50 cosas que hay que saber sobre genética · jo, nos hemos preguntado de dónde venimos, por qué nos comportamos como lo hacemos, cómo actúan nuestros cuerpos en la enfermedad

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Mark Henderson

50 cosas que Hay

que saber sobre

gentica

traduccin de santiago Madero

7Introduccin


IntroduccinVivimos una autntica revolucin en el conocimiento humano. Desde que nuestra especie es capaz de elaborar un razonamiento complejo, nos hemos preguntado de dnde venimos, por qu nos comportamos como lo hacemos, cmo actan nuestros cuerpos en la enfermedad y la salud, y por qu nos parecemos tanto unos a otros aunque, al mismo tiempo, somos tan distintos y poseemos una maravillosa individualidad. La filosofa y la psicologa, la biologa, la medicina y la antropologa, e incluso la religin, han intentado ofrecer, con cierto xito, respuestas a estas preguntas. Sin embargo, hasta hace muy poco carecamos de una pieza fundamental de este rompecabezas: el conocimiento de nuestro cdigo gentico.

La gentica es una ciencia joven. Han transcurrido algo ms de 50 aos desde que Crick y Watson descubrieran el secreto de la vida: la estructura de la molcula del cido desoxirribonucleico (ADN). El primer borrador del genoma humano, incompleto, se public en 2001. No obstante, esta rama incipiente del conocimiento ya est empezando a cambiar nuestra manera de entender la vida sobre la Tierra al demostrar la realidad de la evolucin y permitirnos rastrear nuestros orgenes hasta los primeros seres humanos que, desde frica, poblaron el mundo.

La gentica tambin nos ha ofrecido nuevas herramientas forenses; adems, nos explica cmo se forja un individuo a travs de los mecanismos naturales y de la cultura. Por otra parte, estamos entrando en una nueva era de la medicina gentica, que augura tratamientos diseados a la medida del perfil gentico de cada paciente, la regeneracin de tejidos nuevos a partir de las clulas madre, los tratamientos de terapia gnica para la correccin de las mutaciones peligrosas y el diseo de pruebas diagnsticas que permitan detectar y reducir los riesgos hereditarios para la salud.

Pero tambin plantea graves problemas ticos: la ingeniera gentica, la clonacin, la discriminacin gentica y los bebs de diseo indican a menudo que la abreviatura ADN no solamente significa cido desoxirribonucleico, sino tambin controversia.

Cada individuo es, por supuesto, mucho ms que la suma de sus genes; otras partes del genoma, como los segmentos previamente denominados ADN basura, tambin son importantes y quiz fundamentales. Por todo lo sealado, el estudio de la vida sin la consideracin de la gentica representa slo la mitad de la historia. Tenemos la enorme fortuna de vivir en una poca en la que la humanidad puede llegar, por fin, a conocer la otra mitad.

8 Genticaclsica

1858 1859Presentacin de la teora de la seleccin natural en la Royal Society por parte de Darwin y de Alfred Russel Wallace (1823-1913)

Charles Darwin publica El origen de las especies


01 Teora de la evolucin

Charles Darwin: La grandeza de esta visin de la vida ... radica en que ... a partir de un comienzo tan simple, han evolucionado y lo siguen haciendo innumerables formas extraordinariamente bellas y maravillosas.

El genetista Theodosius Dobzhansky escribi: No hay nada en biologa que tenga sentido si no es a la luz de la evolucin. Si bien Charles Darwin no conoca los genes ni los cromosomas, estos y todos los conceptos que se describen en este libro estn relacionados, en ltima instancia, con la genialidad de su contemplacin de la vida sobre la Tierra.

La teora de la seleccin natural de Darwin sostiene que los organismos individuales heredan las caractersticas de sus progenitores con modificaciones pequeas e impredecibles. Los cambios que favorecen la supervivencia y la reproduccin se multiplican en una determinada poblacin con el paso del tiempo, mientras que los cambios que inducen efectos negativos desaparecen de manera gradual.

La evolucin en funcin de la seleccin natural es de una sencillez tan hermosa que, una vez comprendida, convence de manera inmediata. Cuando el bilogo Thomas Henry Huxley escuch por primera vez esta hiptesis, exclam: Qu tremendamente estpido soy por no haber pensado antes en ello!. El escptico al principio, se convirti despus en su defensor ms enrgico, hasta el punto de recibir el apodo de el perro guardin de Darwin (vase el recuadro de la pgina siguiente).

El razonamiento desde el diseo A lo largo de varios siglos antes de Darwin, los filsofos de la naturaleza haban intentado explicar la extraordinaria variedad de la vida sobre la Tierra. Por supuesto, la solucin tradicional se refera a lo sobrenatural: la vida era creada en toda su diversidad por un dios, y los rasgos que permitan a un organismo concreto adaptarse a un nicho ecolgico estaban en funcin del plan del gran creador.

Cronologa 1802 1842 William Paley (1743-1805) propone la Charles Darwin (1809-1882) ofrece un analoga del relojero para introducir el bosquejo de la evolucin a travs de la razonamiento desde el diseo. Jean- seleccin natural en una carta remitida a Baptiste Lamarck (1744-1829) propone la Charles Lyell teora de la herencia de las caractersticas adquiridas

9 Teoradelaevolucin

Cronologa1802 1842William Paley (1743-1805) propone la analoga del relojero para introducir el razonamiento desde el diseo. Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) propone la teora de la herencia de las caractersticas adquiridas

Charles Darwin (1809-1882) ofrece un bosquejo de la evolucin a travs de la seleccin natural en una carta remitida a Charles Lyell


Aunque el origen del razonamiento desde el diseo se remonta a Cicern, se le atribuye a William Paley, un pastor protestante ingls, quien en un tratado publicado en 1802, equipar la complejidad de la vida con la de un reloj encontrado en un prado, cuya simple existencia presupone, a su vez, la existencia de un relojero. Esta teora se convirti rpidamente en un elemento de la ortodoxia cientfica e incluso Darwin la comparti en los inicios de su trayectoria profesional.

