de los primeros análisis de la secuencia humana, comenzando con los artículos aparecidos en las revistas científicas Nature y Science en la primera semana de febrero.

Este artículo pretende hacer un análisis de los aspectos más resaltantes de esa información y discutir sobre las polémicas suscitadas con la publicación de la secuencia humana. Asimismo, éste representa una continuación del artículo publicado en un número anterior de Fontus (De Donato, 2000) y se recomienda su lectura, sobre todo para aquellas personas no especializados en el área de Genética.

¿QUÉ HEMOS APRENDIDO?

Durante el siglo pasado se inició la búsqueda del conocimiento para entender la naturaleza y contenido del material hereditario, comenzando con el redescubrimiento de las leyes de Mendel de la herencia. La consecución de hechos y descubrimientos se pueden dividir en cuatro fases que se corresponden aproximadamente a los cuatro cuartos del siglo XX. Primero se estableció la base celular de la herencia (los cromosomas), después se definió la base molecular de la herencia (la doble hélice del ADN), luego se conoció como es el flujo de información de la herencia, con el descubrimiento de los mecanismos moleculares de la célula y su aplicación in vitro y en el último cuarto de siglo se descifraron, primero genes y después genomas completos, dando inicio al campo de la genómica. Actualmente se han secuenciado 711 tipos de virus y viroides, 264 plásmidos que se encuentran en diversas especies, 207 organelos, 52 bacterias, un hongo, una planta y tres animales, incluyendo el hombre (se puede obtener una lista en la página de NCBI, http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/PMGifs/ Genomes).

Todavía falta mucho por hacer para completar la secuenciación del genoma humano, pero con la gran mayoría de la información disponible libremente, se ha podido tener una perspectiva global del genoma de nuestra especie. Aunque muchos detalles van a cambiar al finalizar la secuenciación, los aspectos más resaltantes de lo que hemos aprendido se puede resumir en (International Human Genome Sequencing Consortium, IHGSC, 2001):

1. La distribución de los diferentes elementos del genoma es heterogénea, incluyendo genes, elementos transponibles, contenido de GC, islas CpG y tasas de recombinación.

2. Aunque el genoma humano sólo cuenta con cerca del doble de los genomas del gusano (Caenorhabditis elegans) y la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), nuestros genes son mucho más complejos, con más sitios alternativos de procesamiento que producen un mayor número de tipos de proteínas.

3. Las proteínas humanas no sólo poseen más dominios que son específicos de los vertebrados sino que también tienen complejos rearreglos de dominios preexistentes.

4. Cientos de genes humanos parecen haber resultado de una transferencia horizontal desde bacterias y unas docenas parecen haberse derivado de elementos transponibles.

5. Los elementos transponibles y retroelementos parecen estar inactivos en el genoma humano.

6. La tasa de mutación en la meiosis de los machos es el doble que en las hembras.

7. Las tasas de recombinación tienden a ser mucho mayor en regiones distales (cerca de los telómeros) y en los cromosomas más cortos, en un patrón que promueve la ocurrencia de al menos un entrecruzamiento por brazo cromosómico en cada meiosis.

¿CUÁNTOS GENES TENEMOS?

Estimados recientes han colocado el número de genes humanos entre 30 y 40 mil (Ewing & Green, 2000; IHGSC, 2001; Venter et al., 2001). De estos genes, más de 10.000 han sido catalogados en el libro "Online Mendilian Inheritance in Man" (OMIM) (McKusick, 1998) el cual contiene todos las enfermedades genéticas en humanos y los genes mutantes que las causan. Toda esta información está disponible vía Internet (Tabla 1). La integración de la información de esta base de datos con la secuencia humana ha permitido la localización de muchos de estos genes. Para el resto de los genes, es necesario el uso de recursos de bioinformática y del análisis de la información de los genes conocidos hasta ahora.

Teniendo en cuenta que se han secuenciado unos 45 genomas de procariotas (bacterias) y cinco genomas de eucariotas (organismos superiores), es lógico pensar que el análisis de secuencias y la identificación de genes es algo sencillo. Sin embargo, a pesar de lo que conocemos ahora, los genomas más grandes son mucho más difíciles de analizar y sus genes son mucho más complejos, dificultando su identificación.

Se utilizan muchos métodos para predecir la presencia de genes, los cuales están basados en señales específicas en la secuencia que permiten su expresión de manera apropiada. Desafortunadamente, estos métodos tienden a producir falsos positivos, lo que induce a una sobreestimación del número de genes. Además, estos métodos no funcionan bien en secuencias no terminadas, como lo es la mayoría de la secuencia humana.

Por otra parte, la información de secuencias expresadas (EST y ADNc) y proteínas en humanos y otros organismos proveen una forma más precisa para el descubrimiento de los genes (Birney et al. 2001). Por ejemplo, los algoritmos matemáticos más efectivos integran métodos de predicción de genes con comparación de secuencias, entre los que podemos mencionar GeneWise, Genomescan y Genie. En el caso de los humanos, la herramienta más útil para encontrar genes son las secuencias de otros genomas de vertebrados. Es por esto que en el futuro, cuando los resultados de otros proyectos de secuenciación como el del chimpancé, el ratón, el pez zebra y el pez Tetraodon nigroviridis, servirán para analizar aún mejor el genoma humano.

