El éxito de éste modelo radicaba en su consistencia con las propiedades físicas y químicas del ADN. El estudio mostraba además que la complementariedad de bases podía ser relevante en su replicación, y también la importancia de la secuencia de bases como portador de información genética. Cada unidad que se repite, el nucleótido, contiene un segmento de la estructura de soporte (azúcar + fosfato), que mantiene la cadena unida, y una Base, que interacciona con la otra cadena de ADN en la hélice.
Una base ligada a un azúcar se denomina Nucleósido y una base ligada a un azúcar y a uno o más grupos fosfatos recibe el nombre de Nucleótido. Cuando muchos nucleótidos se encuentran unidos, como ocurre en el ADN, el polímero resultante se denomina Polinucleótido.
Conocemos como transgénesis al proceso de transferir genes de un organismo a otro. La transgénesis se usa actualmente para hacer plantas y animales modificados.
Hay distintos métodos de transgénesis como la utilización de pistolas de genes o el uso de bacterias o virus como vectores para transferir los genes.
El Transgénico se refiere a una planta o a un animal en cuyas células se ha introducido un fragmento de ADN exógeno, o sea un ADN que no se encuentra normalmente en ese organismo. Un ratón transgénico, por ejemplo, es uno al que se ha inyectado ADN, en un óvulo fertilizado que se reimplanta a una madre adoptiva. El animal que nace tiene no solo su propio ADN, sino también el fragmento de ADN exógeno que se reinyectó en la etapa de fertilización del óvulo. Podemos estudiar qué efecto tiene este gen sobre todo el organismo, en vez de mirar tan solo una célula en un tejido de cultivo. Esto es muy importante porque muchas enfermedades no afectan a un solo tipo de células, sino que afectan a las interacciones entre muchos tipos diferentes de células. Este tipo de tecnología permite modelar enfermedades humanas en otras especies donde se puede estudiar la biología y posibles terapias para la enfermedad.
La clonación reproductiva, que tiene como objetivo principal la obtención de un individuo idéntico completo, y la clonación terapéutica, que tiene como fin último la obtención de células madre pluripotentes para uso terapéutico, son los otros dos tipos de clonación que existen en la actualidad.
La transcripción y la replicación del ADN implican la realización de copias del ADN en una célula. La transcripción copia la información genética del ADN en ARN, mientras que la replicación hace otra copia idéntica de ADN.
Los aminoácidos proteicos, son aquellos que están codificados en el genoma; para la mayoría de los seres vivos son 20: alanina, arginina, asparagina, aspartato, cisteína, fenilalanina, glicina, glutamato, glutamina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, prolina, serina, tirosina, treonina, triptófano y valina.
Pero , hay excepciones: en algunos seres vivos el código genético tiene pequeñas modificaciones y puede codificar otros aminoácidos. El aminoácido número 21 es la selenocisteína, que aparece tanto en eucariotas como procariotas y arqueas, y el número 22 es la pirrolisina que aparece solo en algunas arqueas.
EL PROYECTO GENOMA HUMANO
1. ¿De qué trata el Proyecto Genoma Humano?
El Proyecto Genoma Humano fue el programa internacional cooperativo de investigación constituido para completar el mapeo y la comprensión de todos los genes de los seres humanos. El conjunto de todos nuestros genes se conoce como nuestro “genoma”.
2. ¿Cuándo se inició? Haz una línea de tiempo de sus principales acontecimientos.
El comienzo oficial del Proyecto Genoma Humano (PGH) en Estados Unidos fue anunciado el 1º de octubre de 1990. Sin embargo, el proceso intelectual y administrativo responsable por el inicio del proyecto ya había estado operando varios años antes. Los orígenes del PGH se remontan a un encuentro en Alta, Utah, en 1984, donde la discusión se centró sobre el análisis del ADN con el propósito de detectar mutaciones entre los sobrevivientes de las explosiones atómicas.
Poco después de este encuentro, el concepto de un programa comprensivo de estudio del genoma fue desarrollado por dos grupos. Primero, una conferencia en 1985 en Santa Cruz, California, fue convocada para examinar la viabilidad de secuenciar el genoma humano. Luego, Charles De Lisi inició discusiones dentro del Departamento de Energía sobre las ventajas de secuenciar el genoma en gran escala. Debido a su interés sobre los efectos en la salud de las radiaciones y otros tipos de daños ambientales, el Departamento de Energía evaluó establecer la secuencia del genoma humano como críticamente importante para los programas que apuntaban a monitorear los cambios en la secuencia del ADN.
