Genoma Humano 

Genoma es EL NÚMERO TOTAL DE CROMOSOMAS O SEA TODO EL  D.N.A. (ácido desoxirribonucleico) de un organismo, incluido sus genes, los cuales llevan la información para la elaboración de todas las proteínas requeridas por el organismo, las que determinan el aspecto, el funcionamiento, el metabolismo, la resistencia a infecciones y otras enfermedades, y también algunos de sus procederes. 

En otras palabras, es el código que hace que seamos como somos. Un gen, es la unidad física, funcional y fundamental de la herencia.

Es una secuencia de nucleótidos ordenada ubicada en una posición especial de un cromosoma. Un gen contiene el código específico de un producto funcional. 

El DNA es la molécula que contiene el código de la información genética. 

Es una molécula con una doble hebra que se mantienen juntas por uniones  lábiles entre pares de bases de nucleótidos. Los nucleótidos contienen las bases Adenina(A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).

La importancia de conocer acabadamente el genoma es que todas las enfermedades tienen un componente genético, tanto las hereditarias como las resultantes de respuestas corporales al medio ambiente. 

 El Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que seleccionó un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la secuencia de su DNA. 

Se inició oficialmente en 1990 como un programa de quince años con el que se pretendía registrar los 80.000 genes que codifican la información necesaria para construir y mantener la vida. 

Los rápidos avances tecnológicos han acelerado los tiempos habiéndose anunciado en febrero de 2001 el mapa completo, algo que luego en 2003 se anunció como definitivio. Sólo 30.000 genes fueron descriptos en lugar de una cifra mayor preanunciada y que equivale a 3.000 millones de pares de bases púricas y pirimidínicas. 

Se sabe además que hay al menos dos categorías de genes, los que controlan y los controlados. El 97% del ADN es llamado ahora "ADN basura", sólo el 3% restante aloja a los genes!!!.

La Empresa Celera Genomics obtuvo las muestras de ADN de cinco donantes, tres mujeres y dos hombres, uno afroamericano, otro chino, otro mexicano y dos caucásicos. 

La precisión del estudio es de  aproximadamente un 99,98%. Fue realizado por 300 máquinas de secuenciación, operadas por 65 personas, y que analizaron las muestras de ADN de los cinco donantes produciendo alrededor de 175.000 lecturas diarias durante nueve meses.

Craig Venter (Celera)  dijo que hay dos falacias que deben evitarse: el determinismo, la idea de que todas las características de una persona están grabadas en el genoma; y el reduccionismo, pensar que ahora que se conoce la secuencia rápidamente entenderemos las funciones de los genes y la variabilidad humana. 

Ahora se está barajando las nuevas investigaciones, el proteoma, las proteinas y su interacción con el medio ambiente.

Cuando faltaban sólo tres años (2003) para el cincuentenario del descubrimiento de la estructura de la doble helice por parte de Watson & Crick (1953), se ha producido el mapeo casi completo del mismo.

  Los objetivos del Proyecto fueron:

• identificar los genes en el DNA humano. 

• determinar la secuencia de 3 billones de bases químicas que conforman el DNA, 

• acumular la información en bases de datos,

• desarrollar de modo rápido y eficiente tecnologías de secuenciación, 

• desarrollar herramientas para análisis de datos

• dirigir las cuestiones éticas, legales y sociales que se derivan del proyecto. 

    Este proyecto ha suscitado análisis éticos, legales, sociales y humanos que han ido más allá de la investigación científica propiamente dicha.  (Declaración sobre Dignidad y Genoma Humanos, UNESCO)

El propósito inicial fue el de dotar al mundo de herramientas trascendentales e innovadoras para el tratamiento y prevención de enfermedades. 

En febrero de 2001 Francis Collins (director del Instituto de Investigación del Genoma Humano) dijo: "Es un día glorioso . Hemos leído el 90% de los 3 mil millones de letras del libro de la vida.En realidad, los tres libros: el de nuestra historia biológica, el del funcionamiento de nuestro organismo y el de la medicina que cambiará nuestra existencia. Nos sentimos embriagados y humildes; somos los primeros en dar vuelta la página de este libro de Dios."

Craig Venter, de Celera Genomics, competidor de Collins, dijo "La clave de la salud es más compleja: es la interacción de los genes, de las proteínas y del ambiente. Estamos en los albores de una nueva era en los diagnósticos y las terapias.". 

Craig Venter, presidente de CELERA y ex médico en la guerra de Vietman, es además reconocido como el padre de las investigaciones, pero además el esperma usado inicialmente en las investigaciones sería también de Venter, por lo cual se dice que además es el padre biológico.

    Como se expresó, el genoma es el conjunto de instrucciones completas para construir un organismo, humano o cualquiera. El genoma contiene el diseño de las estructuras celulares y las actividades de las celulas del organismo.  