Comparando el número de genes para la especie humana con las otras especies que han sido secuenciadas, éste parece ser bien bajo. A menos que el genoma humano contenga muchos genes que no pueden ser encontrados por técnicas convencionales, los humanos no le deben su complejidad a un número mucho mayor de genes.

La gran mayoría de nuestros genes provienen un pasado evolutivamente distante, donde sólo el 7,35 % de las familias de genes que poseemos son específicos para los vertebrados (IHGSC, 2001). De modo que la mayoría de las funciones celulares básicas han aparecido en la evolución sólo una vez, y de ahí se han modificado y adaptado en cada especie.

En los vertebrados, la aparición de nuevos genes está asociada a dos tipos de funciones: aquellos que son específicos de sus habilidades (tal como complejidad neuronal, factores de coagulación y de respuesta inmune adquirida) y aquellos que aumentan sus capacidades generales (tal como genes para la señalización intra y extracelular, desarrollo, muerte celular programada y control de la transcripción de genes).

ADN REPETITIVO: ¿ÚTIL O INÚTIL?

Una observación bien intrigante al principio de la era de la Biología Molecular, fue que el tamaño de los genomas no se correlacionaba con la complejidad del organismo. Por ejemplo, el hombre tiene un genoma que es unas 200 veces más grande que el genoma de la levadura (S. cerevisiae), pero 200 veces más pequeño que el de Amoeba dubia (Gregory & Hebert, 1999). Esto se conoce como la paradoja del valor C (contenido de ADN) y fué explicado cuando se conoció que los genomas podían contener una gran cantidad de secuencia repetitiva que no posee ninguna función aparente.

Tabla 2. Organización estimada de los distintos tipos de secuencias del Genoma Humano (Datos tomados de IHGSC, 2001).

Tipo de Secuencia

Número

Porcentaje del Genoma

ADN No Repetitivo

47%

Transcrito

30-40.000

28%

Codificante

30-40.000

1.4%

ARN no mensajero

750

5%

No Transcrito

---

19%

ADN Repetitivo

53%

LINEs

850.000

21%

SINEs

1.500.000

13%

Elementos Retrovilares

450.000

8%

Transposones ancestrales

300.000

3%

Repeticiones en Bloque

?

8%

El tamaño total estimado del genoma humano es de 3.200 Mb (Megabases, millones
de bases). De estas bases, 250 Mb corresponden a ADN heterocromático (tabla 2), el cual contiene una gran cantidad de ADN repetitivo que no posee función conocida o es parte de las regiones centroméricas y teloméricas. De todo el resto, sólo el 28 % es transcrito a ARN mensajero para luego ser procesado y dejar sólo un 1.4 % que codifica para las proteínas de todo el cuerpo (IHGSC, 2001; Venter et al., 2001). Además, existen unos 740 genes que codifican sólo ARN con diferentes funciones en la célula, y se espera que muchos más serán encontrados en corto tiempo.

En el hombre, el ADN repetitivo comprende aproximadamente el 53% de toda la secuencia y la mayoría se derivan de elementos transponibles (Smit, 1999). En sentido general, las repeticiones pueden agruparse en 5 clases (IHGSC, 2001):

1. Repeticiones derivadas de transposones (secuencias de ADN que pueden cambiar su posición en el genoma), referidas como repeticiones interdispersa.

2. Copias retropuestas de genes celulares inactivos total o parcialmente, referidas como seudogenes procesados.

3. Repeticiones simples, que consisten de secuencias simples que se repiten una tras otra en segmentos relativamente cortos.

4. Segmentos duplicados, donde pequeños (10 - 300 kb) segmentos han sido copiados en otra parte del genoma.

5. Bloques de ADN repetitivo localizado en regiones específicas, tales como centrómeros, telómeros (extremos de los cromosomas), grupos de genes ribosomales y otros.

El ADN repetitivo generalmente es descrito como basura y se descarta por no ser informativo. Sin embargo, él representa una fuente extraordinaria de información acerca de diversos procesos biológicos. Las repeticiones constituyen un record paleontológico que posee pistas claves de eventos y fuerzas evolutivas que operan en la naturaleza. Cuando tienen un rol pasivo, pueden ser usados para estudiar los procesos de mutación y selección. Cuando su rol es activo, el ADN repetitivo ha producido cambios en el genoma, causando re-arreglos importantes en el orden de los segmentos, creando nuevos genes o modificando y reordenando genes existentes.

Al comparar el ADN repetitivo humano con el de otras especies nos damos cuenta de que la porción eucromática (segmento de cromosomas que contiene la mayoría de los genes, en contraste con la heterocromática que contiene casi exclusivamente ADN repetitivo) contiene una mayor densidad de copias de elementos transponibles que los segmentos eucromáticos de las otras especies.

