Características del ADN y el código genético de los humanos.

 

 

Toda la diversidad de vida que puebla la Tierra ha tenido un origen común, que tiene una interpretación a través de la comprensión de la molécula del ADN, la molécula de la vida.

Cada ser vivo es una secuencia única de acontecimientos que se han sucedido unos tras otros, sin interrupción desde el principio de la vida en este planeta; no importa cuando surgió la vida por primera vez en la Tierra o si hubo mas de un intento, lo que cuenta es que los seres vivos es el escalón final de una larga serie de éxitos.

Nosotros nacimos de una célula que albergaba en su interior una molécula con capacidad para copiarse a si misma, la molécula de ADN tuvo su origen hace mucho tiempo cuando la Tierra era un lugar con una atmósfera toxica, con rayos de enormes tormentas que surcaban un cielo cargado de azufre, metano y dióxido de carbono y en el suelo había lagos de moléculas de distintos tipos, una de las reacción química produjo moléculas con la propiedad de auto replicarse.

Aquella molécula original era muy distinta al ADN actual, pero desde entonces se a copiado a si misma sin cesar, en el tiempo transcurrido el proceso de copiado a tenido lugar una enorme cantidad de veces, en algún momento el proceso de replicación cometía errores y la molécula resultante difería en unos pocos átomos de la molécula madre, así de un único tronco fueron surgiendo multitud de ramas vitales. Algunos de los errores de copiado eran la causa que la cadena de divisiones se interrumpiera y dicha rama desaparecía,  pero nuestra rama como la de muchos seres vivientes, la que llego a la actualidad, siguió el camino  con éxito copia tras copia.

Cada ves que se producía un error en el proceso de copiado del ADN,  el error se incorporaba a la molécula haciéndola mas compleja, con nuevas propiedades y de ella nacía una nueva rama, muchas ramas desaparecieron pero otras prosperaron generando a su ves nuevas ramificaciones vitales, una cadena de éxitos que ha llegado hasta cada uno de nosotros, si hubiera habido una sola interrupción en el proceso de copiado, solo una, nuestro linaje no habríamos tenido la posibilidad de existir, compartimos esta suerte con cada ser vivo actual.

Cada ser ocupa un extremo del árbol de la vida, si volviéramos atrás veríamos como se juntan las ramas, reduciendo su numero hasta llegar a una rama común, si nos internamos mas aun en el lejano tiempo veríamos como se unen las distintas ramas de las distintas especies de mamíferos, después las de los vertebrados y así sucesivamente, hasta que todas las criaturas actuales vuelven a unirse hasta llegar a la molécula original que consiguió la propiedad de replicarse.

En 1953 los investigadores James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN, una vez identificada la estructura, comenzó a desarrollarse la tecnología para leer letra a letra la información contenida en ella, fue en los años 70 cuando se demostró que era posible leer el mensaje genético de algunos virus y tan solo 10 años después algunos investigadores comenzaron a trabajar en la lectura letra a letra del código genético humano, en el año 2000 se anunció públicamente que se había terminado el primer borrador conteniendo la secuencia competa del genoma humano y la localización de los genes en los cromosomas, pero realmente fue un borrador de referencia, sin reparar en los detalles.

Gracias a la lectura del genoma humano sabemos que esta formado por un total de 3200 millones de letras genéticas, estas letras son de cuatro clases y con ellas esta escrito el código, lo mismo que sucede con la lengua que hablamos las letras genéticas se pueden ordenar con sentido o sin el, si un conjunto de letras esta ordenado con sentido significa algo, las letras m,e,s y a forman la palabra mesa pero colocadas en otro orden pueden crear una secuencia incomprensible, con el código genético sucede lo mismo, una secuencia de letras ordenadas  con sentido contienen la formula de una proteína valiosa para nuestro organismo se forma así una palabra genética a la que conocemos como gen.

 

Genoma humano.

 

Si tomamos el ADN de una persona como referencia y lo comparamos con el de otras personas, de cualquier origen y raza, veremos que hasta el 12% puede cambiar porque muchos de los fragmentos de la larga cadena se comportan de forma aparentemente extraña, unos están colocados en un lugar que no les corresponde, otros desaparecen sin explicación y en especialmente, una gran cantidad se repiten muchas veces.

 

El porcentaje del genoma humano que lleva codificado proteínas supera un poco al 1 % y el resto ¿que es?, pues hay de todo, algo menos del 30 % tiene significado, aunque no contenga información para construir proteínas y mas del 50 % consiste en secuencias repetidas de varios tipos, pedazos grandes de ADN, secuencias mas cortas que aparecen en distintos sitios repeticiones de unas pocas letras o una sola , algunos llamaron a esta parte código con el epígrafe de ADN basura (que no sirve para nada), pero hay científicos que no opinan lo mismo.

 

Cuando se estudia el genoma humano, se identifica dentro de el regiones que todas las personas tenemos y se comprueba que estas son variables en el numero de copias, en las distintas personas, que son repeticiones de “ párrafos ” del  ADN que aparecen en algunas personas mas que en otras, son regiones de tamaño considerable.

 

Variación global en el numero de copias en el genoma humano.

Ver en la red Mònica Gratacòs y Lluís Armengol
Centro de Regulación Genómica

 

El trabajo se realiza en una cantidad definida de personas y para obtener una mayor variabilidad posible, por ejemplo 270 personas y se utiliza una tecnología de chips de ADN, en los cuales se puede interrogar la totalidad del genoma, cuantas copias existen de cada una de estas regiones.

Un estudio de variación del genoma humano es el proyecto internacional HapMap, que es un catálogo de variaciones genéticas de la especie humana, basada en el análisis del ADN de 270 individuos de las poblaciones de Nigeria , de Pekín, de japoneses de Tokio y residentes de Utah, en los Estados Unidos, con ancestros del occidente y norte europeos.