Sin embargo, para el filsofo David Hume (siglo xviii), el razonamiento desde el diseo conduce, en ltima instancia, a la pregunta siguiente: quin dise al diseador? La ausencia de una explicacin obvia desde el punto de vista natural es una pobre razn para no seguir investigando. Los implicados en esta controversia, desde Paley hasta los denominados creacionistas del diseo inteligente, argumentan en esencia: No lo s, de manera que todo debe de proceder de Dios. Como forma de razonamiento, no es un buen sustituto de la ciencia.

Caractersticas adquiridas Al tiempo que Paley apelaba al argumento del relojero, JeanBaptiste Lamarck propuso que los organismos descendan los unos de los otros, y que las diferencias se deban a sutiles modificaciones en cada generacin. La suya fue realmente la primera teora de la evolucin.

El motor evolutivo de Lamarck era la herencia de las caractersticas adquiridas: los cambios anatmicos debidos al efecto del medio ambiente podan ser transmitidos a la descendencia. El hijo de un herrero heredara los fuertes msculos que su padre haba desarrollado en la

A T. H. Huxley se le apod el perro guardin de Darwin durante la reunin de 1860 de la British Association for the Advancement of Science, tras su defensa de la teora de Darwin frente al razonamiento desde el diseo defendido por Samuel Wilberforce, el obispo de Oxford. A pesar de que no existe una transcripcin literal de su conferencia, Wilberforce comenz burlndose de su rival y preguntando si lo que quera decir en realidad era que descenda de un mono a travs de su madre o de su padre. Parece ser que Huxley respondi: Preferira descender de un mono ms que de un hombre cultivado que puso toda su cultura y elocuencia al servicio de los prejuicios y la falsedad.

El perro guardin de Darwin

1858 1859 Presentacin de la teora de la seleccin Charles Darwin publica El origen de las natural en la Royal Society por parte de especies Darwin y de Alfred Russel Wallace (1823-1913)

10 Genticaclsica


fragua. Las jirafas estiran su cuello para alcanzar las ramas ms altas y, al mismo tiempo, alargan tambin el cuello de las generaciones subsiguientes.

Esta teora todava es objeto de burla, debido a su resurgimiento en 1930 por iniciativa del bilogo favorito de Stalin, Trofim Lysenko. Su insistencia en entrenar al trigo para resistir las olas de fro fue la causa de millones de fallecimientos por hambre en la Unin Sovitica. En ocasiones, las ideas de Lamarck se describen incluso como herejas. Aunque equivocado en lo relativo a los detalles de la evolucin, seal, con acierto, que las caractersticas biolgicas eran hereditarias; slo err en lo relativo a los medios a travs de los que se transmite la herencia.

El origen de las especies Los medios reales a travs de los cuales se transmite la herencia fueron esclarecidos por Darwin. A principios de 1830 se enrol en el HMS Beagle como naturalista, en un viaje que le permiti efectuar observaciones detalladas de la flora y la fauna, especialmente de las islas Galpagos, situadas al oeste de la costa de Ecua

Los creacionistas suelen sealar que la de la evolucin es tan slo una teora, como si quisieran dar a su alternativa cierta paridad cientfica. Esta postura refleja su mala interpretacin del concepto ciencia, un contexto en el que el trmino teora no se emplea con la acepcin habitual de intuicin. Ms an, una teora es una hiptesis confirmada por todos los datos disponibles. La teora de la evolucin cumple sobradamente esta definicin al apoyarse en la evidencia procedente de la gentica, la paleontologa, la anatoma, la botnica, la geologa, la embriologa y otras muchas ramas cientficas. Si la teora de la evolucin fuera incorrecta, habra que volver a evaluar casi todo lo que sabemos acerca de la biologa. Es algo parecido a la teora de la gravedad; no es una idea que podamos tomar o dejar, sino la mejor explicacin posible de un conjunto de hechos.

Solamente una teora

dor, en cada una de las cuales anidaban especies ligeramente diferentes de pinzones. Las similitudes y las diferencias entre estas especies hicieron que Darwin considerara que podran estar relacionadas entre s y que, con el paso del tiempo, se haban adaptado al entorno de cada isla.

La valoracin de Darwin fue muy similar a la de Lamarck. Lo que diferenci su hiptesis fue el mecanismo de la adaptacin. El economista Robert Malthus (17661834) haba descrito previamente la manera con la que los grupos de poblacin que aumentan de tamao compiten por los recursos y, en sus estudios, Darwin aplic este principio a la biologa. Las variaciones aleatorias que ayudaban al organismo a competir por el alimento y la cpula facilitaban su supervivencia y se transmitan a su descendencia. Sin embargo, las variaciones con efectos negativos desaparecan con el paso del tiempo a medida que los individuos portadores sucumban frente a los individuos mejor adaptados a su entorno.

11 Teoradelaevolucin


La seleccin natural no tena ningn objetivo ni propsito, y tampo

co otorgaba ninguna consideracin especial a la vida humana. En fra

se famosa de Herbert Spencer, lo que importaba era la supervivencia

de los mejor adaptados.

Darwin propuso inicialmente sus ideas en 1842, pero no las publicpor temor al escarnio que se haba hecho de tratados como Vestiges ofthe Natural History of Creation (Vestigios de la historia natural de lacreacin), un folleto dado a conocer en 1844 en el que se argumenta

ba que las especies se pueden transformar en otras distintas. En 1858,Darwin recibi una carta de Alfred Russel Wallace, un joven natura

lista que haba desarrollado una serie de conceptos similares. Tras unapresentacin conjunta con Wallace en la Linnean Society londinense,Darwin se apresur en publicar El origen de las especies en 1859.