 Para ver el gráfico seleccione la opción ¨Descargar trabajo¨ del menú superior 

 Además, el genoma humano está lleno de copias de transposones ancestrales y sólo un 6% se estima que está activo. En las otras especies, sin embargo, los transposones son de origen reciente y entre un 25 a 87% está activamente moviéndose en el genoma (IHGSC, 2001). Por último, en el genoma humano, 2 tipos de repeticiones (LINE1 y Alu) representan el 60% de todas las secuencias repetitivas dispersas, mientras que en los otros genomas no existe dominancia de tipos específicos de repeticiones.

ESTRUCTURA DE LOS GENES

Los genes de los organismos superiores (eucariontes) no se presentan de manera continua, como en las bacterias (procariontes), sino que poseen secuencias internas (intrones) que no codifican para las proteínas (Figura 1). De modo que en los eucariontes, una vez transcrito el ADN en ARN, existe una fase de procesamiento de este último, donde las secuencias internas son eliminadas (además de otras modificaciones que sufre el ARN), quedando las secuencias codificantes o exones de manera continua y listas para codificar a las proteínas.

En el pasado, los intentos de estudiar la estructura general de los genes humanos no habían arrojado resultados exactos debido al pequeño número de genes disponibles. En la tabla 3 se resumen algunas de las características estructurales de los genes humanos deducidas del análisis de unos 1.800 genes que están completamente caracterizados desde el punto de vista del ADN y el ARN lo que representaría una muestra de cerca del 5% del total.

Existe una considerable variación en el tamaño general de los genes y los intrones. Muchos genes tienen un tamaño mayor al de 100.000 bp de largo. Por ejemplo, el gen de la distrofina que causa la enfermedad de distrofia muscular de Duchene (DMD) tiene un tamaño de 2.4 Mb (IHGSC, 2001). La variación del tamaño de los exones es mucho menor aunque existen algunos casos extremos. Por ejemplo, el gen titin tiene la secuencia codificante más larga conocida hasta ahora, unos 80.780 bp, además de el número más grande de exones, 178, y el exón más largo, 17.106 bp (Labeit & Kolmerer, 1995).

Otra característica de los genes humanos, y puede que en general para otras especies, es la distribución diferencial a lo largo del genoma y su relación con la alta proporción de las bases Guanina y Citosina (GC).

Tabla 3. Características estructurales de los genes humanos de una muestra de 1.800 genes (Modificado de IHGSC, 2001).

Característica

Moda

Promedio

Tamaño Exones Internos

122 bp

145 bp

Número Exones

7

8.8

Tamaño Intrones

1.023 bp

3.365 bp

Tamaño Secuencia

Codificante

1.100 bp

1.340 bp

Tamaño Proteína

367 aa

447 aa

Tamaño Gen

14.000 bp

27.000 bp

Las secuencias que contienen genes poseen una mayor proporción de GC que las secuencias no génicas. En el genoma humano se observa que la densidad de genes se incrementa más de diez veces cuando la proporción de GC pasa de 30% a 50% (IHGSC, 2001). En general se observa que los intrones más grandes contienen una proporción baja de GC, mientras que el tamaño de los exones no se ve afectado por la proporción de GC. También es clara la asociación de una baja proporción de GC en el ADN repetitivo.

El análisis de las secuencias codificantes, a través de la comparación de los genes con los ARN mensajeros ha mostrado el alto número de genes que presentan procesamiento alternativo. Durante el procesamiento del ARN mensajero en los eucariontes, los intrones son eliminados y sólo el ADN codificante (exones) es traducido a la proteína. Sin embargo, se ha determinado que muchos de los genes utilizan procesamiento alternativo que permite producir dos o más tipos de proteínas de un solo gen. Un análisis del número de secuencias transcritas producidas de los genes del cromosoma 22 demuestra que existen en promedio 2,6 tipos por gen (IHGSC, 2001). Un análisis similar en el cromosoma 19 demuestra un promedio de 3,2. Estos valores seguramente aumentarán a medida que se estudien más tipos distintos de ARN mensajero. En el hombre, este número parece ser mayor que en otras especies, posiblemente explicando la mayor complejidad de nuestra especie.

COMPARÁNDONOS A OTROS ORGANISMOS

La comparación del genoma humano con los de moscas (D. melanogaster) y gusanos (C. elegans) han llevado a la conclusión de que las diferencias físicas y de comportamiento entre especies no están relacionadas de manera simple al número de genes.

El tamaño típico de las secuencias codificantes, y por ende las proteínas, tiene un tamaño similar en las tres especies (1.311 bp en el gusano, 1.497 bp en la mosca y 1.340 en el humano). De la misma forma, la mayoría de los exones internos son aproximadamente del mismo tamaño en estas especies, entre unos 50 a 200 bp, pero en el gusano y la mosca el rango de variación es mayor, resultando en un mayor tamaño promedio de exones para estas dos especies (cerca de 200 bp versus 145 bp en humanos).

