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Por Leonardo Galindo

 

Un genoma es el conjunto de toda la secuencia de caracteres que contienen las instrucciones para hacer los organismos. Podemos pensar en el genoma, como un libro de instrucciones en un lenguaje diferente, el del ADN. Este lenguaje consta de cuatro letras conocidas como nucleótidos (A, C, G, T), en vez de las 27 letras que usamos en español, en donde las palabras forman frases que se conocen como genes (el genoma contiene también regiones sin genes). Dichos genes contienen información para formar proteínas, que son los bloques principales para construir un organismo. En los humanos, la información se encuentra en 23 capítulos llamados cromosomas (realmente son 46 capítulos pero cada par de capítulos esta medio duplicado pues uno proviene de la madre y otro del padre – con información similar y pequeñas variaciones), y tenemos una copia del libro casi en cada célula de nuestro cuerpo (Figura 1).

 

 

Genomas

Figura 1. Esquema que muestra el genoma proveniente de una célula. Las instrucciones para formar proteínas están consignadas en los genes que a su vez están hechos de secuencias específicas de cuatro caracteres conocidos como nucleótidos. Imagen obtenida de: https://es.wikipedia.org/wiki/Genoma#/media/File:Genomaes.JPG .

 

¿Por qué es interesante un genoma?

Imaginen que alguien les dice que encontraron un libro para descifrar como se construye un humano y que posiblemente allí encontremos claves para entender las enfermedades. En realidad, el libro no lo encontramos por casualidad; como la mayoría de cosas que ocurren en la ciencia esto fue un proceso gradual. Primero hicimos inferencias de que tenía que existir algún material que se relacionaba con la herencia de tal manera que los hijos adquirían ciertas características de sus padres. Gregorio Mendel, conocido como el padre de la genética, realizó experimentos con arvejas (guisantes o chícharos) que permitieron a otro científicos realizar dichas conjeturas [1]. Luego nos preguntamos si podíamos descubrir cuál era ese material que cargaba y determinaba las características de los organismos y era heredado de generación en generación. En 1952, luego de varios trabajos donde se había definido que el ADN (Ácido desoxiribonucleico) era el material genético, la estructura de esta molécula fue definida gracias a los estudios de Rosalind Franklin, Raymond Gosling, James Watson y Francis Crick [2]. Una vez dicha molécula (el ADN) había sido descubierta de forma inequívoca, fue cuestión de tiempo para que el avance de la tecnología permitiera determinar como la secuencia de caracteres del ADN determina (junto con la influencia del ambiente) la manera como nos vemos y funcionamos.

La secuencia de caracteres del genoma humano fue descifrada por primera vez en el año 2001 [3,4], y con esto se creyó que tendríamos la cura para todas las enfermedades con base genética [5]. Sin embargo, no hay nada más alejado de la realidad; cuando se descifra la secuencia de caracteres de un libro en un lenguaje nuevo, aún es necesario aprender a interpretar el idioma correctamente, encontrar donde empiezan y terminan las frases, y como la variación en las palabras de dichas frases entre distintos individuos se relaciona con las variaciones físicas que vemos, así mismo como con la variación de las enfermedades que sufrimos. Estas variaciones que conocemos como mutaciones son la base no solo de la variación entre individuos de una especie, sino lo que ha permitido que se genere la diversidad de organismos que existe en el planeta tierra. Estudiar dicha variación no es tarea fácil, solo en el genoma humano existen 3000 millones de caracteres en cada molécula de ADN, los cuales nunca son iguales entre dos individuos.

 

¿Qué hacemos si logramos entender la base genética de las enfermedades?

Entender como las variaciones en el ADN de dos individuos se relacionan por ejemplo en el desarrollo de un cáncer en uno de ellos no es tarea fácil pues usualmente las enfermedades son el resultado de variaciones localizadas en más de una región del genoma. Sin embargo, a medida que entendemos más cómo funcionan cada una de las piezas del rompecabezas del genoma hemos empezado a detectar variaciones que son críticas en el desarrollo de muchas enfermedades, algo así como los interruptores básicos que pueden activar la enfermedad.

Hasta hace muy poco tiempo, si lográbamos ver como ciertas mutaciones se relacionaban con enfermedades, podíamos hacer un diagnóstico temprano y cierto tipo de tratamiento, pero era poco lo que se podía hacer para modificar la condición desde su base (cambiar la mutación a la condición normal). Pero con el surgimiento de las tecnologías de edición genómica [6], se ha abierto todo un nuevo campo en el que ahora seremos capaces de corregir los errores del genoma e incluso modular como se activan los genes. Esta tecnología es joven, y así como ocurrió cuando secuenciamos el genoma humano, debemos ser cautelosos acerca del alcance que puede tener en el corto plazo.