El núcleo de cada célula contiene el genoma que está conformado por 23 pares de cromosomas, los que a su vez contienen alrededor de 30.000 genes los que están formados por 3 billones de pares de bases, cuya secuencia hace la diferencia entre los organismos.

Se localiza en el núcleo de las células. Consiste en hebras de DNA estrechamente arrolladas y moleculas de proteina asociadas, organizadas en estructuras llamadas cromosomas. 

Si desenrrollamos las hebras y las adosamos medirían mas de 5 pies, sin embargo su ancho sería infimo, cerca de 50 trillonésimos de pulgada.

    El DNA que conforma el genoma, contiene toda la información necesaria para construir y mantener la vida desde una simple bacteria hasta el organismo humano. 

Comprender como el DNA realiza la función requiere de conocimiento de su estructura y organización.   

La molécula de DNA consiste de dos hebras arrolladas helicoidalmente una alrededor de la otra como escaleras que giran sobre un eje, cuyos lados hechos de azúcar y moléculas de fosfato se conectan por uniones de nitrógeno llamadas bases.

    Cada hebra es un acomodamiento linear de unidades similares repetidas llamadas nucleótidos los que se componen de un azúcar, un fosfato y una base nitrogenada. 

Cuatro bases diferentes están presentes en la molécula de DNA y son: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C), Guanina (G). 

El orden particular de las mismas es llamada secuencia de DNA, la cual especifica la exacta instrucción genética requerida para crear un organismo particular con características que le son propias. 

La adenina y la guanina son bases púricas, en cambio la citosina y la timina son bases pirimidínicas.

    Las dos hebras de DNA son mantenidas juntas por uniones entre bases que forman los pares de bases. El tamaño del genoma es usualmente basado en el total de pares de bases. 

En la especie humana, contiene aproximadamente 3 billones de pares de bases. Otros organismos estudiados con motivo de éste estudio fueron la bacteria  Escherichia coli, la mosca de la fruta, y las ratas de laboratorio. 

    Cada vez que la célula se divide en celulas hijas, el genoma total se duplica, en el caso del genoma humano esta duplicacion tiene lugar en el núcleo celular.  

Durante la división, el DNA se desenrrolla y rompe las uniones entre pares de base permitiendo a las hebras separarse. Cada hebra dirige la síntesis de una nueva hebra complementaria con nucleotidos libres que coinciden con sus bases complementarias de cada hebra separada. 

 Existe una forma estricta de union de bases, así se forman pares de adenina - timina (AT) y citosina - guanina (CG). Cada celula hija recibe una hebra vieja y una nueva.   

Cada molécula de DNA contiene muchos genes, la base física y funcional de la herencia. Un gen es una secuencia específica de nucleótidos base los cuales llevan la información requerida para la construcción de proteinas que proveeran de los componentes estructurales a las celulas y tejidos como también a las enzimas para una escencial reacción bioquimica.

Hay dos técnicas básicas para el estudio del genoma. La técnica del consorcio público consiste en estudiar cvada cromosoma por separado, luego se dividen los cromosomas por regiones para ir analizándolo.

Es una técnima metodológicamente ordenada pero lenta. La técnica de Celera Genomics, consiste en dividir los 23 pares de cromosomas en millones de fragmentos, cada uno de los cuales se secuencia para ordenarlo en el mapa genético. Se conforma así un gigantesco rompecabezas que es analizado por supercomputadoras. 

Tal vez el mayor desafío es el de la bioinformática. Los proyectos de investigación se llevan a cabo  gracias supercomputadoras o a sistemas distribuidos, que simulan rasgos complejos de genes, y estudian la información contenida en el ADN,  estructuras subatómicas y estructura tridimensional y aminoacídica de las proteínas.

El genoma humano comprende aproximadamente  30.000 genes, algo así como dos o tres veces que la mosca de la fruta o la lombriz. Solo el  10% del genoma incluye la secuencia de codificacion proteica de los genes. 

Entremezclado con muchos genes hay  secuencias sin función de codificación de función desconocida hasta el momento.  Las distintas razas humanas comparten en un 99,99% el genoma, siendo por ende diferentes por un 0,01%.

  Los tres billones de pares de bases del genoma humano están organizadas en 23 unidades distintas y  físicamente separadas, llamadas cromosomas. Todos los genes están dispuestos linearmente a lo largo de los cromosomas. 

EL núcleo de muchas celulas humanas contiene dos tipos de cromosomas, uno por cada padre. Cada set, tiene 23 cromosomas simples, 22 de tipo autosómico y uno que puede ser X o Y que es el cromosoma sexual.  Una mujer normal tendrá un par de cromosomas X (XX), y un hombre normal tendrá un cromosoma X y otro Y (XY).  