Por el contrario, el tamaño de los intrones difiere bastante de los del gusano y mosca. En estas dos especies, la mayoría de los intrones varía entre 50 a 2.000 bp, con un tamaño promedio de 267 bp para el gusano y 487 bp para la mosca. En los humanos, la moda se encuentra alrededor de 1.000 bp y un rango muy amplio que produce un promedio de más de 3.300 bp por intrón (IHGSC, 2001). Esto produce un incremento en el tamaño de los genes en humanos comparados con moscas y gusanos.

Algunos genes humanos parecen provenir directamente de bacterias, más que evolucionados desde las ellas. Esto podría implicar que las bacterias son capaces de transferir genes a vertebrados (Baltimore, 2001).

Por otra parte, más del 90% de los dominios (unidades estructurales) que se encuentran en las proteínas humanas están también presentes en la mosca y el gusano (Rubin, 2001). Pareciera que la evolución de los vertebrados ha requerido la invención de pocos dominios nuevos, y que la nueva arquitectura se basara en el uso diferencial de segmentos bastante antiguos evolutivamente. Sin embargo, los dominios en las proteínas humanas han sido mezclados en muchas nuevas combinaciones que han producido casi el doble de re-arreglos diferentes en nuestro genoma.

A nivel de las proteínas, el 60% de las que existen en nuestro genoma muestran cierto grado de similitud a proteínas de otras especies. Aproximadamente un tercio de las proteínas de humanos, moscas, gusanos y levaduras no muestran similitud a proteínas de otras especies (Rubin, 2001). Estas proteínas puede que retengan funciones similares en cada genoma y que sus secuencias divergieran, o que puedan haber adquirido nuevas funciones específicas para cada especie.

¿DEBEMOS PATENTAR EL ADN?

Se argumenta que el sistema de patentes ha sido una fuerza que ha ayudado al desarrollo de muchos descubrimientos y ha generado productos clínicamente útiles (Bobrow & Thomas, 2001). Además se argumenta que las inversiones de alto riesgo o de sumas muy elevadas sólo pueden ser hechas respaldadas por un sistema de patentes que permita el retorno de los recursos invertidos a corto o mediano plazo y una ganancia acorde con la inversión. Pero la interrogante se presenta ahora con el Proyecto Genoma Humano: ¿Puede tener el mismo efecto positivo en el área de la Genómica? y más aún, ¿Puede este sistema mantener una influencia positiva para el progreso de la ciencia y el beneficio de la mayoría? Las respuestas a estas preguntas son muy inciertas, aún en opiniones de sectores parcializados a extremos de privatización o libre acceso a la información.

Muchos miles de patentes con derechos sobre secuencias de ADN humano han sido otorgadas, incluyendo secuencias de ADN genómico, ADN complementario, marcadores de secuencias expresadas (ESTs), mutaciones y polimorfismos de nucleótido simple (SNPs). La pregunta que podemos hacer ahora es ¿servirán estas patentes para desarrollar nuevos productos con aplicaciones clínicas o son meras oportunidades de obtener un posible beneficio algún día? Algunas secuencias han sido usadas para generar pruebas diagnósticas para la fibrosis cística y el cáncer de mama.

Sin embargo, el otorgar derechos exclusivos de genes que producen enfermedades a un único beneficiario ha generado un amplio debate, que va hasta el cuestionamiento de las secuencias de ADN como parte de una invención. Si tomamos en cuenta que el ADN genómico se encuentra en todos los seres humanos, su secuencia no representa una invención (el espíritu de la patente) sino quizás un descubrimiento. Además, se puede difícilmente respaldar la idea que la secuenciación de un segmento de ADN particular es una inversión que debe ser respaldada por una patente si se sabe que hoy en día un laboratorio modesto puede secuenciar unas 150.000 bases al día a un costo de unos 20 Bs por base (2,7 centavos de dólar).

Es necesario resaltar que el sistema de patentes en ésta área está destinado a producir un caos legal si no se toman las medidas necesarias para regular la patentabilidad de la información. Por ejemplo, los componentes de las unidades genéticas funcionales del cuerpo humano (exones, SNPs, mutaciones, dominios de proteínas, ARN mensajeros y regiones de control) son todas parte integral del mecanismo biológico que actúa en la célula. Si la secuencia de ADN de todos estos componentes son identificados y luego tratados como invenciones separadas, cualquier producto con uso clínico es probable que cruce las barreras legales de varias de las patentes (Bobrow & Thomas, 2001).

Este es un debate que debe llevarse a varios niveles de discusión, tales como la ONU, los poderes legislativos de las naciones y del público en general. El aspecto principal de la discusión debe ser la reformulación del sistema de patentes de modo que ajuste su capacidad de definir la invencionalidad y utilidad requerida para su patentabilidad. Además debe definirse muy bien el camino a seguir con respecto a los diversos Patrimonios de la Humanidad, entre los que se encuentra el Genoma Humano.

¿QUIÉN GANÓ LA CARRERA?