Los naturalistas de despacho, incluyendo los antiguos tutores de

Darwin Adam Sedgwick y John Stevens Henslow, estaban escandali

zados por la nueva teora. Otro crtico de la teora de Darwin fue Ro

bert FitzRoy, que se consider traicionado por un

antiguo amigo que se haba aprovechado de su La teora de la amabilidad para exponer puntos de vista prximos evolucin a travsal atesmo. de una seleccin La teora de Darwin se ha ido actualizando desde natural 1859, incluso por parte de su autor: en El origen del acumulativa es la hombre describi cmo las preferencias relativas a nica teora la cpula pueden guiar la seleccin de la misma conocida que, enmanera que el ambiente. Sin embargo, el princi principio, puedepio fundamental de que todas las especies estn explicar larelacionadas entre s y que nicamente se diferen existencia de lacian las unas de las otras debido a cambios aleato

complejidadrios que slo se transmiten si tienen utilidad para

la supervivencia o la reproduccin, se convirti organizada. en el elemento bsico de toda la biologa y tam richarddawkinsbin en la primera piedra de la gentica.

Laideaensntesis: laseleccinnaturaldalugar a la aparicin de

especiesnuevas

12 Genticaclsica

1900Redescubrimiento de las ideas de Mendel por parte de Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak


02 Las leyes de la herencia

William Castle: Indudablemente, uno de los principales descubrimientos en biologa, y quiz el de mayor importancia en el estudio de la herencia, fue el efectuado hace unos 40 aos por Gregor Mendel, un monje austraco, en el jardn de su claustro.

A pesar de la brillantez de Charles Darwin, su teora no explicaba cules eran las variaciones individuales que se supona eran transmitidas de una generacin a la siguiente. Darwin apoyaba la idea de la pangnesis, un concepto que propone que las caractersticas de cada uno de los progenitores se fusionan en la descendencia; sin embargo, estaba tan equivocado en esta idea como Lamarck respecto a las caractersticas adquiridas. Slo tena que haber ledo un artculo publicado por un investigador coetneo, un monje de Moravia llamado Gregor Mendel.

En 1856, Mendel inici una serie de experimentos extraordinarios en el jardn del monasterio agustino de St. Thomas de Brnn, actualmente en Brno, Repblica Checa. A lo largo de los siete aos siguientes fue capaz de crear ms de 29.000 especies de guisantes, lo que hara que llegara a ser conocido como el fundador de la gentica moderna.

Los experimentos de Mendel Los especialistas en botnica saben que ciertas plantas reproducen realmente sus caractersticas, es decir, que transmiten fiablemente a la generacin siguiente caractersticas como el tamao o el color. Mendel aplic esta caracterstica a sus experimentos seleccionando siete caractersticas de transmisin real de los guisantes, es decir, su fenotipo; despus, realiz el cruzamiento de las plantas que posean estas caractersticas con el fin de crear especies hbridas. Por ejemplo, cruz las especies de guisantes que siempre producan semillas redondeadas con especies que producan semillas arrugadas; las flores de color prpura, con flores de color blanco, y las plantas con tallos largos, con plantas cuyos tallos eran cortos. En la generacin siguiente, denominada F1, slo apareca uno de los rasgos y la progenie

Cronologa 1856 1865 Gregor Mendel (1822-1884) comienza Mendel presenta sus leyes de la sus experimentos de cruzamiento de herencia ante la Natural History Society guisantes de Brnn

13 lasleyesdelaherencia

Cronologa1856 1865Gregor Mendel (1822-1884) comienza sus experimentos de cruzamiento de guisantes

Mendel presenta sus leyes de la herencia ante la Natural History Society de Brnn


La base de datos Online Mendelian Inheritance in Man incluye ms de 12.000 genes humanos que se consideran transmitidos segn las leyes de Mendel, con alelos dominantes y recesivos. Hasta el momento ha sido posible la secuenciacin de 387 genes variables y la demostracin de la relacin de cada uno de ellos con un fenotipo especfico, incluyendo el de enfermedades como las de Tay-Sachs

y el de Huntington, adems de numerosos rasgos como el color de los ojos. Hay otros miles de fenotipos que siguen un patrn de herencia mendeliana, pero todava no se han identificado o cartografiado las regiones del genoma responsables. Aproximadamente, el 1% de los recin nacidos sufre un trastorno mendeliano debido a la variacin en un solo gen.

La herencia mendeliana en el ser humano

siempre tena semillas redondeadas, flores de color prpura o tallos largos. Las caractersticas de los progenitores no se mezclaban, como sugera la teora de la pangnesis, sino que pareca que siempre predominaba una de ellas.

A continuacin, utiliz cada especie hbrida para la autofertilizacin. En esta generacin, F2, reaparecieron sbitamente todos los rasgos que parecan haber sido eliminados en la anterior. Ahora, aproximadamente el 75% de los guisantes presentaba semillas redondeadas, y el 25% restante, semillas arrugadas. En las siete muestras evaluadas por Mendel apareci de manera constante la proporcin de 3:1.

Mendel reconoci que lo que ocurra era que estos fenotipos estaban siendo transmitidos por factores emparejados (lo que en la actualidad denominaramos genes), algunos de los cuales eran dominantes mientras que otros eran recesivos. Las plantas progenitoras trans

Primerexperimento Guisantes Guisantes

consemillas consemillas redondeadas arrugadas

Dosalelosdominanteshomocigotos (cadaunodeellosdenominadoR)

Dosalelosrecesivoshomocigotos(cadaunodeellosdenominador)

Guisantesredondeados

EnlageneracinF1,todoslosdescendientessonheterocigotosyposeenunalelodecadatipo.Losguisantessonredondeados

porqueelaleloquecodificaestecarcter,R,esdominante

Segundoexperimento: seutilizalaprogeniedelosindividuosdelprimerexperimento

Guisantes redondeados

Guisantes redondeados

Guisante redondeado

Guisante redondeado

Guisante redondeado

Guisante arrugado

sonRrorR

EnlageneracinF2,laproporcinentrelosguisantesredondeados(caractersticadominante)ylosguisantes

arrugados(caractersticarecesiva)esde3:1.

