El genoma humano

Continuando con el recorrido por el ADN, les puedo decir que posterior a la comprensión en la composición de esta molécula (a la que se le llamó la molécula de la vida), se continuó la investigación para comprender la conformación genética de los seres humanos. 


Lo que se aprendió en los primeros años de estudio es que el genoma de un ser humano normal está formado por 23 pares de cromosomas, los heredados por la madre y los heredados por el padre que forman cada par, pero en total existen 24 pares de cromosomas por que 2 corresponden a los cromosomas sexuales el X y el Y, que se conjuntan en XX si se es mujer y en XY si se es un varón.

Es es pues el objeto de trabajo de la genética, la cual se ocupa de la herencia y vulnerabilidad de los rasgos genotípicos específicos y de los genes asociados a ellos. A diferencia, la nueva ciencia de la genómica tiene como objeto el genoma en su conjunto, incluso sus múltiples interacciones con factores del ambiente, que resultan en la totalidad perceptible del organismo individual. Para ello cuenta con herramientas metodológicas que permiten estudiar en un tiempo, de forma global o en paralelo, una sola muestra biológica, miles de genes o sus productos (Velázquez, 2004).

Cabe mencionar que el genoma (es una palabra compuesta por genes y cromosoma) y es la totalidad de material genético de un individuo que contiene la información para el funcionamiento  y el desarrollo de un nuevo organismo, desde que el ovulo es fecundado por el espermatozoide hasta el final de la vida (Kaessmann & Pääbo, 2002; Velázquez, 2004).

Estas secuencias génicas son las que controlan la mayoría de las estructuras y las funciones corporales, tales como la constitución de los distintos órganos de los seres vivos, la conexión entre las neuronas del sistema nervioso, el color de la piel, la estatura, etc., sin embargo para que los genes ejerzan su acción específica se requiere además de su integridad estructural y funcional, la presencia de un ambiente adecuado

Otros dos conceptos genéticos fundamentales son los de genotipo y fenotipo, que son palabras que se escuchan frecuentemente, el primero se refiere a la constitución genética de un individuo, es decir el genoma específico de un individuo en forma de ADN, mientras que el fenotipo se refiere a lo que es aparente como las facciones, el color de ojos, el timbre de la voz. Entonces se puede decir que el genotipo puede definirse como el conjunto de genes de un organismo y el fenotipo como el conjunto de rasgos de un organismo.

Es así que lo que genera la diversidad de razas y de rasgos físicos es la recombinación genética a la que cada generación se somete, pero cada individuo es genéticamente diferente a todos los demás (excepto si tiene un gemelo idéntico), ya que la variedad de óvulos o espermatozoides que se forman a lo largo de la vida es tan grande que para fines prácticos, solo se puede decir que ninguno de ellos es igual al otro. Así, las mutaciones son la materia prima de la diversidad genética, pero está es aún mayor y menos controlable en las especies con reproducción sexual, que todo el tiempo enfrenta genomas  diferentes.

Con toda la información emerge con luz propia el Proyecto Genoma Humano (PGH), que constituye la mayor aventura científica de la biología humana y el mapa genético que va a conocerse.  A través de ese proyecto, se ha comenzado a establecer  la medicina del futuro, ya que el Proyecto Genoma Humano es un trabajo internacional cuyo objetivo  era obtener una descripción completa del genoma humano, a través de la secuenciación del ADN.

 Se sabe que el genoma humano, consta de 3 mil millones de pares de bases, que puede ser comparable con una enciclopedia compuesta de mil volúmenes, cada uno con mil páginas y 3 mil letras por página. Las bases serían las letras; los genes las palabras y las frases; mientras que los cromosomas serían los diferentes volúmenes de la enciclopedia. Pero los secretos se encuentran divididos en diversas secciones, ya que  una vez que se ha completado  la secuenciación del genoma mitocondrial humano, el siguiente paso es  investigar  el genoma nuclear, es por ello que dada la escala del esfuerzo que el proyecto supone, representa lo que podríamos considerar el primer proyecto de gran ciencia en biología (Velázquez, 2004).

Pero la secuenciación no es sencilla, ya que término genoma humano se utiliza para describir la totalidad de la información genética (contenido de ADN) de las células humanas, pero en realidad, engloba a dos genomas: un genoma complejo, nuclear, y un genoma sencillo, mitocondrial. 