La declaración conjunta de la publicación del primer borrador de la secuencia humana en julio del año pasado, por parte de los sectores público (International Human Genome Sequence Consortium) y privado (Celera Genomics), en presencia del presidente de los Estados Unidos de América parecía determinar un empate entre los dos esfuerzos. Sin embargo, la publicación de un análisis de las secuencias por ambas partes (IHGSC, 2001; Venter et al., 2001) en febrero de este año reinició el debate de quien posee más méritos por descifrar la mayor parte del Genoma Humano.

La compañía Celera Genomics fue fundada con el objetivo de producir la secuencia completa del genoma humano en un período más corto y con una inversión mucho más pequeña que la iniciativa pública. El objetivo inicial fue de generar la secuencia con una cobertura de 10X. Sin embargo, los datos presentados por Celera muestran una cobertura de 5,1 veces del genoma, más el uso de otras 2,9 veces del genoma proveniente de la iniciativa pública que está disponible libremente a través de Internet. La compañía justifica el uso de secuencias públicas porque con ello se ahorraron unos 60 millones de dólares.

Los miembros del proyecto público argumentan que la información tomada por Celera no fue al azar, sino más bien cuidadosamente escogida para cubrir todo el genoma, aprovechando al máximo la información generada por el sector público. Ellos sostienen que en realidad Celera utilizó el equivalente al 7,5X de la secuencia del genoma humano (Butler, 2001). En este sentido, John Sulston, antiguo director de uno de los centros más importantes del IHGSC comenta que:

" Por tres años al proyecto público se le dijo que éramos ineficientes, lentos y no teníamos razón al proceder de manera cautelosa, y que el Whole Genome Shotgun [enfoque metodológico empleado por Celera Genomics] obviaba la necesidad de todos estos pasos que representaban un derroche. A la final, se transpira que nosotros somos los que hemos garantizado que exista una secuencia del genoma humano. Nosotros salvamos el día".

PROYECTOS FUTUROS

Aunque se han hecho grandes progresos en la secuenciación del genoma humano, todavía falta mucho por hacer. Ahora se está avanzando hacia varias direcciones que permitirán el uso y aplicación de toda la información que se ha generado y se seguirá generando en los próximos años. Entre los proyectos que se contempla terminar a corto o mediano plazo se encuentran:

1. Terminación de la secuencia del genoma humano. Se estima que se producirá una secuencia terminada, de lo que existe hoy en día, a mediados del este año y la mayoría de los huecos deberían ser cerrados para el 2003.

2. Desarrollo del índice integrado de genes (IGI) y proteínas (IPI). El análisis de las secuencias del genoma, así como de la información de otras fuentes producirá un listado detallado de todos los genes y proteínas que contienen las células humanas.

3. Identificación a gran escala de regiones reguladoras. Para entender cómo la célula regula los genes es necesario conocer las secuencias responsables de las funciones celulares definidas por regulación específica de los genes de los distintos tipos celulares.

4. Secuenciación adicional de genomas de otras especies. Existen proyectos que han comenzado a secuenciar los genomas del ratón, el pez zebra, los peces Tetraodon nigroviridis y Takifugu rubripes. Además existen planes para secuenciar algún otro primate y otros organismos que ayudarán a caracterizar los genomas de vertebrados y no vertebrados.

5. Terminación el catálogo de la variación humana. Actualmente se han identificado más de 1.4 millones de SNPs a lo largo de todo el genoma y se extenderá hasta descubrir casi la totalidad de las diferencias entre distintos seres humanos, lo que permitirá la aplicación de esta información en el descubrimiento de las causas de muchas enfermedades.

6. Paso de la secuencia a la función de los genes. El análisis de toda la información generada nos permitirá descubrir la función de cada uno de los genes y nos llevará a desarrollar nuevas tecnologías para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades genéticas.

AGRADECIMIENTOS

Deseo expresar mi más cordial agradecimiento a Carmen Alfonsi e Isabel Mimbela de Loroño por la lectura crítica del manuscrito.

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VENTER, C.J.; ADAMS, M.D.; MYERS, E.W.; LI, P.W.; MURAL, R.J.; SUTTON, G.G.; SMITH, H.O.; YANDEL, M.; EVANS, C.A.; HOLT, R.A.; GOCAYNE, J.D.; AMANATIDES, P.; BALLEW, R.M.; HUSON, D.H.; WORTMAN, J.R.; ZHANG, Q.; KODIRA, C.D.; ZHENG, X.H.; CHEN, l.; SKUPSKI, M., et al. (2001). The Sequence of the Human Genome. Science 291:1304-1351.

Dr. MARCOS DE DONATO

Lab. Genética Molecular, IIBCA, Universidad de Oriente.