1900 Redescubrimiento de las ideas de Mendel por parte de Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von Tschermak

14 Genticaclsica


mitan de manera eficaz sus caractersticas debido a que eran portadoras de dos genes dominantes respecto a las semillas redondeadas o de dos genes recesivos respecto a las semillas arrugadas; en el lenguaje de la gentica, eran homocigotas. Cuando los progenitores se cruzaban entre s, la progenie era heterocigota, en el sentido de que cada individuo heredaba un gen de cada tipo. Ganaba siempre el gen dominante y, en el caso de la primera generacin, todas las semillas producidas por los individuos pertenecientes a sta eran redondeadas.

En la generacin F2 haba tres posibilidades. En promedio, la cuarta parte de los individuos posea dos genes que codificaban las semillas redondeadas y, por tanto, elaboraban semillas redondeadas. La mitad posea un gen de cada tipo y produca semillas redondeadas debido a que el gen correspondiente a stas era dominante. La cuarta parte restante heredaba dos genes correspondientes a las semillas arrugadas y, por tanto, sus componentes producan semillas arrugadas; estos genes recesivos solamente se manifiestaban en el fenotipo en las situaciones en las que no haba un gen dominante.

Leyes de Mendel Mendel utiliz estos resultados para elaborar dos leyes generales de la herencia. La primera de ellas, la ley de la segregacin, sostiene que los genes pueden presentar formas alternativas denominadas alelos que influyen en el fenotipo, como puede ser la configuracin de las semillas (o, por ejemplo, el color de los ojos en las personas). Cada rasgo fenotpico transmitido en la herencia est controlado por dos alelos, cada uno de ellos procedente de un progenitor. Si un individuo de la progenie hereda alelos diferentes, uno de ellos es dominante y es el que se expresa en el fenotipo, mientras que el otro es recesivo y se mantiene en fase silente.

La segunda ley general fue la denominada ley de la herencia independiente: el patrn de herencia correspondiente a un rasgo no in

Dominancia compleja No todos los rasgos que dependen de genes nicos siguen a la perfeccin el patrn de herencia descubierto por Mendel. Algunos genes son dominantes de manera incompleta, lo que significa que, cuando un individuo es heterocigoto (posee una copia de cada uno de los alelos), el fenotipo resultante es intermedio. Los claveles portadores de dos alelos que codifican el color rojo son rojos; los que poseen dos alelos que codifican el color blanco son blancos, y los que tienen un alelo de cada color son rosados. Los genes tambin pueden ser codominantes, lo que significa que los individuos heterocigotos expresan ambos rasgos. Los grupos sanguneos del ser humano se ajustan a este patrn: al tiempo que el alelo O es recesivo, los alelos A y B son codominantes. As, los alelos A y B son dominantes respecto a O, pero una persona que hereda un alelo A y un alelo B presenta un tipo sanguneo AB.

15 lasleyesdelaherencia


fluye en el de otro. Por ejemplo, los genes que codifican la configura

cin de las semillas son distintos de los que codifican su color y no

influyen en ellos. Cada rasgo mendeliano se transmite en una propor

cin de 3:1, segn el patrn de dominancia de los genes implicados.

Ninguna de las leyes de Mendel es totalmente correcta. Algunos fe

notipos estn relacionados entre s y es frecuente que se hereden de

manera conjunta, tal como ocurre con los ojos azules y el pelo rubio

en los islandeses; adems, no todos los rasgos siguen los patrones sim

ples de dominancia que observ Mendel en sus guisantes. La realidad

es que los genes localizados en cromosomas diferentes se heredan por

separado, en congruencia con la segunda ley de Mendel, y tambin

que hay una gran cantidad de enfermedades que se ajustan a la prime

ra ley. Estas enfermedades, denominadas trastornos mendelianos, son

patologas que aparecen siempre en personas que poseen una copia delgen mutado dominante, como por ejemplo la enfermedad de

Huntington; otro ejemplo es el de la fibrosis qustica, que se debe auna mutacin recesiva que solamente es peligrosa cuando el individuohereda dos copias del gen mutado, una de ellas de cada progenitor.

Rechazo, ignorancia y redescubrimiento Mendel present en 1865 su trabajo sobre la herencia ante la Natural History Society de Brnn y lo pblico al ao siguiente. Pero fue escasamente ledo y pocas personas comprendieron el signifi Mendel aport cado de sus hallazgos. El trabajo de Mendel apareca las piezas que reseado en un volumen en el que Darwin hizo anota faltaban a la ciones sobre los artculos inmediatamente anterior y estructura posterior, pero dej sin marcar el trabajo que en lti erigida por ma instancia demostraba el fundamento de su propia Darwin.teora. En 1868 Mendel fue elegido abad e interrumpi sus investigaciones. Poco tiempo antes de su falleci ronaldfisher miento, en 1884, parece que declar lo siguiente: Mi trabajo cientfico me ha ofrecido una satisfaccin enorme y estoy convencido de que ser apreciado por todo el mundo antes de que transcurra mucho tiempo.

Tena razn. En el siglo xx, Hugo de Vries, Carl Correns y Erich von

Tschermak desarrollaron de manera independiente teoras de la he

rencia similares a las de Mendel y reconocieron el trabajo pionero de

este monje. Haba nacido una nueva ciencia.

Laideaensntesis: los genes pueden ser

dominantesorecesivos

16 Genticaclsica

1902 1910Theodor Boveri (1862-1915) y Walter Sutton (1877-1916) proponen que los cromosomas pueden ser los portadores del material gentico

T. H. Morgan (1866-1945) demuestra el fundamento cromosmico de la herencia


03 Genes y cromosomas

C. H. Waddington: La teora de Morgan relativa a los cromosomas supone un gran salto imaginativo, comparable a los descubrimientos de Galileo o Newton.

