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Del guisante a la secuenciación genómica: 150 años de historia de la Genética

Texto: Raúl Sanz

Publicado: 17 de mayo de 2014

Resulta curioso que este tránsito, de lo divino e inexplicable a lo científico, fuera iniciado por un monje agustino católico y naturalista: Gregor Mendel. Sus trabajos en guisantes (Pisum sativum), mostraron por primera vez, el concepto de la herencia genética, y a pesar de su relevancia, pasaron desapercibidos cuando se hicieron públicos en 1866.

En contraste, hoy, la secuenciación íntegra de nuestro ADN (secuenciación genómica), es posible mediante compleja tecnología. Dando respuesta, y en algunos casos solución, a multitud de enfermedades.

MendelTodo se inició allá por 1865, mientras en América del Norte, luchaban los estados del Norte contra los del Sur, ajeno completamente a ello, Mendel cultivaba diferentes variedades de guisantes, en un monasterio del antiguo imperio austrohúngaro. El análisis de la descendencia de los cruzamientos entre diferentes variedades, le llevó a postular lo que hoy se conoce como las leyes de Mendel:

  • 1ª Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación filial.
  • 2ª Ley de la segregación de los caracteres en la segunda generación filial.
  • 3ª Ley de la independencia de los caracteres hereditarios.

BatesonNo fue hasta casi 40 años después, cuando Hugo de Vries, Carl Correns y Theodor Boveri, de forma independiente, realizaron diferentes experimentos analizando la herencia de los caracteres, y esto les llevó a redescubrir las leyes de Mendel y a postular que los cromosomas eran los vectores de los caracteres hereditarios. Posteriormente, William Bateson, definió el término Genética como el estudio de la herencia biológica. Nombre que proviene del griego gennetikós “genitivo”, “engendrador”, derivado de génesis “origen”, “nacimiento”, procedente de la raiz indoeuropea gen-, que significaba “generación, producción”.

Pocos años después, mientras en América del Sur estaba celebrándose el 1er campeonato mundial de futbol en Montevideo (Uruguay), en América del Norte, los investigadores Levene y Kossel describían que la llamada “nucleína de Miescher”, realmente era un ácido formado por cuatro bases nitrogenadas, una desoxirribosa y un grupo fosfato, es decir, definieron la composición del ADN. Aunque, hubo que esperar varios años más, para conocer su estructura.

Cuando Clark Gable triunfaba en el cine con el estreno de “Lo que el viento se llevó”, y París vivía su peor pesadilla con la invasión alemana; en Inglaterra, los doctores Garrod y Willian, asociaban por primera vez una enfermedad, la alcaptonuria, con una deficiencia genética. Dando lugar al inicio de la Genética bioquímica. Fruto de estos trabajos, años más tarde, Beadle y Tatum propusieron su errónea teoría de “un gen, una enzima”.

Watson y CrickNo fue hasta mediados del siglo XX, cuando James Watson y Francis Crick, basándose principalmente en los trabajos de Pauling y Wilkings, publicaron su artículo describiendo la estructura de los ácidos nucleicos, por fin se conocía la composición y estructura del ADN. Surgía un nuevo camino: la Genética Molecular.

LejeuneHasta 1956, se pensó que las células humanas contenían 48 cromosomas (Painter, 1923), pero los propios Tjio y Levan, trabajando en la Universidad de Zaragoza, se sorprendieron al descubrir, que las células humanas sólo contenían 46 cromosomas. Tan sólo un año después, Lejene, asoció que el síndrome de Down era causado por la presencia de un cromosoma extra del par 21, es decir, una trisomía 21. Desde entonces, la Citogenética ha venido realizando el diagnóstico del Síndrome de Down durante más de 50 años, y ha permitido realizar el diagnóstico de otras enfermedades como la trisomía 13 (síndrome de Patau), 18 (síndrome de Edwards), o la monosomía del cromosoma X (síndrome de Turner) y otras muchas enfermedades.

Durante la segunda mitad del siglo XX, varios investigadores dedicaron sus esfuerzos, a la comprensión de los mecanismos moleculares a los que estaba sometido el ADN, diseñando modelos in vitro, y simulando la maquinaria de replicación y trasmisión de la información. Severo Ochoa, Nirenberg, Gamow, Matthaei y otros muchos contribuyeron en el desciframiento del código genético, en el cual un codón, formado por 3 nucleótidos, codificaba para cada aminoácido. La valía de sus descubrimientos, les fue reconocido con el Premio Nobel de Medicina de 1959 para Arthur Kornberg y Severo Ochoa, y el Premio Nobel en Fisiología y Medicina de 1968 para Khorana, Holley y Nirenberg.