De Lisi además afirmó que el Departamento de Energía con su experiencia en una diversidad de campos complementarios (por ejemplo, química analítica, física aplicada, ingeniería y computación) y experiencia en dirigir proyectos en larga escala, sería un importante participante para tal esfuerzo. Un apoyo adicional para el PGH provino independientemente de Renato Dulbecco, quien argumentó en 1986 que secuenciar el genoma humano e identificar todos los genes codificados sería un modo eficiente para facilitar la investigación sobre el cáncer. Dulbecco enfatizó que sería más deseable elucidar toda esta información de una vez, en lugar de obtenerla paso a paso en un extendido período de tiempo.
Dos informes que influyeron mucho -publicados en 1988- guiaron el desarrollo de la estructura y alcance de estas fases iniciales del PGH en Estados Unidos. Uno, producido por el Consejo Nacional de Investigaciones, sobre el mapeo y secuenciamiento del genoma humano, y, otro, por un comité operando bajo los auspicios de la Oficina de Evaluación Tecnológica del Congreso de Estados Unidos. Estos documentos apelaban a un esfuerzo sistemático de mapear y secuenciar el genoma humano y produjeron recomendaciones sobre el alcance y objetivos del esfuerzo, subrayando los roles del Instituto Nacional de Salud y del Departamento de Energía en administrar el proyecto en Estados Unidos y recomendaron niveles de financiamiento para el emprendimiento. El programa general señaló que estos trabajos han permanecido vigentes, a pesar de los numerosos avances en las tecnologías disponibles para el análisis del genoma.
La oficina de salud e investigación ambiental del Departamento de Energía inició su programa formal en 1987. La oficina para la investigación sobre el genoma humano en el Instituto Nacional de Salud fue creada en 1988 y ese mismo año se transformó en el Centro Nacional para la Investigación del Genoma Humano. Las sumas consignadas para el Departamento de Energía y los programas del Instituto Nacional de Salud fueron aportadas en 1988 (aunque el programa del Departamento de Energía comenzó en el año previo usando fondos derivados de otras fuentes). El primer conjunto de objetivos formales para el proyecto en Estados Unidos fueron establecidos en 1990, cuando el proyecto comenzó oficialmente.
Aunque las raíces históricas del PGH están ampliamente localizadas en Estados Unidos, el proyecto es internacional en estructura y espíritu. Además del Instituto Nacional de Salud (NIH) y del Departamento de Energía que organizaron el PGH en Estados Unidos, existen agencias análogas coordinando los esfuerzos en otros países, principalmente en Inglaterra, Francia, Alemania, Italia, Canadá, Japón y China. El proyecto es verdaderamente internacional en términos de colaboración y coordinación. Por otra parte, la inclusión de "Humano" en el nombre del PGH es, por supuesto, una designación impropia, debido a que no refleja adecuadamente la envergadura de toda la iniciativa. Desde el comienzo, el mapeo paralelo y el secuenciamiento de los organismos modelo no humanos han sido componentes centrales del PGH.
3. ¿Cuáles son sus objetivos?
Los objetivos concretos del Proyecto fueron:
• Identificar los aproximadamente 100.000 genes humanos en el ADN.
• Determinar la secuencia de 3 billones de bases químicas que conforman el ADN.
• Guardar la información en bases de datos.
• Desarrollar de modo rápido y eficiente tecnologías de secuenciación.
• Desarrollar herramientas para análisis de datos.
• Dirimir las cuestiones éticas, legales y sociales que se derivan del proyecto.
4. ¿Qué empresas estaban implicadas en él?
Tras varios años de controversias sobre la viabilidad del proyecto, en 1988, el Congreso de los Estados Unidos autorizó el dinero para la financiación del Proyecto Genoma Humano, fijado en 90.000 millones de dólares, puso al frente de la investigación a James D. Watson, codescubridor de la doble hélice de ADN.
En 1990 se creó un Consorcio Público, en el que se unieron el Ministerio de Energía de EE.UU (DOE), el cual planteó la secuenciación del genoma humano, como medio para afrontar la evaluación del efecto de las radiaciones sobre el material hereditario, y los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos (NHI), con la colaboración de universidades y centros de investigación de distintos países, como el Reino Unido, Francia, Alemania, China y Japón.
Al poco tiempo de iniciarse el Proyecto, uno de sus fundadores, Craig Venter, solicitó la patente de uno de los genes que habían secuenciado; este hecho provocó problemas, que condujeron al cambio en la dirección del proyecto, a la salida de Venter del Consorcio Público, y al a fundación de una empresa privada, Celera Genomics, que, en 1999, inició la secuenciación del genoma humano utilizando un método diferente, con la ayuda de potentes ordenadores, y de forma independiente al Consorcio.