Cuando T. H. Morgan (18661945) comenz a experimentar con la mosca de la fruta en 1908, no aceptaba las teoras de Darwin ni de Mendel. A pesar de que estaba convencido de que exista alguna forma de evolucin biolgica, dudaba de que fuera debida a la seleccin natural y a la herencia mendeliana. No obstante, los resultados que obtuvo ms adelante le convencieron de que ambas teoras eran realmente correctas, y ello le permiti descubrir la arquitectura celular que hace que los distintos rasgos puedan transmitirse de una generacin a la siguiente.

Morgan no solamente demostr que los fenotipos se heredan de la forma que propona Mendel, sino tambin que las unidades de la herencia residen en los cromosomas. Estas estructuras, localizadas en el interior del ncleo de las clulas y de las que el ser humano posee 23 pares, haban sido descubiertas en la dcada de 1840, pero su funcin era desconocida. En 1902, el bilogo Theodor Boveri y el genetista Walter Sutton propusieron de manera independiente la posibilidad de que los cromosomas fueran los portadores del material correspondiente a la herencia, lo que gener una gran controversia. Aunque Morgan estaba entre los escpticos, su mosca de la fruta demostr lo contrario. Morgan proporcion la evidencia fsica que consolid la revolucin mendeliana.

El campo de estudio que se abri a continuacin tena ahora un nombre. Mendel haba denominado factores a los cdigos correspondientes a los rasgos hereditarios, pero en 1889 (antes de que se iniciara el redescubrimiento del trabajo de Mendel) Hugo de Vries haba utilizado el trmino pangn para describir la partcula de repre

Cronologa dcadade1840 Descubrimiento de los cromosomas

17 Genesycromosomas

Cronologadcadade1840Descubrimiento de los cromosomas


sentacin ms pequea de una caracterstica hereditaria. En 1909, Wilhelm Johannsen propuso una expresin ms elegante, la de gen, y tambin los trminos de genotipo para describir la constitucin gentica de un organismo y de fenotipo para indicar las caractersticas fsicas a que dan lugar los genes. William Bateson, bilogo ingls, puso en orden toda esta informacin e inici con ello una nueva ciencia: la gentica.

Los hilos de la vida Tal como los conocemos en la actualidad, los cromosomas son una especie de hilos constituidos por cromatina (una combinacin de cido desoxirribonucleico [ADN] y de protenas), que se localizan en el ncleo de la clula y que son los portadores de la mayor parte de la informacin gentica de la clula (una pequea parte se localiza en otras zonas, como las mitocondrias y los cloroplastos). Los cromosomas se suelen representar en forma de bastoncillos con una zona estrecha y pequea en su parte media, aunque realmente slo adoptan esta configuracin durante la divisin celular. La mayor parte del tiempo son estructuras en forma de cordones laxos y alargados, como collares de tela. Los genes seran pequeas incrustaciones de color entretejidas en el diseo.

Trastornos cromosmicos Las enfermedades hereditarias problemas cardacos y de no siempre se deben a demencia de inicio temprano. mutaciones en genes

Las aneuploidas de otrosespecficos; tambin pueden

cromosomas son casiestar causadas por alteraciones

invariablemente mortalescromosmicas o aneuploidas.

antes del nacimiento. AUn ejemplo lo constituye el

menudo provocan abortos esndrome de Down, originado

infertilidad; en la actualidad espor la herencia de tres copias

posible evaluar los embrionesdel cromosoma 21, en lugar de

obtenidos mediante mtodosla herencia habitual de dos

de fecundacin in vitro (FIV)copias. Este cromosoma extra

para detectar este tipo deda lugar a dificultades en el

problemas e incrementar asaprendizaje, a un aspecto

las posibilidades de completarfsico caracterstico y a un

un embarazo a trmino.incremento en el riesgo de

1902 1910 Theodor Boveri (1862-1915) y Walter Sutton T. H. Morgan (1866-1945) demuestra el (1877-1916) proponen que los cromosomas fundamento cromosmico de la herencia pueden ser los portadores del material gentico

18 Genticaclsica


Personas y otros animales El ser humano posee 23 pares de cromosomas, es decir, los 22 pares de autosomas y el par de cromosomas sexuales (X e Y). Sin embargo, hasta 1955 se aceptaba que el ser humano posea 24 pares de cromosomas, de manera similar a nuestros parientes animales ms cercanos, los chimpancs y otros simios de tamao grande. Esta hiptesis fue refutada cuando Albert Levan y Joe-HinTjio utilizaron tcnicas microscpicas nuevas para demostrar la existencia de slo 23 pares de cromosomas. Un estudio detallado del cromosoma humano 2 demostr que estaba constituido por la fusin de dos cromosomas ms pequeos que permanecen separados en el chimpanc. Esta fusin fue uno de los acontecimientos evolutivos que hicieron que nos convirtiramos en seres humanos.

El nmero de cromosomas difiere en cada especie y, de manera casi invariable, se agrupan formando parejas: cada individuo hereda una copia de su madre y otra de su padre. Solamente las clulas reproductivas, denominadas gametos (en los animales, los vulos y los espermatozoides) contienen un conjunto nico de cromosomas. Los cromosomas habituales que aparecen en forma de parejas se denominan autosomas, y el ser humano posee 22 pares; la mayor parte de los animales tambin posee un par de cromosomas sexuales diferentes en los individuos de sexo masculino y en los de sexo femenino. En el ser humano, las personas que heredan dos cromosomas X son mujeres, mientras que las que heredan un cromosoma X y un cromosoma Y son hombres.

