Proyecto del Genoma Humano El Proyecto del Genoma Humano

GENOMA HUMANO

Proyecto del Genoma Humano El Proyecto del Genoma Humano (PGH) ha constituido ser uno de los retos científico-tecnológicos más grandes que ha enfrentado la humanidad. Si bien este proyecto inició oficialmente en 1990, resulta fundamental reconocerlo en el contexto de la evolución del conocimiento en torno a la herencia humana. Antecedentes y desarrollo El estudio de la genética humana se reconoce desde los trabajos pioneros de Gregor Mendel, quien en 1866 describió las bases de la herencia monogénica que hoy continúan vigentes, ahora con pleno conocimiento de sus bases moleculares. Fue hasta casi 80 años después que se reconoció al ácido desoxirribonucleico (ADN) como el material de la herencia. Unos años mas tarde, en 1953, Francis Crick y James Watson, apoyados en trabajos previos desarrollados por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, describieron la estructura de doble hélice del ADN. El ADN está formado de 3,200 millones de núcleotidos, de los que existan cuatro tipos: Adenina (A), Timina (T), Citocina (C) y Guanina (G). En 1963 se esclareció el código genético, base de la traducción genética para la síntesis de proteínas. Mas adelante, en los años 70 comenzó el auge de la manipulación del ADN dando lugar a las tecnologías recombinantes y, posteriormente, a las tecnologías para la secuenciación del ADN. Mas adelante, en 1985 se hizo la primera propuesta formal de una iniciativa para secuenciar los 3,200 millones de nucleótidos del genoma humano. En 1990, esta iniciativa se consolidó, dando inicio así, al proyecto científico tecnológico mas importante de finales del siglo XX: el Proyecto del Genoma Humano. El PGH, patrocinado en su mayoría por el gobierno de los Estados Unidos, a través de su Departamento de Energía y de los Institutos Nacionales de Salud, estuvo inicialmente bajo la dirección de James Watson, transfiriéndose esta responsabilidad posteriormente a Francis S. Collins, Director del Instituto de Investigaciones sobre el Genoma Humano de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos. Así, el producto del PGH consistió fundamentalmente en la secuencia completa del genoma humano y en la elaboración de un mapa que ubica cada gen dentro de los 23 pares de cromosomas en que se organiza el genoma humano. Este Proyecto contó además con la participación del Reino Unido, Francia, Alemania, China y Japón. El Proyecto llegó a término dos años antes de lo previsto y a un menor costo del originalmente presupuestado, en gran medida debido al desarrollo de nuevas tecnologías para la secuenciación de ADN, que diera como resultado la capacidad de secuenciación a gran escala y a un menor costo. Al inicio del Proyecto el costo por letra secuenciada era superior a $10 USD, el día de hoy el costo es de $0.09 USD. De ahí que el costo total del Proyecto fuera de $2,700 millones de dólares, de los cuales entre 3 y 5% fue dedicado al estudio de las implicaciones éticas, legales y sociales que esta información tendrá. Al día de hoy todas las metas del Proyecto fueron cumplidas con creces. En 1995, la compañía Celera Genomics, bajo la dirección de J. Craig Venter, anunció que llevaría a cabo la secuenciación del genoma humano en forma paralela al Proyecto del gobierno de los Estados Unidos, empleando una tecnología novedosa conocida como shot gun. Este proyecto culminó al mismo tiempo que el PGH financiado por el gobierno de los Estados Unidos, y fueron anunciados en forma conjunta mediante sendas publicaciones. en las revistas Nature y Science. La culminación del Proyecto en términos técnicos significa que se obtuvo la totalidad de la secuencia de la molécula del ADN con una gran exactitud, es decir, con menos de un error por cada 10,000 letras. Únicamente 0.01% de la cadena no pudo secuenciarse con la tecnología disponible, lo que dará lugar a proyectos específicos para secuenciar estas regiones del genoma humano. Al día de hoy contamos con más del 99% de la secuencia en su formato final, reduciendo el número de espacios sin secuenciar solo 250. Alcances y estado actual Como resultado del PGH se obtuvo la secuencia completa de los 3,200 millones de nucleótidos o letras (A, G, T, C) que lo componen, el mapa que ubica a los cerca de 30,000 genes que ahí se albergan y el análisis de cerca de 1,400 genes causantes de enfermedades monogénicas. Además, se demostró que los seres humanos compartimos 99.9% de esta secuencia. El 0.1% restante varía entre cada individuo, siendo las variaciones mas comunes aquellas en que cambia una sola letra, es decir, los polimorfismos de un solo nucleótido, conocidos como SNPs (pronunciados snips) por sus siglas en inglés. Estas variaciones se encuentran a lo largo