Los cromosomas contiene aproximadamente igual cantidad de partes de proteina y DNA. El DNA cromosómico contiene un promedio de 150 millones de bases.

Los cromosomas pueden ser evidenciables mediante microscopio óptico y cuando son teñidos revelan patrones de luz y bandas oscuras con variaciones regionales. 

Las diferencias en tamaño y de patrón de bandas permite que se distingan los cromosomas uno de otro, el análisis se llama cariotipo. 

    Las anomalías  cromosómicas mayores incluyen la pérdida o copias extra, o pérdidas importantes, fusiones, translocaciones detectables microscópicamente.  Así, el mogolismo o Sindrome de Down se detecta  una tercer copia del par 21 o trisomía 21. 

Otros cambios son tan sutiles que solo pueden ser detectados por analisis molecular, se llaman mutaciones. Muchas mutaciones están involucradas en enfermedades como la fibrosis quística, anemias de células falciformes, predisposiciones a ciertos cánceres, a enfermedades psiquiatricas mayores entre otras.  

Toda persona posee en sus cromosomas frente a cada gen paterno su correspondiente gen materno. Cuando ese par de genes materno-paterno (grupo alemorfo) son determinantes de igual función o rasgo hereditario, se dice que el individuo es homocigotico para tal rasgo, por el contrario se dice que es heterocigótico.

Como ejemplo podemos citar que un gen transmita el rasgo hereditario del color de ojos verde y el otro el color de ojos marrón. Se trata de heterocitogas para el rasgo color de ojos.  Si a su vez, uno de esos genes domina en la expresión del rasgo al otro gen enfrentado, se dice que  es un gen heredado dominante, de lo contrario se dice que es recesivo. 

    Las instrucciones de los genes son transmitidas indirectamente a través del ARN mensajero (ARNm), el cual es un intermediario transitorio.

 Para que la información de un gen sea expresada, un RNA complementario produce un proceso llamado transcripción, desde la plantilla del DNA del núcleo. Este RNAm, se mueve desde el núcleo hasta el citoplasma celular, donde sirve como plantilla para la síntesis proteica.

La maquinaria celular que sintetiza proteinas traduce los códigos en cadenas de aminoácidos que constituyen la proteina molecular. 

En el laboratorio se puede aislar el ARNm  y ser utilizado como plantilla para sintetizar un DNA complementario (DNAc), el cual puede ser usado para ubicar los genes correspondientes en el mapa cromosómico.

 Los desórdenes genéticos identificados  involucran a 1100 con mutación relacionada con algún trastorno. 

    Desde un punto de vista no cientifico, el mapa del genoma humano es una herramienta genética que permite estudiar la evolución del hombre y que cambiará drásticamente la medicina actual tal como la conocemos. 

Será una cambio de paradigma. Permitirá el tratamiento de enfermedades hasta ahora sin cura. 

Las investigaciones estuvieron a cargo fundamentalmente de Estados Unidos (Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI) de Maryland) y Gran Bretaña (Centro Sanger en Cambridge), pero también acompañaron Francia, Alemania, Japón y China.  

 La competencia de Empresas privadas se centró entre Celera Genomics, Human Genome Sciences y el consorcio formado por la estadounidense NIH y la británica Welcome Trust.

Hoy el mapa del genoma está casi completo. Se abre también el camino  para la manipulación genética, motivo por el cual se han dictado documentos tendientes a acotar ese aspecto.  

La empresa privada Celera Genomics de Rockville (EEUU), es la que lideró los procesos. La investigación duró diez años e insumió cerca de 2.000 millones de costo.

La fiabilidad del mapa de 3.000 millones de pares de bases llegará a un 99,99%. Además se conocerá el número preciso de genes del organismo calculado entre 60.000 y 100.000. Actualmente el 85% del genoma está detalladamente mapeado. 

        El mito del ser humano inmortal y perfecto se asocia a la aplicación practica de los conocimientos del mapa del genoma humano. Como se puede apreciar, la búsqueda de la raza perfecta buscada hace años  por Hitler resulta ser una aspiración de la raza humana ahora encarnada en el proyecto del genoma humano.

El conocimiento del genoma permitirá que se creen nuevas drogas terapéuticas que desplazarán a las anteriores en la medida que los presupuestos  permitan comprarlas. 

De este modo se podrá polarizar la industria farmacéutica. Las nuevas drogas prometen tener menores efectos colaterales que las actuales. 

Se puede comparar la medicina tradicional como a un  técnico que pone a punto un programa de computación ajeno con otro que conoce el código del mismo. 

Hoy ya con el conocimiento del genoma humano, conocemos el código, antes sólo podíamos configurar el programa.  Será pues el mayor avance médico de la humanidad.