Metafase y Cariotipo

En el campo de la Citogenética, los avances cada vez eran más rápidos. Yunis y Sanchez (1973) publicaron un método para obtener un patrón de bandas, a lo largo de los cromosomas, y poder reconocer cada uno de ellos según su bandeado. Por otra parte, el gran adelanto de la Genética Molecular sucedió al publicar Sanger (1977), un método de secuenciación, que permitía realizar la lectura de los nucleótidos que componían la hebra de ADN. Por sus contribuciones en la determinación de la secuenciación de los ácidos nucleicos, en 1980, Sanger recibió el Premio Nobel de Química, compartido con Berg y Gilbert. Hoy en día, sigue siendo el método de elección, para realizar la secuenciación del ADN.

MullisNo podemos olvidar otro gran aporte, Kary Mullis inventó el termociclador, utilizado para realizar la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), lo que permitía sintetizar, in vitro, en el laboratorio, grandes cantidades de ADN idénticas a la original, a partir de una pequeña cantidad de ADN extraída de cualquier organismo.

Proyecto Genoma HumanoA finales del siglo XX, se constituyó el Proyecto Genoma Humano, integrado por diferentes países, y con un aporte económico de unos 3 millones de dólares, con el fin de obtener la secuencia completa del ADN humano. De forma paralela, Craig Venter, fundador de la compañía privada Celera, propuso obtener los mismos resultados, mediante una aproximación diferente y en menos tiempo que el Consorcio oficial. En ese momento, una de las grandes incógnitas era saber el número de genes que portaba la especie humana. Se estimaron que debían ser unos 50.000. Los resultados de ambos proyectos, llegaron antes de lo esperado y, en 2001, se publicaron de forma simultánea en las revistas Nature y Science. Además, postularon que la especie humana sólo debía contener unos 30.000-40.000 genes, aunque en el 2004, una nueva estimación ha propuesto que este número debe ser inferior, sólo unos 20.000-25.000 genes.

Y como siempre pasa en la ciencia, los resultados del Proyecto Genoma Humano llevaron a nuevas preguntas: ¿cuál era la variabilidad en la especie humana?, ¿cuáles eran las variantes naturales que portaba cada individuo sin ningún tipo de relevancia patológica y cuáles podían ser las causantes de enfermedades?. Para ello se organizó el proyecto HapMap, consistente en analizar las variantes no patológicas de individuos de diferentes razas.

Secuenciación Sanger

Todos estos resultados han permitido que, hoy en día, se pueda realizar la secuenciación de múltiples genes, de un exoma o del genoma completo, aunque la gran dificultad ahora viene en la interpretación de estos datos. En muchos casos, aún no tenemos los conocimientos científicos suficientes, para extrapolar la existencia de una variante con el riesgo de sufrir una enfermedad, aunque en otros casos, estas técnicas están permitiendo realizar el diagnóstico de enfermedades, que hace pocos años eran técnicamente inabordables.

Hace tan sólo dos meses (marzo, 2014), Craig Venter, ha comenzado a trabajar con su nueva compañía, Human Longevity Inc., con la intención de secuenciar 40.000 genomas al año de personas sanas y enfermas, analizar la variaciones relacionadas con células madre, cáncer y envejecimiento, y traducir esta información genética rápidamente en soluciones clínicas.

Tal vez, estemos iniciando un nuevo camino en la historia de la Genética...



10 comentarios:

#1 Nieves31-05-2014 16:49:14

Raúl, muchas gracias por acercarnos a la compleja genética.
Seguiremos tu blog!


#2 Ángela02-06-2014 09:57:58

Interesantí­simo como siempre, Raul.
Magnífica iniciativa.
Gracias por tu trabajo.


#3 Esther02-06-2014 10:28:58

Estupendo, una gran idea...
Yo también seguiré tu blog


#4 El Profe02-06-2014 22:36:08

Bienvenido al mundo bloguero Raúl. Buen post sobre la historia de la Genética como ciencia.


#5 Rafa03-06-2014 00:34:32

Raúl, estupenda iniciativa. Hasta un zote en la materia como yo ha logrado seguir el hilo.

Te animo a seguir publicando y a mantener una nivel que cualquiera que sepa leer y entender pueda asimilar


#6 Claudia03-06-2014 20:52:11

Estupenda iniciativa. Ánimo y felicidades. Estoy encantada de que alguien me de luz en estos temas que siento difíciles de entender.


#7 Soni06-06-2014 09:28:41

Raúl, me encanta que tú también te animes.. te leeré muyyy interesante! :-)


#8 Hernan07-06-2014 05:55:00

Muy interesante. Me ha gustado mucho leerlo.


#9 Felipe07-06-2014 11:43:31

Buena lectura, clara y sencilla.
Aunque me quedan unas dudas, digamos, estructurales.
una numérica: cuantaas personas enfermas de las analizadas por Venter se espera que sean geneticamente identificables.
A nivel práctico: ¿como se traduce la información genética en soluciones clínicas? ¿no estaremos de nuevo ante la falacia que dio lugar al proyecto genoma humano?


#10 fcasa209-01-2015 10:24:27

Yo también seguiré tu blog, me parece muy interesante. Animo !


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