Cumaná, estado Sucre, Venezuela

marcosdedonato@yahoo.com

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Cerdos transgenicos y Cancer

Por magister - 1 de Septiembre, 2005, 0:48, Categoría: colegio

Cerdos transgénicos para producir drogas contra el cáncer

Científicos surcoreanos crearon cerdos transgénicos capaces de producir grandes cantidades de una droga contra el cáncer. Este fármaco, conocido como GM-CSF, estimula a las células de la médula ósea para fabricar más glóbulos blancos y hace que éstos duren más. Se lo prescribe a las personas que tienen un bajo número de glóbulos blancos debido al tratamiento contra el cáncer. Actualmente se lo produce en microorganismos modificados por ingeniería genética, pero su producción es aún muy cara. Por eso Park Chang-sik y su grupo de la Universidad Nacional de Chungnam clonaron cerdos transgénicos capaces de producir GM-CSF en su leche. "Insertamos al gen del GM-CSF en las células somáticas de cerdos Land Race y luego las fusionamos a óvulos sin núcleo para producir unos 1.600 embriones, de los cuales 8 originaron crías?, explicó Park. ?Estos cerdos pueden fabricar a la proteína GM-CSF en la leche?, agregó.

 

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Nueva Vacuna contra Tuberculosis

Por magister - 1 de Septiembre, 2005, 0:45, Categoría: colegio

Investigadores de Max Planck desvelan los mecanismos de una nueva vacuna más eficaz contra la tuberculosis

Un equipo del instituto Max Planck para la biología de la infección en Berlín (Alemania) ha diseñado una nueva vacuna para la tuberculosis de gran eficacia. Con 2,5 millones de muertes y la aparición de nueve millones de casos nuevos cada año, la tuberculosis, junto con el VIH/SIDA es la responsable del mayor número de víctimas por enfermedades infecciosas en todo el mundo. Se calcula que un tercio de la población mundial está infectada con la bacteria de la tuberculosis. En un principio, los patógenos están en letargo, y la enfermedad brota luego en un diez por ciento de los infectados, quienes desarrollan una tuberculosis abierta y contagiosa. Existe una vacuna contra la tuberculosis, la BCG, aunque no protege contra la variante más frecuente de la enfermedad: la tuberculosis pulmonar en adultos. Preocupa principalmente el hecho de que un número creciente de patógenos estén haciéndose resistentes a las medicaciones convencionales. Las cifras de la Organización Mundial de la Salud apuntan a que unos 50 millones de personas en todo el mundo están infectadas con estas cepas multirresistentes. Es necesaria por lo tanto más que nunca una vacuna eficaz contra la tuberculosis. En marzo de 2004, para conmemorar el Día mundial de la tuberculosis, se presentó una iniciativa de investigación alemana financiada a nivel estatal para desarrollar precisamente una vacuna de este tipo. Científicos del instituto Max Planck para la biología de la infección (MPIIB) en Berlín, bajo la dirección del doctor Stefan H. E. Kaufmann, han desarrollado esta vacuna que tiene muchas posibilidades de ser eficaz. Consiste en una bacteria atenuada que está estrechamente relacionada con el patógeno de la tuberculosis, el Mycobacterium tuberculosis. A lo largo de muchas décadas se ha demostrado la seguridad de la BCG pero, desafortunadamente, le falta efectividad. Los niños sólo están protegidos ante ciertas variantes de tuberculosis, y no existe protección alguna contra la neumotuberculosis, la que es con mucha diferencia la forma más común de la enfermedad. Es sabido que la protección que ofrece la actual vacuna BCG está limitada debido a que la bacteria BCG se oculta en las células del organismo, dentro de los llamados fagosomas. Por lo tanto, el grupo del doctor Kaufmann decidió insertar un gen codificado para la listeriolisina, una proteína que causa la perforación de los fagosomas, y que permite que las células BCG disponibles en el sistema inmune creen una protección inmune. La creación de la BCG recombinante, que expresa la listeriolisina, ha demostrado que provoca una protección mucho más eficaz contra la tuberculosis que la vacuna BCG que se utiliza actualmente. La nueva induce a la muerte de las células huésped infectadas, lo que estimula la protección por parte de las células dendríticas, las células presentadoras de antígenos más eficaces. Los resultados de los estudios preclínicos demuestran que se ha logrado una protección más potente contra la tuberculosis pulmonar. Es importante destacar que la nueva vacuna protege también contra aislados clínicos de la familia Beijing. Estos suelen ser frecuentemente resistentes a multifármacos y más agresivos, y por lo tanto han empezado a conquistar el mundo. Se da por hecho que los aislados de la familia Beijing surgieron en respuesta a los tratamientos con fármacos y la vacunación. La nueva BCG de ingeniería genética podría ofrecer una medida eficaz contra esta amenaza. La vacuna ha sido otorgada a Vakzine Projekt Management que la experimentará en pruebas clínicas a comienzos de 2006.