    Se le podrá informar a una persona, que puede comer alimentos grasos porque carece de predisposición genética a la obesidad y a enfermedades cardíacas, pero que debe huir del alcohol porque es genéticamente propenso al alcoholismo.

Además el grado de certidumbre que otorga el conocimiento del código genético resultaría más creíble para la persona en cuestión, ya que sabe que lo que se le informa será absolutamente cierto. Es una predicción absoluta, de su futuro. Podríamos hablar de genomancia o sea la adivinación del futuro mediante el código genético.   

 Si una persona carece de un determinado tipo de célula que le produce una enfermedad, la misma se podrá cultivar y luego colocar al sujeto. Claro que ésto debería en principio ser realizado periodicamente ya que el sujeto carecería de la habilidad propia para restaurar la función. 

Pero la  terapia de línea germinal, apuntaría a solucionar ese inconveniente, ya que afectaría las futuras generaciones celulares, pero es impredecible y éticamente intolerable, pero de no serlo o de permitirse se borrarían del planeta el síndrome de Down o el sida. Hasta ahora, el médico ha tenido muy clara su tarea: devolver al paciente al estado natural de salud. 

Pero cuando pueda manipular el programa vital, ¿resistirá la tentación de mejorar el modelo?  

  Dentro de los llamados beneficios anticipados del Proyecto figuran a nivel de Medicina molecular, la posibilidad de mejorar el diagnóstico de enfermedades, detección temprana de predisposiciones genéticas a ciertas enfermedades, el diseño racional de drogas, terapia génica, sistemas de control para drogas y farmacogenomas. 

 Se ha estudiado un gen que determina la producción de la proteína llamada SPARC, la que normalmente impide al organismo atacar y anular células cancerígenas. La terapia génica en éstos casos actúa permitiendo que las células cancerosas sean atacadas por el organismo. 

A nivel de genomas microbianos sirvió para explorar nuevas fuentes de energía (bioenergía), monitoreo del medio ambiente para detección de poluciones, protección  contra guerra Quimica y biológica y eficiente limpiado de residuos tóxicos. 

También es útil para estimar el daño y riesgo por exposición a la radiación, agentes mutagénicos, toxinas cancerígenas y reducción de probabilidad de mutaciones hereditarias.

   La indentificación de oncogenes (genes que permiten que un sujeto que se exponga a ciertas sustancias desarrolle un determinado tumor, ejemplo, quien posea el oncogen para el cáncer de pulmón y fume cigarrillos desarrollará cancer de pulmón a diferencia de quien no tenga dicho oncogen)

En bioarqueología, evolucionismo y migración humana tiene su utilidad en las mutaciones de linaje, migraciones de diferentes grupos poblacionales basados en el DNA mitocondrial, mutaciones del cromosoma Y, además de comparar los cambios evolutivos con eventos históricos.

    En identificación forense, para potenciales sospechosos en los cuales el DNA puede conducir a liberar a personas que fueran acusadas de crímenes injustamente, para identificar víctimas de catástrofes, paternidad y otras relaciones familiares, identificar y proteger especies en peligro, detectar bacterias que pueden polucionar agua, aire, aliementos, determinar compatibilidad de organos donantes en programas de trasplante, determinar el pedigree en ganados y para autenticar productos de consumo como caviar, vinos.

En agricultura, ganadería y bioprocesamientos, se utiliza para mejorar la resistencia de cultivos ante insectos, sequías, para hacerlos más productivos y saludables igualmente para producir animales más saludables y nutritivos, elaborar biopesticidas, vacunas comestibles y nueva limpieza del medio ambiente de plantas como tabaco.

Los problemas derivados de la investigación genética son la equidad en su uso por parte de aseguradoras, seguro social, escuelas, agencias de adopción, cumplimiento de la ley, instituciones militares. 

A quien pertenece la potestad del control ? Otro problema es el impacto psicológico y la estigmatización debido a diferencias individuales y acerca de como influirá a la sociedad el determinismo genético. 

El personal que cuida de la salud aconsejará a los padres acerca de los riesgos y limitaciones de la tecnología genética, cuan confiable será, además de útil el testeo genético fetal?

   Respecto de la terapia génica usada para tratar o curar trastornos genéticos, plantea la pregunta acerca de que es una discapacidad o trastorno y quien decide acerca del mismo. Las dishabilidades son enfermedades? Deben ser curadas o prevenidas?    

El mejoramiento genético incluye el uso de terapia genica para suplir caracteristicas como la altura que un padre podría querer en sus hijos, pero que no significa la prevención de una enfermedad, sino la búsqueda de un ser perfecto acorde a un ideal. Si ésto se vuelve una práctica común como podría afectar la diversidad genética? finalmente que consecuencias sociales traería a la humanidad?

Dr. Leandro Loiácono