de toda la cadena, en promedio una cada 600 a 800 nucleótidos y hasta el momento se han identificado mas de 3.2 millones de estas variaciones. Esto significa, por ejemplo, que algunos individuos podemos tener una "T" en determinada posición del genoma, en donde otros pueden tener una "G". El número de posibles combinaciones que resultan de la variación genómica, da como resultado que cada miembro de nuestra especie tenga características genómicas únicas. Así, la individualidad genómica da lugar a la individualidad bioquímica, responsable de la predisposición a padecer enfermedades comunes. La siguiente fase de este proyecto consistirá en la identificación de las variaciones genómicas entre las distintas poblaciones, así como la producción de aplicaciones prácticas derivadas de este conocimiento. El PGH ha estimulado el desarrollo de la genómica comparativa, cuyo propósito es entender cómo las especies han evolucionado y cuál es la función de los genes y las regiones no codificantes del genoma, mediante el análisis y la comparación de genomas de diferentes especies. El definir la estructura y función de los genes humanos favorecerá el desarrollo de estrategias para predecir, prevenir y combatir enfermedades humanas. Hasta el momento se ha completado la secuencia de los genomas de varios organismos, entre los que destacan dos especies de mosca de la fruta, dos gusanos, el ratón, la rata, el perro, un gran número de hongos, el mosquito transmisor del paludismo, así como del parásito que lo causa, el arroz, la semilla de la mostaza y una larga lista de bacterias y virus. Actualmente existen proyectos para la secuenciación de los genomas de más de 50 organismos, entre los que figuran de chimpancé, el pollo, la vaca, el gato, el cerdo, la rana, el pez cebra, la abeja de la miel, la amiba, el maíz y el trigo, entre otros (www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/static/EG_T.html). Nuevos horizontes de la investigación genómica La culminación de los trabajos de secuenciación del genoma humano ha dado lugar a una nueva era en la investigación genómica, al ofrecer una gran cantidad de información tendrá gran impacto en diferentes áreas de la investigación científica. Al culminar el Proyecto del Genoma Humano se hizo pública la metáfora desarrollada por el Instituto de Investigaciones sobre el Genoma Humano de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos. Se trata de un gran edificio que simboliza el desarrollo de la investigación genómica cuya base descansa en el conocimiento del genoma humano. Los tres pisos de la estructura representan a la genómica para la biología, la genómica para la salud y la genómica para la sociedad respectivamente. Si bien los tres pisos resultan importantes para el futuro de la investigación genómica, el desarrollo pleno de estas áreas solo se podrá dar si existen seis elementos fundamentales para mantener la cohesión de las tres áreas de investigación. Estos elementos están simbolizados por las columnas del edificio y son: los recursos financieros para llevar a cabo la investigación responde; la tecnología que permita el análisis de áreas específicas del genoma y su expresión; la bioinformática o biología computacional que permitirá el manejo de esta gran cantidad de información, la comparación de secuencias en forma masiva, el análisis de bases de datos, así como el estudio de la expresión de los genomas; la formación de recursos humanos que tengan la capacidad de uso y análisis de la información genómica para la creación de nuevos desarrollos derivados de este conocimiento; el desarrollo paralelo de la investigación sobre los aspectos éticos, legales y sociales de la medicina genómica, a fin de asegurar que se lleve a cabo con apego estricto a los principios éticos universales, dentro de los marcos jurídicos vigentes; finalmente, la educación a la sociedad resulta fundamental con el fin de asegurar que la investigación genómica se incorpore al conocimiento comun, a fin de que los beneficios que de ella emanen puedan ser aprovechados por las sociedades y los retos sociales puedan ser enfrentados exitosamente. Se prevé que el desarrollo integral de los tres pisos de este gran edificio firmemente mantenidos en su estructura por sus seis columnas indispensables, generará una nueva revolución científica, tecnológica, social y financiera basada en la investigación genómica. Al término del Proyecto del Genoma Humano se identificaron los retos más importantes una vez completada la secuenciación del genoma humano y se definieron cinco áreas principales en las que se invetirán esfuerzos y recursos durante los próximos años. Estas áreas estarán dedicadas a convertir la información genómica en realidades tangibles para la población general, mediante el estudio de la estructura y función de los genes y las proteínas. 