En la dcada de 1880 se introdujeron tcnicas de tincin que permitan visualizar la Los hallazgos de cromatina y que facilitaron al embrilogo y Morgan respecto a citlogo Edouard van Beneden observar que

los genes y a su los cromosomas maternos y paternos de localizacin en los cada clula se mantienen separados a lo lar

cromosomas go de la divisin celular, un descubrimiento tuvieron una gran que permiti a Boveri y Sutton proponer su

utilidad para funcin en la herencia mendeliana. Si los transformar la genes se localizaban en el interior de cro

biologa en una mosomas concretos que procedan de cada progenitor, esto podra explicar el hecho de ciencia

experimental. que los rasgos recesivos se conservaran en una fase latente y que pudieran reaparecer EricKandel en generaciones posteriores.

19 Genesycromosomas


Primerexperimento

Hembradeojosrojos Machodeojosblancos

Lashembrasdeojosrojos Losmachosdeojosblancosposeenposeendosalelosdominantes unalelorecesivoquecodificaelcolor

respectoalcolorrojodelos blancodelosojos,r,ensucromosomaXojos,R,localizadosensus yningngenquecodificaelcolorde

doscromosomasX losojosensucromosomaY(indicadocomo)

Hembrasdeojosrojos Machosdeojosrojos

EnlageneracinF1,todaslasmoscastienenlosojosrojos

yposeenunacopiadelalelodominantequecodifica

elcolorrojodelosojos,R

Segundoexperimento:

seutilizalaprogeniedelasmoscasdelprimerexperimento

Hembradeojosrojos Machodeojosrojos

hembrascon hembrascon machoscon machosconojosrojos ojosrojos ojosrojos ojosblancos

EnlageneracinF2,todaslashembrastienenlosojosrojos

dadoqueposeenalmenosunalelodominanterespecto

alcolorrojodelosojos(R)localizadoenelcromosomaX.

Lamitaddelosmachosposeeelalelodominante(R)

ytienelosojosrojos,perolaotramitadposeeelalelo

recesivo(r)ytienelosojosblancos

20 Genticaclsica


La mosca La propuesta de Boveri y Sutton demostr ser cierta a travs de los trabajos de uno de sus mayores crticos, Morgan. El instrumento para ello fue la humilde mosca de la fruta, Drosophila mela-nogaster (trmino latino que significa vientre negro y amante del roco). Las hembras pueden poner diariamente 800 huevos y su rpido ciclo reproductivo (que puede dar lugar a una nueva generacin cada 15 das) permiti que en el laboratorio de Morgan se llevara a cabo el cruzamiento de millones de insectos con el objetivo de evaluar los patrones de herencia.

Drosophila tiene habitualmente los ojos rojos, pero en 1910 Morgan observ entre sus insectos un nico macho con los ojos blancos. Cuando cruz este mutante con una hembra de ojos rojos, su progenie (la generacin F1) estuvo constituida en su totalidad por individuos de ojos rojos. Despus, estas moscas fueron cruzadas entre s para producir la generacin F2, en la que aparecieron los rasgos recesivos de Mendel. Entonces reapareci el fenotipo de los ojos blancos, pero slo en cerca de la mitad de los machos y en ninguna de las hembras. Este resultado pareca indicar que el rasgo del color de los ojos estaba ligado al sexo.

En el ser humano el sexo est determinado por los cromosomas X e Y, de manera que las mujeres poseen dos cromosomas X y los hombres un cromosoma X y otro Y. Los vulos contienen siempre un cromosoma X, mientras que los espermatozoides pueden ser portadores de un cromosoma X o de un cromosoma Y. Dado que el cromosoma X influye en el sexo de la mosca de la fruta de una ma nera similar, Morgan se dio cuenta de que sus resultados podan quedar explicados si el gen mutante que haba dado lugar a la aparicin del color blanco en los ojos era recesivo y se localizaba en el cromosoma X.

En la generacin F1, todas las moscas tenan los ojos rojos debido a que haban heredado un cromosoma X procedente de una hembra con ojos rojos y, por tanto, posean un gen dominante que codifica ba el color rojo. Las hembras eran todas portadoras del gen recesivo, que no se haba expresado. Sin embargo, ninguno de los machos lo posea.

En la generacin F1 todas las hembras tenan los ojos rojos debido a que haban recibido por parte de su progenitor macho de ojos rojos un cromosoma X que posea el gen dominante; incluso aunque la hembra progenitora fuera portadora de un cromosoma X mutante y lo hubiera transmitido, en esta generacin no hubo individuos con los ojos blancos debido a que el rasgo era recesivo. Sin embargo, entre los machos de la generacin F2, la mitad de los que haban recibido un cromoso

21 Genesycromosomas


ma X mutante de su progenitor hembra tenan los ojos blancos: carecan de un segundo cromosoma X que anulara los efectos del gen recesivo.

Morgan haba descubierto un fundamento clave. Muchas enfermedades del ser humano, como la hemofilia y la distrofia muscular de Duchenne, siguen este patrn de herencia ligada al sexo: los genes mutados responsables se localizan en el cromosoma X y, por tanto, estas enfermedades afectan casi exclusivamente a personas de sexo masculino.

Ligamiento gentico A medida que Morgan estudiaba con mayor detalle la mosca Drosophila, su equipo observ docenas de rasgos que parecan estar localizados en los cromosomas. Las mutaciones ligadas al sexo se podan detectar con mayor facilidad, pero al cabo de poco tiempo fue posible cartografiar tambin los genes en los autosomas. Los genes que se localizan en el mismo cromosoma tienden a heredarse de forma conjunta. Mediante el estudio de la frecuencia de coherencia de ciertos rasgos de la mosca, los drosofilistas de Morgan pudieron demostrar que ciertos genes se localizan en el mismo cromosoma, e incluso fueron capaces de calcular la distancia relativa que haba entre ellos. Cuanto ms prximos se disponan dos genes, mayores posibilidades haba de que fueran heredados conjuntamente. Este concepto se denomin ligamiento gentico y representa todava un elemento clave para la deteccin de los genes que causan las distintas enfermedades genticas.

