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.

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).

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.

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.

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:

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.

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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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.

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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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.

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.

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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.

Lab. de Genética Molecular

Instituto de Investigaciones en

Biomedicina y Ciencias Aplicadas

Universidad de Oriente

Cumaná, Venezuela

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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.

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.

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.

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.

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).

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).

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 reor