1. El proyecto internacional del HapMap. Este proyecto tiene corno meta principal la producción de la "nueva generación" del mapa del genoma humano, que será de gran utilidad para acelerar el descubrimiento de los genes relacionados con enfermedades comunes como asma, cáncer, diabetes y enfermedades cardiovasculares, entre otras. Este mapa identificará las posiciones en las que existen variaciones dentro del genoma humano, es decir, las variaciones que confieren individualidad a cada miembro de nuestra especie. Especial interés tendrán aquellas variaciones relacionadas con la susceptibilidad a enfermedades comunes. El proyecto se llevará a cabo en diferentes poblaciones del mundo, inicialmente la europea, la africana y la asiática. México es el único país de América Latina que ha sido invitado a participar en esta segunda fase del Proyecto del Genoma Humano, a través del Consorcio Promotor del INMEGEN. La participación de México en el HapMap representa una gran oportunidad para conocer, en forma sistemática, la información genómica de la población mexicana. Se espera que este proyecto concluya hacia el final del año 2005. 2. Desarrollo de la Enciclopedia de los Elementos del ADN (ENCODE). Este proyecto estará bajo el liderazgo del Instituto de Investigaciones sobre el Genoma Humano de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos. El objetivo principal de ENCODE es el desarrollo de estrategias eficientes y de gran precisión para la identificación y localización de todos los genes que codifican para proteínas, de aquellos que no codifican para proteínas y de otros elementos funcionales basados en secuencias genómicas. La creación de este monumental trabajo de referencia contribuirá a que los científicos podamos utilizar e interpretar de la secuencia del genoma humano, a la comprensión mas profunda de la biología humana, a predecir riesgo potencial para enfermedades y a desarrollar nuevas estrategias para la revención y el tratamiento de éstas. 3. Genómica química. El desarrollo de esta área resulta de gran importancia para comprender mejor la función de los genes. Se trata de integrar una colección pública de entre 500,000 y 1’000,000 de compuestos químicos orgánicos, a fin de ser empleados en el esfuerzo de caracterizar las vías del metabólicas a mayor resolución. Las ventajas de esta estrategia, complemento de las estrategias genómicas convencionales, se basan en las características químicas particulares de cada molécula, en su capacidad de interactuar con determinados genes, su habilidad en muchos casos, para penetrar fácilmente a las células y desde luego, el hecho de que frecuentemente sirven como puntos de inicio para el desarrollo de nuevos fármacos. 4. Genomas para la vida. Este programa del Departamento de Energía de los Estados Unidos está enfocado a microorganismos. Su meta principal es el entendimiento de los intrincados detalles sobre los procesos de la vida microbiana a un nivel tal que puedan desarrollarse modelos computacionales capaces de describir y predecir sus respuestas a cambios en el ambiente. Esta información permitirá utilizar las capacidades de los microbios para resolver muchos de los retos actuales en las áreas de energía y medio ambiente. 5. Establecimiento del Consorcio para la Genómica Estructural. La genómica estructural consiste en la identificación sistemática y a gran escala de la estructura tridimensional de las proteínas. Cuando se estudia la genómica estructural de cualquier organismo, la meta final es la descripción completa de todas las proteínas codificadas en el genoma de ese organismo. Esas estructuras tridimensionales serán cruciales para el diseño racional de nuevos medicamentos, para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, y para el avance en el entendimiento de la biología.En abril de 2003, se anunció la creación del Consorcio para la genómica estructural que se establece con el fin de impulsar los esfuerzos internacionales en esta área. Esta organización estará formada por la Wellcome Trust del Reino Unido con un grupo de compañías farmacéuticas y otras empresas, se comprometerán ha hacer públicas las estructuras proteicas que identifiquen. Sin duda, la evolución de la investigación genómica continuará su marcha superando estos nuevos desafíos y enfrentando retos tan complejos como la identificación de los genes causantes de enfermedades humanas y la regulación de la expresión de los genes, lo que tendrá que ir en conjunto con el desarrollo de nuevas y mas poderosas tecnologías que permitan el análisis masivo de los genomas, logrando al mismo tiempo el abatimiento de sus costos.

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