Genoma Humano

Estructura y complejidad del genoma humano

Antecedentes históricos

El siglo xx estuvo marcado por el desarrollo tecnológico en varias áreas del conocimiento un evento capturó la atención del mundo: el anuncio de la completa secuenciación del genoma humano en junio de 2000, cuya importancia científica es equivalente a la llegada del hombre a la Luna.

Los cimientos del Proyecto Genoma Humano se fundan en 1977, año en que Sanger (premio Nobel de Química en 1958) diseñó una técnica que hizo posible la secuenciación completa del genoma de un virus. Este hecho marcó el inicio de una serie de descubrimientos, la implementación de nuevas técnicas y el desarrollo de programas de análisis computarizado, que culminaron en la secuenciación del genoma del primer organismo vivo en 1995: la bacteria Haemophilus influenza, responsable de la enfermedad de la influenza, con un tamaño de genoma de 1 800 000 pares de bases. La conjunción de todos estos avances tanto en las técnicas de biología molecular como en la automatización de los análisis, generaron la aparición de una nueva ciencia: la genómica. Esta nueva área es producto de la unión de dos disciplinas diferentes, la computación y la biología. Dicha unión ha tenido un impacto impresionante en el desarrollo de nuevas disciplinas que han traído consigo grandes avances, y que sobre todo favorecen el futuro desarrollo de la medicina. La secuenciación completa del genoma podrá tener beneficios incalculables para la población humana.

Algunas características del genoma humano

Para llevar a cabo este proyecto, debido a la complejidad del genoma humano (ya que éste es muy grande y posee secuencias que se repiten mucho, lo cual complica su análisis), fue necesario analizar otros organismos “modelo”, con genomas más sencillos, que permitieran afinar las técnicas que se usan en la secuenciación completa. De esta forma, en 1995 el proyecto progresaba en dos etapas; la primera fue la construcción del mapa físico (estudio de genética “clásica” que permite ubicar la posición de los genes dentro de los cromosomas) y genético (el análisis propiamente dicho de las secuencias y el orden fino de los genes) del genoma humano y del ratón. La segunda etapa fue la secuenciación de los genomas de la levadura Saccharomyces cerevisieae, responsable de la producción de la cerveza, y el nemátodo Caenorhabditis elegans, una especie de gusano pequeño, así como la secuenciación de regiones específicas de genomas de mamíferos. Lo que estos proyectos demostraron fue que era posible secuenciar a gran escala con efectividad, rapidez y a costos reducidos.

Dos grupos independientes secuenciaron el genoma humano, uno estaba constituido por diversos grupos internacionales y se denominó Consorcio internacional, el otro estaba conformado por la compañía Celera, con el controversial y agresivo investigador Craig Venter a la cabeza.

La obtención del ADN, necesario para la secuenciación del genoma humano, fue hecha, en el caso del Consorcio internacional, por donadores anónimos (cinco a diez personas). Celera escogió cinco personas de categorías étnicas definidas: un individuo afroamericano, uno chino, uno mexicano y dos caucásicos. En total se usaron muestras de tres mujeres y dos hombres, todos donadores anónimos. La obtención de la muestra se realizó a partir de sangre (130 mililitros), y en el caso de los hombres incluía cinco muestras de semen tomadas en un periodo de seis semanas.

Conformación del genoma

Se denomina genoma a toda la información genética que un organismo posee, la cual está contenida en el ADN o ácido desoxirribonucleico, cuyos pilares químicos fundamentales son las bases conocidas como adenina, guanina, timina y citosina (a, g, t y c, respectivamente). Éstas se encuentran aparejadas a con t y g con c, de esta manera series sucesivas de ellas conforman el material genético de un organismo; por tanto, las unidades utilizadas para describir el tamaño del genoma son pares de bases.

Este material genético está organizado en cromosomas, cada molécula de ADN que los conforma debe poseer tres elementos importantes para su posterior propagación:

un centrómero, que es el ancla del cromosoma al uso que se forma cuando la célula se está dividiendo, esto es la mitosis; dos telómeros, que son los componentes de las puntas distales del cromosoma, y varios orígenes de replicación, a partir de los cuales se inicia la replicación de los cromosomas. Al igual que en química la unidad fundamental de la materia es el átomo, de la misma forma la unidad mínima del genoma es el gen.

Haploides y diploides

El número de cromosomas en una especie es fijo. Así en nuestro cuerpo existen 46 cromosomas los cuales estan duplicados, así pues existen 23 pares de cromosomas o dos juegos completos de 23 cromosomas.

Los genes

El primer paso en la caracterización del genoma es la identificación de los genes, los cuales están formados por regiones codificantes (que son traducidas en proteína) denominadas exones y no codificantes llamadas intrones, que se encuentran intercalados entre los exones. Para que la información de un gen pueda ser procesada y traducida en proteínas, primero se tienen que separar los exones, que poseen información de los intrones que no son traducidos en proteína; a este proceso se le denomina escisión alternativa de intrones. En el caso del ser humano este proceso es de suma importancia, ya que es el responsable directo de la diversidad de proteínas observada.

Además, los genes poseen otros componentes estructurales que no son traducidos en proteínas, estas zonas son las que indican en dónde comienza y termina el gen, y a partir de qué momento puede ser expresado o transcrito. Dentro del ADN encontramos de manera intrínseca ciertos elementos denominados reguladores, cuyo objetivo principal es regular la expresión de los genes, es decir, cuándo y cómo se van a expresar. Existen dos clases de elementos reguladores, los denominados cis y los trans. Los cis son secuencias señalizadoras contenidas dentro del mismo ADN. En cambio, los elementos trans se caracterizan por ser proteínas que son transcritas a partir del ADN y que funcionan como reguladores de la transcripción de otros genes.

Para la identificación y predicción de genes se utilizan actualmente tres metodologías: 1) la evidencia directa experimental; 2) la evidencia indirecta relacionada con el parecido a otros genes previamente identificados, y 3) los métodos nuevos (ab initio) de reconocimiento de exones,

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