30 08 Journal of Clinical Investigations

www.jci.org/cgi/reprint/JCI24617v1

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Génoma del Chimpance

Por magister - 1 de Septiembre, 2005, 0:39, Categoría: colegio

El chimpancé se une al club

Los científicos acaban de terminar la lectura de uno de los volúmenes más importantes de la biblioteca de la vida: el genoma del chimpancé. El análisis de esta secuencia permitirá finalmente responder a una vieja y vigente pregunta: ¿qué es lo que nos hace humanos a las personas?. El Consorcio del Genoma del Chimpancé, liderado por Estados Unidos, comenzó a comparar ambos genomas. Alineando las secuencias de Pan troglodytes (chimpancé) con las de Homo sapiens (hombre) descubrieron que hay seis regiones de nuestro genoma que nos son propias. Estas áreas incluyen a una que contiene a un gen, reconocido como crucial para una de las características que nos distinguen del resto de los animales: el habla. El chimpancé se agrega a una larga lista de especies que ya tienen su genoma secuenciado, y que incluye a muchas bacterias, hongos, el ratón, el arroz, el perro, el hombre, entre otros. Esperan en la cola el cobayo, el gato doméstico y varios parásitos y mohos. El consorcio del Genoma de Chimpancé ensambló las secuencias usando el método conocido como ?whole-genome shotgun?, y que se basa en cortar el genoma en muchos fragmentos, secuenciarlos y armar el rompecabezas en la computadora. El 98% de los datos provienen de muestras de sangre de un único chimpancé, llamado Clint, del Centro Nacional de Investigación de Primates Yerkes de Atlanta, Georgia.

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Mitosis

Por magister - 31 de Agosto, 2005, 0:45, Categoría: Universidad

Guía sobre el Ciclo Celular y Mitosis

Mitosis 

¿Qué es (y no es) mitosis?  
Mitosis es la división nuclear más citocinesis, y produce dos células hijas idénticas durante la profase, prometafase, metafase, anafase y telofase.  La interfase frecuentemente se incluye en discusiones sobre mitosis, pero la interfase técnicamente no es parte de la mitosis, más bien incluye los etapas G1, S y G2 del ciclo celular. 
Interfase & mitosis  
Interfase 
 

La célula está ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis (las próximas cuatro fases que conducen e incluyen la división nuclear).  Los cromosomas no se disciernen claramente en el núcleo, aunque una mancha oscura llamada nucleolo, puede ser visible.  La célula puede contener un par de centriolos ( o centros de organización de microtubulos en los vegetales ) los cuales son sitios de organización para los microtubulos. 
Profase 
 

La cromatina en el núcleo comienza a condensarse y se vuelve visible en el microscopio óptico como cromosomas.  El  núcleolo desaparece.  Los centríolos comienzan a moverse a polos opuestos de la célula y  fibras se extienden desde los centrómeros. Algunas fibras cruzan la célula para formar el huso mitótico.
Prometafase 
 

La membrana nuclear se disuelve, marcando el comienzo de la prometafase.  Las proteínas de adhieren a los centrómeros creando los cinetocoros.  Los microtubulos se adhieren a los cinetocoros y los cromosomas comienzan a moverse.
Metafase 
 

Fibras del huso alinean los cromosomas a lo largo del medio del núcleo celular.  Esta línea es referida como, el plato de la metafase.  Esta organización ayuda a asegurar que en la próxima fase, cuando los cromosomas se separan, cada nuevo núcleo recibirá una copia de cada cromosoma.
Anafase 
 

Los pares de cromosomas se separan en los cinetocoros y se mueven a lados opuestos de la célula.  El  movimiento es el resultado de una combinación de: el movimiento del cinetocoro a lo largo de los microtubulos del huso y la interacción física de los microtubulos polares. 
Telofase 
 

Los cromatidos llegan a los polos opuestos de la célula, y nuevas membranas se forman alrededor de los núcleos hijos. Los cromosomas se dispersan y ya no son visibles bajo el microscopio óptico.  Las fibras del huso se dispersan, y la citocinesis o la partición de la célula puede comenzar también durante esta etapa.
Citocinesis 

En células animales, la citocinesis ocurre cuando un anillo fibroso compuesto de una proteína llamada actína, alrededor del centro de la célula se contrae pellizcando la célula en dos células hijas, cada una con su núcleo.  En células vegetales, la pared rígida requiere que un placa celular sea sintetizada entre las dos células hijas. 
Animación
de Mitosis 
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Ciclo Celular

Por magister - 31 de Agosto, 2005, 0:42, Categoría: Universidad

Guía sobre el Ciclo Celular y Mitosis

El Ciclo Celular 

Etapas del Ciclo Celular  
El ciclo celular es un conjunto ordenado de eventos que culmina con el crecimiento de la célula y la división en dos células hijas.  Las células que no están en división no se consideran que estén en el ciclo celular. Las etapas, mostradas a la izquierda, son G1-S-G2-M. El estado G1 quiere decir "GAP 1"(Intervalo 1). El estado S representa "Síntesis". Este es el estado cuando ocurre la replicación del ADN. El estado G2 representa "GAP 2"(Intervalo 2). El estado M representa "mitosis", y es cuando ocurre la división nuclear (los cromosomas se separan) y citoplasmática (citocinesis). La Mitosis  además se divide en  4 fases, las cuáles se pueden ver en la próxima página.
Regulación del ciclo celular  
Cómo se controla la división celular ( y de está manera el crecimiento celular) es muy complejo.  Los siguientes términos corresponden a algunos rasgos que son importantes en la regulación y lugares dónde los errores pueden conducir al cáncer.  El cáncer es una enfermedad dónde la regulación del ciclo celular sale mal y el crecimiento normal y comportamiento de la célula se pierden.