Es posible que a medida que conjugamos el conocimiento de genomas completos de cientos o miles de individuos con la posibilidad de hacer modificaciones en las regiones deseadas logremos en los próximos años empezar a curar enfermedades dependientes de pocas variaciones genéticas como la anemia falciforme o la hemofilia, y con el tiempo podremos reparar múltiples regiones, o regiones más extensas del genoma. Quién sabe, con la rapidez con la que se desarrollan las tecnologías en este momento, no sería extraño que pudiéramos reprogramar las instrucciones de la vida de forma impensable y empezar a rediseñarnos, cambiando de manera drástica el curso de la evolución natural.

 

¿Qué más podemos lograr teniendo genomas completos?

  • Podemos usar las variaciones encontradas entre individuos para establecer la historia de las migraciones y ancestría de un grupo de organismos.
  • Podemos establecer relaciones de parentesco.
  • Podemos analizar regiones que no producen genes para entender su rol en la evolución.
  • Podemos ver como la variación genética se relaciona con las variaciones en las características que observamos.
  • Podemos ver como las diferentes partes del genoma interactúan para crear y permitir el funcionamiento de células, tejidos, órganos y organismos.
  • Podemos definir como las razas humanas son principalmente construcciones sociales y como los patrones migratorios y de ancestría influyen más que el color de piel en las características genéticas de las poblaciones de nuestra especie [7,8]
  • Podemos definir los componentes esenciales y comunes para la vida, y posiblemente sintetizar organismos nunca antes vistos [9].

Las posibilidades son infinitas y emocionantes, pero al mismo tiempo requieren de una veeduría ética y moral por parte de los actores involucrados en el desarrollo, implementación y uso de estas tecnologías y sus aplicaciones, que nos permita utilizar los avances científicos de forma responsable para el bien de nuestro planeta. Con miles de genomas secuenciados de distintos organismos y proyecciones de cientos de miles en 10 años (Figura 2), estamos dando pasos gigantes para entender de dónde venimos y hacia donde nos dirigimos. Cada genoma proporciona nueva información desconocida y única de cada especie que demuestra especialización, pero al mismo tiempo muestra información común que nos permite conectar y entender los procesos más básicos que determinan la vida.numero cumulativo de genomas secuenciadosFigura 2. Número  cumulativo de genomas secuenciados desde el año 1997. Imagen modificada de: http://sulab.org/2013/06/sequenced-genomes-per-year/.

 

 

Bibliografía

  1. Druery CT, Bateson W. Experiments in hybridization. J R Hortic Soc. 1901;26: 1–32.
  2. Watson J, Crick F. Molecular structure of nucleic acids. Nature. 1953;171: 737–738.
  3. Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, et al. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature. 2001;409: 860–921. doi:10.1038/35057062
  4. Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, et al. The Sequence of the Human Genome. Nature. 2001;291: 1304–1315. doi:10.1126/science.1058040
  5. Galindo L. Las promesas del genoma humano. In: Blog Biogenic [Internet]. 2012. Available: http://biogenic-colombia.blogspot.ca/2012/02/las-promesas-del-genoma-humano.html
  6. Bernal-Franco D. CRISPR, una herramienta para editar el genoma que está revolucionando la ciencia [Internet]. 2015. Available: http://biogenic-colombia.blogspot.ca/2015/10/crispr-una-herramienta-para-editar-el.html
  7. Galindo L. Razas humanas…¿somos en realidad tan diferentes? [Internet]. 2010. Available: http://biogenic-colombia.blogspot.ca/2010/05/razas-humanassomos-en-realidad-tan_4175.html
  8. Hellenthal G, Busby GBJ, Band G, Wilson JF, Capelli C, Falush D, et al. A Genetic Atlas of Human. Science (80- ). 2014;343: 747–751.
  9. Hutchinson Iii C, Chuang R, Noskov VN, Assad-garcia N, Deerinck TJ, Ellisman MH, et al. Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science (80- ). 2016;6253: aad6253. doi:10.1126/science.aad6253

 

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PERFIL
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BIOGENIC (Biólogos Genetistas Colombianos) surgió en el 2003 en Cali - Colombia, cuando un grupo de amigos que trabajábamos en el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) nos reunimos con la idea de contribuir activamente en la divulgación y promoción de la investigación científica en el área de genética y disciplinas afines.

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