El genoma nuclear, que contiene más del 99 % del ADN celular, tiene un total de 3000 Megabases (Mb) que se reparten entre los 46 cromosomas, 22 pares autosómicos diferentes y dos cromosomas sexuales, que pueden ser diferenciados gracias a la aplicación de técnicas de bandeo cromosómico.

 El número de genes que contiene el genoma nuclear se estima en un rango que oscila entre 30.000 y 150.000. Mientras que el genoma mitocondrial humano está definido por un solo tipo de ADN. Su secuencia de nucleótidos ha sido ya completamente establecida y consta de 16,569 pares de bases de longitud que contienen 37 genes. A diferencia de su equivalente nuclear, el genoma mitocondrial humano es extremadamente compacto, aproximadamente el 93% de la secuencia de su ADN es codificante. 

En el genoma nuclear, el porcentaje de ADN codificante es solamente del 3%, el 97% restante, cuya importancia es motivo de controversia, fue  denominado impropiamente ADN basura en un principio. Sin embargo se ha comprobado, que desempeña un papel decisivo en la función normal del genoma, en la reparación y en la regulación, y quizás hasta en la evolución de los organismos multicelulares. Por otro lado, los borradores de los proyectos público y privado del genoma humano han revelado que todos los humanos somos idénticos en un 99,8% (Glusman, Sosinky, Ben-Asher,  Avidan, Sonkin and  Bahar,  2001). 

Es por ello que el esfuerzo por descifrar  el genoma humano, ha sido una aventura que ha sido posible  en diferentes etapas. La primera  inicia en la década de los 50, cuando James Watson y Francis Crick en 1953 descubren la estructura helicoidal del ADN.

Posteriormente múltiples investigadores se suman con descubrimientos claves como el de Paul Berg y colaboradores, quienes en 1972 crearon la primera molécula recombinante de ADN, y científicos de la Universidad de Harvard y del Reino Unido desarrollan una técnica para secuenciar el ADN. 

Ya en la década de los 80 en un esfuerzo conjunto entre las Universidades de Stanford, Utah, Japón y otros países se propone un método para el mapeo de todo el genoma humano. Un mapa genético consta de varios marcadores genéticos localizados a poca distancia uno de otros, cuyo orden se ha podido determinar a lo largo de cada uno de los cromosomas, este es como un mapa físico, que se convierte en una enorme colección de pequeños fragmentos cromosómicos igualmente ordenados de acuerdo a su posición relativa en sus cromosomas correspondientes. 

Después se investigó cuales marcadores y en que orden se encuentran en cada uno de los fragmentos del mapa físico. Como si fuesen piezas de un rompecabezas, si dos fragmentos comparten uno o varios marcadores genéticos, esto indica que los dos fragmentos se encuentran contiguos. De esta forma el mapa genético permite conocer el orden que guardan entre si los fragmentos del mapa físico, lo cual fue una carrera para diversos laboratorios (Velázquez, 2004).

 Con el desarrollo en 1985 de la técnica de PCR (reacción en cadena de la polimerasa) por Kary Mullis y colaboradores para replicar el ADN,  se realizaron  diferentes estudios para secuenciar modelos de microorganismos. Pero fue hasta 1995 que se publicó  el mapeo genético del primer microorganismo vivo: el Haemophilus influenzae constituido por 1740 genes. Esta técnica tiene como objetivo obtener un gran número de copias de un fragmento de ADN particular, partiendo de un mínimo; en teoría basta partir de una única copia de ese fragmento original, o molde y así  amplificar un fragmento de ADN; su utilidad es que, tras la amplificación, resulta mucho más fácil identificar con una muy alta probabilidad virus o bacterias causantes de una enfermedad, identificar personas (cadáveres) o hacer investigación científica sobre el ADN amplificado (Bartlett  & Stirling, 2003).

 Referencias:

Bartlett, D. & Stirling, H.  (2003) A Short History of the Polymerase Chain Reaction. Methods Mol Biol. 226:3-6.

Glusman, G. Sosinky, E., Ben-Asher, N. Avidan, D. Sonkin, A Bahar, D. (2001) Sequence, structure and evolution of a complete human olfatory receptor gene cluster. Genomics. 63: 227-245.

Kaessmann, H. & Pääbo, S. (2002) The genetical history of humans and the great apes. Journal of Internal Medicine. 251. 1-18.

National Human Genome Research Institute (SF) A brief history of the Human Genome Project. Disponible en: http://www.genome.gov/12011239

Velázquez, A. (2004) Lo que somos y el genoma humano: des-velando nuestra identidad. Ediciones científicas universitarias. UNAM. FCE.