Caracterización del genoma humano
Hasta la fecha, la estructura y las propiedades del aparato genético humano han sido estudiadas en detalle. Se ha establecido que el genoma es un ADN bicatenario discontinuo. Normalmente, el material genético se distribuye en 24 tipos de cromosomas: incluye 22 autosomas y 2 cromosomas sexuales.
El volumen total del genoma alcanza un tamaño colosal: 3 mil millones de pares de bases. Al mismo tiempo, el número total de genes se estima entre 20 000 y 25 000. Un hecho sorprendente es que los exones (regiones codificantes) constituyen solo el 1% de toda la información genética.
Las diferencias individuales entre los seres humanos son mínimas y afectan solo al 0,1% de los genomas. Los genomas de dos personas diferentes se cruzan en aproximadamente la mitad de los polimorfismos de un solo nucleótido. Sin embargo, esta diminuta fracción tiene una enorme importancia clínica: explica las diferencias fenotípicas, la susceptibilidad a las enfermedades y la respuesta del organismo a los medicamentos o factores ambientales.
La variabilidad genética incluye:
- Polimorfismos de un solo nucleótido (SNP): de 2,5 a 4 millones.
- Repeticiones (variabilidad en el número de copias): cientos o miles por genoma.
- Inserciones y deleciones: cientos de miles.
El conocimiento de estos parámetros es de importancia crítica para la medicina. Ya se han identificado genes cuyas mutaciones causan más de 350 enfermedades diferentes. Tales patologías incluyen ciertos tipos de cáncer, la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la hiperlipidemia (aumento de los niveles de lípidos en suero sanguíneo) y las porfirias.
Breve historia de la secuenciación
El desarrollo de la genómica está indisolublemente ligado a la mejora de las tecnologías de estudio del ADN. Hitos clave en la historia de la investigación del genoma:
- 1973: se realiza la primera clonación de genes eucariotas en plásmidos bacterianos.
- 1980: W. Gilbert, P. Berg y F. Sanger reciben el Premio Nobel de Química por el desarrollo de métodos de secuenciación de ADN.
- 1984: el Congreso de EE. UU. financia el inicio del proyecto a gran escala Human Genome Project, asignando 3 mil millones de dólares para la secuenciación completa.
- 1989: en Rusia se crea el consejo científico para el programa «Genoma humano».
- 2000: se completa el «primer borrador» del genoma humano.
- 2006: se produce la decodificación completa del genoma (se secuencia con éxito el primer y más grande cromosoma).
- 2012: el costo del análisis completo del genoma se reduce a 1500 dólares.
Las tecnologías modernas de secuenciación de 3ª generación abren perspectivas increíbles, permitiendo decodificar el genoma en tan solo unos minutos.
Genómica comparada
Además del ser humano, los científicos han decodificado por completo los genomas de importantes modelos experimentales, como el nematodo Caenorhabditis elegans y la clásica mosca de la fruta Drosophila. También se han decodificado los genomas de cultivos agrícolas clave: el arroz y el maíz.
Es de especial interés la comparación del ADN humano con otras especies:
- Neandertal: la coincidencia alcanza el 99,7%. Al mismo tiempo, en el humano moderno se han encontrado 5 genes únicos que no están presentes en el neandertal. Estos genes están relacionados con las funciones de la piel, el metabolismo energético y la actividad mental.
- Chimpancé: la coincidencia es del 98,8%.
- Ratón: el material genético coincide aproximadamente en un 80%.
Aplicación en medicina y nuevas direcciones
Una comprensión profunda de la estructura del genoma ha abierto perspectivas completamente nuevas en la práctica clínica. Las principales áreas de aplicación práctica del conocimiento genético:
- Diagnóstico: búsqueda de genes responsables de patologías hereditarias, así como la realización de diagnósticos tempranos y prenatales.
- Terapia: desarrollo e implementación de métodos de terapia génica.
- Farmacogenómica: creación de medicamentos estrictamente individualizados que tengan en cuenta las características del ADN del paciente.
- Prevención: control e influencia sobre los mecanismos de transmisión de enfermedades hereditarias en futuras generaciones.
- Identificación: realización de una identificación personal precisa mediante «huella genética» (genomic fingerprinting).
La integración de la genética fundamental en la biología clínica y la medicina ha propiciado la formación de disciplinas especializadas más recientes: inmunogenética, farmacogenética y farmacogenómica.
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué son los exones y qué parte del genoma ocupan?
Los exones son la parte codificante del genoma. En los humanos, los exones representan solo el 1% de la secuencia nucleotídica total.
¿Por qué las personas se diferencian entre sí si el genoma es el mismo para todos?
Las diferencias individuales se forman a expensas del 0,1% del genoma. Esta parte variable incluye polimorfismos de un solo nucleótido (SNP), cambios en el número de copias (repeticiones), así como cientos de miles de inserciones y deleciones.
¿Hasta qué punto es parecido el genoma humano al del neandertal?
La coincidencia es del 99,7%. En el humano moderno solo se han identificado 5 genes específicos ausentes en el neandertal, los cuales son responsables de la actividad mental, las funciones de la piel y el metabolismo energético.
Qué más repasar sobre el tema
- Tipos de variabilidad genética: SNP, inserciones, deleciones y repeticiones
- Proyecto Human Genome Project: etapas y resultados
- Diferencias entre las tecnologías de secuenciación de diferentes generaciones
- Aplicación de la farmacogenómica en la creación de medicamentos personalizados
- Genes asociados con la enfermedad de Alzheimer y las porfirias
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