En el año 2000, Craig Venter (director de Celera Genomics) y Francis Collins (director del Consorcio Público) dieron a conocer las dos versiones del borrador del genoma humano, que fueron publicadas por prestigiosas revistas científicas.
En 2003, coincidiendo con la celebración del 50º aniversario del descubrimiento de la estructura del ADN, se anuncia que el Proyecto Genoma Humano ha concluido, y que la secuencia del genoma humano ha sido descifrada completamente.
5. ¿Qué tipos de mapas se realizan en este proyecto?
Este proyecto supuso la realización de dos tipos de mapas:
Mapas genéticos: Estos mapas simplemente indican la posición relativa de los diferentes genes. Para esta confección se debe estudiar la transmisión de caracteres hereditarios, capaces de ser objetivados de una generación a otra en grandes familias. En 1994 se terminó el primer mapa genético de todo el genoma humano.
Mapas físicos: De mayor resolución, pues muestran la secuencia de nucleótidos de la molécula de ADN que constituye el cromosoma. Se obtiene la secuencia de nucleótidos de un gen, y se realiza fundamentalmente mediante la electroforesis en geles de distintos fragmentos de ADN y la ayuda de ordenadores. Este mapa se ha conseguido completar cinco años antes de lo que se esperaba.
6. ¿Cuáles pueden ser sus aplicaciones actuales?
Realmente no hubiese sido posible alcanzar los objetivos del Proyecto Genoma Humano, sin los enormes avances técnicos y científicos que han tenido lugar a lo largo de estos años. Gracias a ello, se ha podido establecer una base de datos del Proyecto, de acceso público y gratuito, y de gran interés y ayuda, sobre todo, para los campos relacionados con la Medicina, la Biología, la Antropología, la Biotecnología, la industria farmacéutica, y en general, toda la Ciencia, aunque la interpretación de dichos datos está aun en sus etapas iniciales.
Por la gran variedad de disciplinas a las que pueden beneficiar los datos del Proyecto, algunas de sus aplicaciones pueden, o podrán llegar ser en un futuro, las siguientes:
Desde un punto de vista biológico, el PGH es el antecedente de otro proyecto interesante y muy dinámico, el Proyecto Proteoma Humano. Gracias a la proteómica se puede conocer cómo la secuencia genética se transforma en una proteína que va a desarrollar una determinada función.
La secuenciación de genomas de plantas y animales domésticos conducirá a nuevos avances de la mejora agronómica y ganadera, que, junto con otros datos biológicos y paleontológicos, como el análisis de las similitudes entre las secuencias de ADN de diferentes organismos, supone una apertura de nuevas vías en el estudio de la evolución de la vida.
En cuanto al campo médico, una de las aplicaciones más directas de conocer la secuencia de genes que componen el genoma humano es que se puede conocer la base molecular de muchas enfermedades genéticas y se puede realizar un diagnóstico adecuado, como por ejemplo: la enfermedad de Gaucher, la enfermedad de Huntington, la enfermedad del Alzheimer, y el síndrome de Marfan. Además, gracias al PGH, también se pueden hacer diagnósticos de ciertas enfermedades de forma presintomática y prenatal, aunque esta última ha generado una fuerte controversia, con lo que se podrá tomar medidas preventivas, o realizar intervenciones puntuales para poder tratar la enfermedad aunque todavía no haya aparecido (medicina predictiva).
Una vez que se conocen qué genes producen qué enfermedades, y las características para diagnosticar una enfermedad conociendo la secuencia de bases, es necesario realizar una terapia para acabar con esa enfermedad, para garantizar el desarrollo vital del paciente. Tanto la terapia génica como la terapia farmacológica, son dos disciplinas que pretenden curar las enfermedades insertando copias funcionales de genes defectivos o ausentes en el genoma de un individuo para tratar dicha enfermedad, o realizando un tratamiento con medicamentos de una manera dirigida, después de haber encontrado alteraciones en la secuencia de ADN de genes específicos, neutralizando las alteraciones y modificando el curso de la enfermedad, con el propósito de que los fármacos modificados puedan ser metabolizados por el paciente lo mejor posible, y minimizar así sus efectos secundarios.
Finalmente, otro de los principales objetivos del Proyecto es desarrollar a corto plazo tecnologías de vanguardia, con la justificación de la necesidad de impulsar poderosas infraestructuras tecnológicas que deben proporcionar a las instituciones.