Morgan se haba equivocado respecto a Mendel, respecto a Boveri y Sutton, y tambin respecto a Darwin. Sin embargo, no era una persona testaruda en lo relativo a sus errores. En vez de ello, utiliz los datos experimentales para superar todos los obstculos y desarroll una idea fundamental. Su conversin cientfica es un ejemplo perfecto de una de las mayores virtudes de la ciencia: a diferencia de lo que ocurre en la poltica, cuando aparecen hechos que introducen cambios reales, los cientficos cambian su manera de pensar.

Laideaensntesis: losgenesselocalizan

enelinteriordelos

cromosomas

22 Genticaclsica

1910 1924 1930 1942Los experimentos de Morgan sobre los cromosomas sugieren que las dos teoras son compatibles

J. B. S. Haldane (1892-1964) publica sus estudios sobre la polilla moteada

Ronald Fisher (1890-1962) publica The Genetical Theory of Natural Selection

Julian Huxley (1887-1975) publica Evolution: The Modern Synthesis


04 La gentica de la evolucin

Ernst Mayr: En cada generacin aparecen nuevos conjuntos de genes, y la evolucin tiene lugar debido a que los individuos de mayor xito procedentes de estos conjuntos son los que dan lugar a la generacin siguiente.

Hoy en da se acepta que la gentica mendeliana es el mecanismo a travs del cual tiene lugar la evolucin darwiniana. Sin embargo, en el momento de su redescubrimiento, la teora de Mendel se consider incompatible con la de Darwin. Los intentos por conciliar estas dos grandes teoras de la biologa del siglo xix se convirtieron en una cuestin dominante en la gentica de la primera parte del siglo xx y permitieron esbozar los principios que, en su esencia, se siguen aceptando en la actualidad.

Muchos bilogos que haban defendido inicialmente las ideas de Mendel consideraron que su descripcin de los genes como entidades diferenciadas pareca descartar la evolucin gradual propuesta implcitamente en la teora de la seleccin natural. La herencia mendeliana no pareca generar una cantidad suficiente de variaciones hereditarias fiables como para reducir los procesos selectivos y generar nuevas especies. En su lugar, los mutacionistas o saltacionistas proponan que la aparicin de mutaciones importantes y sbitas haca avanzar la evolucin a saltos.

Una escuela rival, la de los biometristas, estaba de acuerdo con Dar win en el hecho de que exista una variacin amplia y continua entre los individuos, pero consideraba errnea la teora de Mendel. Estos investigadores sealaban que los rasgos hereditarios no podan explicar esta variedad en el caso de que la informacin gentica estuviera contenida en unidades independientes que podan reaparecer intactas tras haber permanecido ocultas durante una generacin. Aparentemente, entre los distintos organismos de una misma especie haba demasiadas diferencias (an mayores entre las diferentes especies) como para que los genes diferenciados pudieran explicarlas todas.

Cronologa 1859 1865 Darwin publica El origen de las Mendel identifica las leyes de la especies herencia

23 lagenticadelaevolucin

Cronologa1859 1865Darwin publica El origen de las especies

Mendel identifica las leyes de la herencia


La Patrulla X Se supone que los superhroes de los cmics y pelculas de La Patrulla X han adquirido poderes extraordinarios, tales como el control de Magneto sobre los campos magnticos y el de Tormenta sobre el clima, a travs de mutaciones genticas espontneas. Resulta entretenido, pero descabellado desde el punto de vista cientfico, y no solamente debido a que estos poderes son inverosmiles. El planteamiento sigue la propuesta del saltacionismo, es decir, el concepto de que la evolucin avanza a grandes saltos cuando los individuos adquieren mutaciones masivas que les permiten desarrollar nuevas tareas. La gentica de poblaciones barri este concepto errneo a principios del siglo xx: la evolucin se produce a travs de pequeas mutaciones que pueden dar lugar a cambios rpidos cuando son seleccionadas por el ambiente.

Los descubrimientos de T. H. Morgan respecto a los cromosomas comenzaron a explicar cmo se podan conciliar las propuestas de Darwin y Mendel. Sus moscas demostraron que las mutaciones no generan especies nuevas por s mismas, sino que incrementan la diversidad de una poblacin dando lugar a un conjunto de individuos con genes diferentes sobre los cuales puede actuar la seleccin natural. Esta propuesta condujo a una nueva generacin de genetistas a considerar que ambas teoras podan combinarse. Para ello, disearon nuevas herramientas, introdujeron las matemticas en sus indagaciones y llevaron los mtodos de investigacin al campo de la gentica.

Gentica de poblaciones El elemento clave para comprender de qu manera la seleccin natural se poda conciliar con las propuestas de Mendel fue la consideracin de un nivel superior al de los organismos individuales y los genes. Para ello, fueron necesarios dos avances importantes. En primer lugar, el genetista ingls Ronald Fisher propuso que la mayor parte de los rasgos fenotpicos no estaban controlados por un nico gen, tal como ocurra claramente en el caso de los guisantes de Mendel, sino por una combinacin de genes distintos. Este investigador utiliz mtodos estadsticos de diseo reciente para demostrar que este tipo de herencia poda explicar la amplia variacin entre individuos determinada por los especialistas en biometra, sin invalidar por ello las leyes de Mendel.

1910 1924 1930 1942 Los experimentos de J. B. S. Haldane Ronald Fisher (1890-1962) Julian Huxley (1887-1975) Morgan sobre los (1892-1964) publica publica The Genetical publica Evolution: The cromosomas sugieren sus estudios sobre la Theory of Natural Modern Synthesis que las dos teoras polilla moteada Selection son compatibles

24 Genticaclsica


Los especialistas en gentica de poblaciones tambin se dieron cuenta de que la aparicin de mutaciones que dan lugar a nuevas variantes genticas o nuevos alelos solamente es el comienzo del proceso evolutivo. Lo ms importante es cmo estos alelos se distribuyen en toda la poblacin. Las grandes mutaciones tienen pocas posibilidades de propagarse: cuando no son letales en s mismas tienden a ser tan significativas que hacen que los individuos portadores queden fuera de juego en su ambiente. Estas variantes tienen menos posibilidades de supervivencia y reproduccin. Sin embargo, las mutaciones pequeas que resultan ventajosas se incorporan gradualmente al conjunto de genes y los individuos portadores tienen ms descendientes.