KdC (kinase dependiente de ciclinas, agrega fosfato a una proteína), junto con ciclinas son las mayores llaves de control para el ciclo celular, causando que la célula se mueva de G1 a S o G2 a M. 

FPM (Factor Promotor de la Maduración)  incluye la KdC y ciclinas que desencadenan la progresión del ciclo celular. 

p53 Es una proteína que funciona bloqueando el ciclo celular si el ADN está dañado. Si el daño es severo esta proteína puede causar apoptosis (muerte celular).

  1. Los niveles de p53 están incrementados en células dañadas. Esto otorga tiempo para reparar el ADN por bloqueo del ciclo celular.  
  2. Una mutación de la p53 es la mutación más frecuente que conduce al cáncer. Un caso extremo de esto es el síndrome de Li Fraumeni dónde un defecto genético en la p53 conduce a una alta frecuencia de cáncer en los individuos afectados.
p27 Es una proteína que se une a ciclinas y KdC bloqueando la entrada en fase S.  Investigaciones recientes (Nat. Med.3, 152 (97)) la prognosis del cáncer en el ceno está determinado por los niveles de p27.  Reducidos niveles de p27 predicen un mal resultado para los pacientes de cáncer en el seno. 



El Proyecto Biológico 
The University of Arizona 
el 28 de Octubre, 1998 
Contact the Development Team  

http://www.biologia.arizona.edu 
All contents copyright © 1998. All rights reserved. 
 

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Genes homeoticos

Por magister - 31 de Agosto, 2005, 0:32, Categoría: Universidad

  Estudios recientes sugieren que las proteínas codificadas por los proto-oncogenes desarrollan un número limitado de funciones: algunas, como las proteínas ras, fes, fps, abl, fgr, yes y src son tirosina-cinasas; otras son factores de crecimiento como el factor de crecimiento derivado de las plaquetas; y aun otras constituyen una parte importante de receptores a hormonas y a factores de crecimiento. Por ejemplo, el producto del proto-oncogen erb-B forma parte del receptor al factor de crecimiento epidérmico y el producto erb-A es homólogo con el receptor a la hormona tiroidea.
    Varios proto-oncogenes codifican para proteínas que actúan en el núcleo celular, tal es el caso de myc, myb, fos, ski y B-lym. Se piensa que oncogenes de esta familia, al expresarse en forma no regulada, podrían alterar la transcripción de otros genes necesarios tanto para proliferación no regulada de las células cancerosas, como para que éstas desarrollen el proceso de metástasis. Así, una producción no regulada de myc hace de la replicación del DNA celular, un proceso continuo en las células transformadas. Recientemente, se encontró que la replicación eucariótica podía detenerse mediante anticuerpos contra la proteína myc.

GENES HOMEÓTICOS (HOX)

El término homeosis fue propuesto por Bateson (1894) para describir la transformación de una estructura del cuerpo en otra, pero en otro segmento corporal; por ejemplo, en Drosophila la antena de la cabeza puede transformarse en un segundo
par de antenas.
    La familia de genes HOX codifican para un grupo de factores de transcripción responsables de regular la morfogénesis y de conferir la identidad axial para el desarrollo del embrión. Los HOX tienen en común una secuencia de DNA conocida como caja homeótica, la cual está constituida por 180 pares de bases nitrogenadas. Tal vez lo más interesante de la caja homeótica sea la homología que guarda con cajas homeóticas de organismos superiores como vertebrados, mamíferos y de humanos.
    En vertebrados los 39 genes Hox están organizados en cuatro grupos cromosómicos: HoxA, HoxB, HoxC y HoxD. Este arreglo surgió evolutivamente por duplicación y divergencia de un grupo Hox ancestral, que condujo a la generación de subgrupos de genes parálogos (afines), los cuales están altamente relacionados en base a secuencias similares y posición dentro del grupo. Por lo que los HoxA a HoxD se han subdividido en 13 subgrupos o familias de genes parálogos (Fig. 2).

GENES PAX

Los genes PAX codifican para factores de transcripción nuclear, que regulan procesos del desarrollo, tanto en vertebrados como en invertebrados. La diversidad de efectos que muestran estos genes se refleja en su estructura; todos codifican para proteínas que se unen al DNA por una región de dominio doble conocida como «paired domain», de donde deriva su nombre, ya que dicha región constituye una homeocaja (paired domain homeobox).
La familia de genes HOX codifican para un grupo de factores de transcripción responsables de regular la morfogénesis y de conferir la identidad axial para el desarrollo del embrión.


FIGURA 2. Arreglo de los cuatro grupos de Hox en vertebrados. Las barras en negro indican los genes relacionados. Los trece parálogos se señalan abajo de cada barra negra. Se indica de 3' a 5' la expresión colinear en tiempo durante el desarrollo anteroposterior del embrión (adaptado de Maconochie, 1996).






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