Las diferencias del genoma consisten en variaciones de 1400 regiones que son variables, entre dos personas puede haber hay de promedio unas 100 regiones del genoma que son distintas en el numero de copias, que se corresponde a 20 millones de letras del alfabeto del genoma, que comparado con el numero total de letras del genoma que tiene  3200 millones, seria una pequeña parte; esta seria la diferencia entre dos personas, pero si tomamos la totalidad de estas regiones abarcaría unas 360 millones de letras, entre las 270 personas o sea un 12 % del genoma y eso es lo que diferencia a toda la población humana a nivel global.

Existen otros tipos de variaciones, están aquellas variantes que no significan nada, como el cambio de una letra por otra pero sin implicar un cambio funcional, pero si hay variación que producen un cambio funcional y se denominan mutaciones, que es poco frecuente, menos del 1 % del genoma humano y se sabe que provocan enfermedades, según el estudio del HapMap hay aproximadamente un millón de cambios de una sola letra, como si en un conjunto de libros cambiamos la a por la b, la diferencia en que pase algo o no, es si al cambiar la letra podemos seguir leyendo el texto o que ese cambio de letra en la palabra produce un variación en el sentido de la misma, es decir el sentido de la frase no se lee y la proteína no es funcional y esto potencialmente es un problema.

Dentro de lo que es todo el genoma, se tienen esas diferencias de una sola letra o las repeticiones de trozos completos que están ligados a enfermedades, el problema reside que una persona tenga mas copias o menos y ambos casos están relacionados con enfermedad, si hay mas números de copias, en el caso del Alzheimer que es familiar y de inicio precoz, hay varios genes que teniendo mutaciones pueden dar lugar a esto y se sabe que uno de estos genes, si hay mas de una copia, dos o mas, hay familias con esta enfermedad.

Existe tanto el exceso de información como el defecto, la desaparición de un trozo de información genética se denomina deleción, si hay una ganancia, por ejemplo en las personas con una infección del virus del SIDA, los que tienen mas copias se sabe que progresan mas lentamente y que tienen una mejor respuesta y como perdida, en enfermedades sistémicas, las personas, al tener menos números de copias de un gen en concreto que esta implicado en la respuesta inmune están predispuestos por ejemplo a tener una enfermedad renal relacionada, si hay ganancia o perdida puede haber enfermedad.

De las 270 personas se han identificados cambios que sean específicos de una población y incidan en ello, algunas de estas variantes de regiones del genoma, el incremento del números de copias se da única y exclusivamente en poblaciones africanas o única y exclusivamente en población asiática, los defectos de este tipo de variantes que son especificas de una población se supone que pueden estar relacionadas con enfermedades que se dan con una prevalencia distinta en distintas poblaciones humanas o por ejemplo a respuestas a tratamientos, se sabe que hay tratamientos de enfermedades que funcionan mejor para individuos de ednia africana, por ejemplo o de origen asiático y se supone que puede haber variantes de números de copias detrás de estas diferencias en respuesta al tratamiento.

La delimitacion de esas variaciones, en distintas personas depende de las tecnologías actuales, por ejemplo los chips de ADN, por ejemplo de empresas como Affymetrix y con estos chips se puede llegar a detectar variantes de un tamaño de 70 kilo bases o 70000 bases (o letras), existen variantes mas pequeñas que estas tecnologías no se pueden detectar.

Las duplicaciones o repeticiones del genoma se especula que se producen , porque hay distintos mecanismos a nivel biológico, uno de ellos es la existencia de unos grupos de letras que por lo que sea tienen una susceptibilidad mayor a romperse que otros grupos y el hecho de producirse este tipo de roturas en algunas regiones del genoma daría lugar a que errores en la maquinaria de reparación pudieran de alguna manera dar lugar a este tipo de duplicaciones y de deleciones, hay zonas mas débiles o zonas que están predispuestas a sufrir este tipo de  ganancias y de perdidas, se ha visto que hay una clara asociación entre la existencia de estas variantes de numero de copias y la presencia de otro elemento que se llama duplicaciones segmentarías que son repeticiones de por si, hay como variantes de números de copias en regiones que existían previamente previamente repeticiones.

En forma muy esquemática, si hay una frase que se repite cada tantos párrafos y que entonces cuando uno lee de forma ordenada al ver esa frase repetida saltaría a la siguiente pero que en el mecanismos de duplicación del ADN se  equivoca y a veces se salta de una a otra y puede de la misma manera que dejar de  leer un párrafo poner otro, hay párrafos muy largos que se repiten, regiones largas de tamaño de 2 mega bases, 2 millones de bases o letras, que seria como repetir varias paginas o volúmenes. Las consecuencias de esto, se vera en un futuro, al analizar las enfermedades derivadas se ve los cambios de letras solamente, se tendrá que analizar los cambios de números de copia con una enfermedad determinada, no existiendo una diferencia entre hombre y mujer.

Hay 3000 genes conocidos que están dentro de estas regiones, que se repiten y de estos un 16 % aproximadamente se sabe que están relacionados con enfermedades porque se han visto cambios de letras ahí, por lo cual es obviamente de esperar que las variaciones de este numero de copias de estos genes se relacione con la enfermedad, las personas tienen 25000 genes, un 10 o 12 % de estos genes se encuentran dentro de estas regiones.


Eduardo Ghershman, 1.1.2006


 

Enlaces.

 

La variabilidad del genoma

 

Descifrada la mayor fuente de variabilidad del genoma humano

 

Global variation in copy number in the human genome.  

 

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