La polilla moteada El ejemplo ms conocido es el de la polilla moteada. Antes de la revolucin industrial en Inglaterra, estos insectos presentaban un cuerpo uniformemente blanco y moteado, un esquema de color adaptativo que les permita camuflarse en los lquenes que cubran los troncos de los rboles. Sin embargo, a lo largo del siglo xix la polucin procedente de las fbricas de Manchester y de otros centros industriales hizo que los troncos de los rboles de los bosques cercanos adquirieran una coloracin negra con el holln, adems de destruir los lquenes.

La polilla moteada presenta una variante de color negro debido a una mutacin en el gen que produce el pigmento melanina. Esta variante era infrecuente a principios del siglo xix y representaba alrededor del 0,01% de la poblacin: ste constituy un ejemplo notable de una mutacin importante que redujo la adaptacin al medio ambiente, dado que las polillas negras destacaban mucho y eran ingeridas rpidamente por los pjaros. Sin embargo, hacia 1848 el 2% de la poblacin de polillas en la regin de Manchester era de color negro, y en 1895 esta cifra se haba incrementado hasta el 95%. La modificacin del medio ambiente, en el que ahora predominaban los rboles cubiertos por holln, haba hecho que el alelo que codificaba el color oscuro en la polilla tuviera una ventaja adaptativa.

El genetista ingls J. B. S. Haldane calcul que la dominancia casi total del alelo que codificaba el color oscuro en la poblacin de polillas requera que los insectos de color negro tuvieran una probabilidad de supervivencia y de reproduccin 1,5 veces mayor debido, precisamente, a su color. Las matemticas han demostrado desde entonces que este tipo de cambios genticos mnimos pueden multiplicarse con una gran rapidez incluso si sus efectos adaptativos son slo ligeros.

Deriva gentica La seleccin natural no es el nico mtodo a travs del cual tiene lugar la evolucin. Los genes tambin pueden presentar tendencias. Tal como seala la ley de segregacin de Mendel, cada individuo posee dos copias de cada gen y transmite aleatoriamente una de

25 lagenticadelaevolucin


ellas a su descendencia. En una poblacin grande, cada alelo se transmite a las generaciones siguientes con la frecuencia inicial, siempre y cuando no haya presiones selectivas. No obstante, la aleatoriedad de este proceso implica que pueden ocurrir sucesos extraos cuando las poblaciones son pequeas. Las variaciones aleatorias en la herencia pueden hacer que una variante gentica sea ms frecuente que otra, sin que ello indique ninguna forma de seleccin natural.

Imaginemos que una especie de pjaros posee dos alelos que codifican la longitud del pico, uno de ellos correspondiente al pico largo y el otro al pico corto, y que todos los progenitores de una colonia poseen una copia de cada uno de estos alelos. En una poblacin grande, cada alelo presenta una frecuencia de aproximadamente el 50% en la generacin siguiente, debido al gran nmero de individuos. Sin embargo, imaginemos ahora que tenemos slo dos parejas de cra, de nuevo

Uno de los triunfos de la sntesis evolutiva consisti en la definicin de cmo se constituyen las nuevas especies. Hay cuatro mecanismos principales, y todos ellos se fundamentan en la separacin parcial o completa de dos grupos de poblacin, a menudo por la aparicin de una barrera geogrfica, como puede ser un ro o una cadena montaosa, de manera que estas dos poblaciones ya no pueden cruzarse. Una vez quedan aislados, la deriva gentica nos dice que, con el paso del tiempo, los grupos presentarn cada vez ms diferencias entre s, aunque no existan presiones selectivas. Cuando estas poblaciones vuelven a establecer contacto, a menudo han experimentado tal divergencia que no pueden cruzarse, es decir, se han convertido en especies distintas.

Especiacin

con una copia de cada alelo. El resultado ms probable sigue siendo una distribucin 5050, pero el bajo nmero de individuos no lo garantiza. Uno de los alelos podra ser predominante en la descendencia simplemente por azar. Los bilogos lo denominan efecto fundador: el conjunto de genes de cualquier colonia nueva est configurado por los genotipos aleatorios que portan los fundadores de la colonia.

Este concepto de deriva gentica constituy otra explicacin de la variacin intraespecie e interespecie a travs de la herencia mendeliana, sin necesidad de recurrir a cambios mutacionales sbitos. Incluso en los casos en los que la seleccin natural no pareca estar actuando, la ciencia posea un segundo mtodo mediante el cual poda explicar la evolucin a travs de la gentica. La evidencia de que las teoras de Mendel y de Darwin eran compatibles estaba empezando a adquirir solidez.

Laideaensntesis: lagenticadirigela

evolucin

215Glosario


ncleo de una clula somtica se Variacin en el nmero de co-transfiere a un vulo del que pre- pias Duplicaciones o deleciones viamente se ha extrado el n- de secuencias del ADN que pue-cleo. den diferir entre los individuos.

50 cosas que hay que saber sobre gentica Mark Henderson

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Ttulo original: 50 genetic ideas you really need to know Quercus

Diseo de la coleccin, Compaa, 2010

Mark Henderson, 2008

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Primera edicin en libro electrnico (PDF): junio de 2011

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PortadaIntroduccin01 Teora de la evolucin 02 Las leyes de la herencia 03 Genes y cromosomas 04 La gentica de la evolucin Crditos

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50 cosas que hay que saber sobre genética · jo, nos hemos preguntado de dónde venimos, por qué nos comportamos como lo hacemos, cómo actúan nuestros cuerpos en la enfermedad