La
biología genética se desarrolla vertiginosamente. En 1985 se lleva adelante el
Proyecto Genoma Humano, un programa internacional de colaboración científica
cuyo objetivo es obtener un conocimiento básico de la dotación genética humana
completa.
Proyecto Genoma Humano
El
"Proyecto Genoma Humano" es un programa internacional de colaboración
científica cuyo objetivo es obtener un conocimiento básico de la dotación
genética humana completa.
Esta información genética se encuentra en todas las
células del cuerpo, codificada en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El
programa pretende identificar todos los genes del núcleo de la célula humana,
establecer el lugar que los genes ocupan en los cromosomas del núcleo y
determinar mediante secuenciación la información genética codificada por el
orden de las subunidades químicas de ADN.
El
objetivo último de la representación y secuenciación del genoma es asociar
rasgos humanos específicos y enfermedades heredadas con genes situados en
lugares precisos de los cromosomas. Cuando se termine, el Proyecto Genoma
Humano proporcionará un conocimiento sin precedentes de la organización
esencial de los genes y cromosomas humanos. Promete revolucionar el tratamiento
y la prevención de numerosas enfermedades humanas, ya que penetrará en los
fenómenos bioquímicos básicos que las sustentan.
La
idea de iniciar un estudio coordinado del genoma humano surgió de una serie de
conferencias científicas celebradas entre 1985 y 1987. El Proyecto Genoma
Humano ganó impulso en Estados Unidos en 1990 con la ampliación de la
financiación de los Institutos Nacionales de Salud y del Departamento de
Energía. Uno de los primeros directores del programa en Estados Unidos fue el
bioquímico James Watson, que en 1962 compartió el Premio Nobel de Fisiología y
Medicina con los biofísicos británicos Francis Crick y Maurice Wilkins por el
descubrimiento de la estructura del ADN.
Muchos
países tienen en marcha programas oficiales de investigación sobre el genoma
humano como parte de esta colaboración informal, entre ellos Francia, Alemania,
Japón, Reino Unido y otros miembros de la Unión Europea. El
costo de la parte del programa que se realiza en Estados Unidos es de 3.000
millones de dólares a lo largo de 15 años, hasta el 2005.
El genoma humano
Se
llama genoma a la totalidad del material genético de un organismo. El genoma
humano tiene entre 50.000 y 100.000 genes distribuidos entre los 23 pares de
cromosomas de la célula.
Cada cromosoma puede contener más de 250 millones de pares de
bases de ADN y se estima que la totalidad del genoma tiene aproximadamente
3.000 millones de pares de bases.
El
ADN analizado en el Proyecto Genoma Humano procede por lo general de pequeñas
muestras de sangre o de tejidos obtenidas de personas diferentes. Aunque los
genes del genoma de cada individuo están formados por secuencias de ADN
exclusivas, se estima que la variación media de los genomas de dos personas
distintas es muy inferior al 1%. Por tanto, las muestras de ADN humano de
distintas fuentes presentan muchas más similitudes que diferencias.
Cartografía y
secuenciación
Hay
dos categorías principales de técnicas de cartografía genética: ligamiento o
cartografía genética, que identifica sólo el orden relativo a los genes a lo
largo del cromosoma; y cartografía física, un conjunto de métodos más precisos
que permite determinar las distancias entre genes dentro del cromosoma. Ambos
tipos de cartografía utilizan marcadores genéticos, que son características
físicas o moleculares detectables que se diferencian entre los individuos y se
transmiten por herencia.
Los
mapas de ligamiento humanos se han elaborado sobre todo siguiendo las pautas de
herencia de familias extensas a lo largo de muchas generaciones. Inicialmente,
estos estudios se limitaban a los rasgos físicos heredados, fácilmente
observables en todos los miembros de la familia. Pero
actualmente hay técnicas de laboratorio muy refinadas que permiten a los
investigadores crear mapas de ligamiento más detallados comparando la posición
de los genes diana en relación con el orden de marcadores genéticos o de
segmentos específicos y conocidos del ADN.
La
cartografía física determina la distancia real entre puntos diferenciados de
los cromosomas. Las técnicas más precisas combinan robótica, uso de láser e
informática para medir la distancia entre marcadores genéticos. Para realizar
estos mapas se extrae ADN de los cromosomas humanos y se rompe aleatoriamente
en numerosos fragmentos. A continuación, éstos se duplican muchas veces en el
laboratorio para analizar en las copias idénticas así obtenidas, llamadas
clones, la presencia o ausencia de marcas genéticas específicas distintivas.
Los clones que comparten varias marcas proceden por lo general de segmentos
solapados del cromosoma. Las regiones de solapamiento de los clones pueden a
continuación compararse para determinar el orden global de las marcas a lo
largo del cromosoma y la secuencia exacta que ocupan inicialmente los segmentos
de ADN clonados.
Para
determinar la secuencia real de nucleótidos hacen falta mapas físicos muy
detallados que recojan el orden exacto de las piezas clonadas del cromosoma. En
el Proyecto Genoma Humano se utiliza primordialmente un método de secuenciación
desarrollado por el bioquímico británico y dos veces premio Nobel, Frederick
Sanger. Este método consiste en replicar piezas específicas de ADN y
modificarlas de modo que terminen en una forma fluorescente de uno de los
cuatro nucleótidos. En los modernos secuenciadores automáticos de ADN, el
nucleótido modificado situado al extremo de una de estas cadenas se detecta con
un haz de láser y se determina el número exacto de nucleótidos de la cadena. A continuación
se combina esta información en un ordenador para reconstruir la secuencia de
pares de bases de la molécula original de ADN.
Duplicar
el ADN con precisión y rápidamente tiene una importancia crítica, tanto para la
cartografía como para la secuenciación. Inicialmente los fragmentos de ADN
humano se replicaban mediante clonación en organismos unicelulares que se
dividen rápidamente, como bacterias o levaduras. Esta técnica exige mucho
tiempo y mucho trabajo. A finales de la década de 1980 se generalizó el uso de
un método revolucionario de reproducción de ADN llamado reacción en cadena de
polimerasa (RCP). Esta técnica es fácil de automatizar y puede copiar una sola
molécula de ADN varios millones de veces en unas pocas horas. En 1993, el
bioquímico estadounidense Kary Mullis recibió el Premio Nobel de Química por
idear esta técnica.
Bioinformática
Cuando
esté terminado, el Proyecto Genoma Humano habrá generado un catálogo con la
descripción de 50.000 a
100.000 genes humanos con cierto grado de detalle, mapas de alta resolución de
los cromosomas, incluidos cientos de miles de puntos significativos, y miles de
millones de información sobre secuencias de pares de bases. Para ayudar a los
investigadores del genoma a
determinar el sentido de este aluvión de datos hacen falta
muchos instrumentos informáticos, como sistemas de información y gestión de
laboratorios, robots, sistemas de gestión de bases de datos e interfaces de
usuario gráficas.
Se
ha desarrollado un nuevo campo de investigación llamado bioinformática para
satisfacer las exigencias planteadas por el programa. Los investigadores de
bioinformática han creado bases de datos públicas conectadas a Internet para
poner los datos del genoma a disposición de los científicos de todo el mundo.
Así, los resultados de la cartografía de los genes humanos se encuentran en la Genome Database, y
la información de secuenciación del ADN en varias bases de datos, entre ellas
GenBank del NIH, Base de Datos de Secuencias de Nucleóticos del Laboratorio
Europeo de Biología Molecular, DNA Databank de Japón y Genome Sequence Database
del DOE.
Situación del
proyecto
A
principios de 1996, el Proyecto Genoma Humano iba ya por delante del calendario
y por detrás del presupuesto. Se han cartografiado más de 4.000 genes al menos
en un cromosoma específico, se han clonado 1.600 genes de función conocida, se
han asociado 1.000 enfermedades genéticas con algún defecto de un gen
cartografiado y se han secuenciado más de 150 millones de pares de bases de ADN
humano. Se han publicado mapas de todo el genoma humano con marcas separadas
por término medio cerca de 200.000 pares de bases. El objeto final del Proyecto
Genoma Humano es estrechar la separación entre marcas hasta aproximadamente
100.000 pares de bases y secuenciar al menos 3.000 millones de pares de bases
para el año 2005 (año en que se completó el anñalisis del genoma).
En
años recientes se han identificado los genes asociados con enfermedades
hereditarias, como la fibrosis quística, la distrofia muscular o la enfermedad
de Huntington. Éste es el primer paso en el desarrollo de mejores pruebas de
selección genética, nuevos medicamentos y tratamientos genéticos para combatir
estas patologías. La capacidad para corregir defectos mortales de la herencia
genética humana puede alterar espectacularmente la forma de enfocar la
enfermedad.
El
mayor conocimiento del genoma humano puede tener también consecuencias éticas,
jurídicas y sociales muy controvertidas. Los primeros resultados ya han
estimulado un debate internacional sobre la conveniencia o no de patentar para
uso comercial secuencias de genes humanos y de poner la información sobre
genética humana a disposición de empresas de seguros y empleadores, así como de
corregir los defectos genéticos de forma que podrían transmitirse de generación
en generación.
