GENOMA HUMANO

¿Qué es el Genoma?

Es el ADN de un organismo, incluyendo sus genes. Los genes llevan la información necesaria para la fabricación de las proteínas requeridas por el organismo.

Estas proteínas determinan, cómo se ve el organismo, cuán bien metaboliza los alimentos o enfrenta una infección, entre otras cosas.

El ADN está conformado bases químicas (A,T, C y G) repetidas millones o billones deveces en el genoma. El genoma humanotiene 3 billones de pares de bases.

El orden de las bases es As, Ts, Cs, y Gs;éste define la diversidad de la vida

Proyecto del Genoma Humano Es un proyecto que fue

coordinado por elDepartamento deEnergía de los EstadosUnidos y los InstitutosNacionales de Salud.

Inició en 1990 y seplaneó completar en el2005, pero el rápidoavance tecnológicopermitió su culminaciónen el 2003.

Objetivos del Proyecto Genoma Humano

Identificar los 20,000-25,000 genes del ADNhumano

Determinar la secuencia de los 3 billones depares de bases que componen el ADNhumano

Almacenar esta información en bases dedatos

Crear mapas físicos y genéticos del genomahumano

Mejorar las herramientas para el análisis de datos Transferir la tecnología relacionada al sector privado Dirigir los aspectos éticos , legales y sociales (ELSI) que se originen del proyectoPara lograr estos objetivos se estudió tambiénel ADN del ratón de laboratorio, la mosca de lafruta, la levadura Saccharomyces cerevisiae, elnematodo Caenorhabditis elegans, y labacteria Escherichia coli.

• Mapas genéticos:indican la posiciónrelativa de losdiferentes genes.

• Se estudió latransmisión decaractereshereditarios, capacesde ser objetivados deuna generación a otraen grandes familias.

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• Mapas físicos:muestran lasecuencia denucleótidos en lamolécula de ADN queconstituye elcromosoma. Seobtiene la secuenciade nucleótidos de ungen. Secuenciación de ADN por

ordenador con letras y colores

Beneficios Prácticos de Estudiar el ADN

El conocimiento de los efectos de lasvariaciones en el ADN entre los individuospuede dar origen a nuevas maneras dediagnóstico, tratamiento y prevención de losdesórdenes que nos afectan.

Aplicación en el cuidado de la salud,agricultura, producción de energía yremediación ambiental.

Participantes del Consorcio Internacional del Proyecto Genoma Humano National Institutes of Health (NIH) National Human Genome Research Institute

(NHGRI) U.S. Department of Energy (DOE) Universidades y centros de investigación de

Estados Unidos, China, Reino Unido,Francia, Japón y Alemania

Pasado del PGH Tecnología molecular de los ácidos nucleicos

(fragmentación, hibridación, secuenciación y amplificación) desarrollada a partir de 1975

Descubrimiento de los «cromosomas artificiales de levadura» (YACs) permiten incorporar grandes fragmentos de ADN de cientos de miles, e incluso millones (MegaYACs), de pares de bases de longitud

Revolución de la informática de los años ochenta que permite analizar y comparar las secuencias obtenidas.

Beneficios del PGHMedicina Molecular: Mejorar el diagnóstico de enfermedades Detección temprana de la predisposición

genética a la enfermedad Creación de medicamentos Terapia genética y sistemas de control para

los medicamentos Farmacogenética

El aumento de los mapas genómicos ayudaa los científicos a encontrar los genesasociados a condiciones genéticas como ladistrofia, neurofibromastosis, cáncer decolon, mal de Alzheimer, entre otros

Caracterizada por prestar atención a la causade la enfermedad

Aplicaciones ambientales y Energía

Uso de la investigación genómica demicroorganismos para:

Crear nuevas fuentes de energía(biocombustibles)

Desarrollar técnicas de monitoreo paradetectar contaminantes

Remediación ambiental Retención del carbono

Las nuevas técnicas genéticas permitenestablecer la diversidad de microorganismos eidentificar aquellos que son importantes en elmantenimiento o restauración de la función eintegridad de los ecosistemas

Monitoreo y predicción del cambio ambiental

Modelos para conocer las interaccionesbiológicas y la historia evolutiva

Evaluación del Riesgo (Risk Assessment )

Evaluación del riesgo y el daño para la saludocasionado por la exposición a la radiación,incluyendo bajas dosis de exposición, a losquímicos y a las toxinas causantes del cáncer

Reducción de la probabilidad de mutacioneshereditarias

Las diferencias genéticas entre las personas lashace más susceptibles o resistentes a talesagentes

Bioarqueología, Antropología, Evolución y Migración Humana

Estudio de la evolución a través de lasmutaciones en la línea germinativa de loslinajes

Estudio de la migración de diferentes grupospoblacionales basados en la herenciagenética de las hembras

Estudio de las mutaciones en el cromosomaY para señalar el linaje y la migración de losmachos

Conocimiento de la evolución humana

La comparación genética entre humanos y otrosorganismos ha conducido al descubrimiento degenes similares asociados con enfermedades ycaracterísticas

La comparación de las secuencias del ADN dediferentes microbios proporcionará nuevos ideasacerca de la relación entre los tres reinos de lavida: archaebacteria, eukaryota y prokaryota.

Agricultura, Crianza de Ganado yBioprocesamiento

Cosechas resistentes a la sequía, a lasenfermedades y a los insectos

Animales de granja más saludables,productivos y resistentes a las enfermedades

Producción más nutritiva Biopesticidas Vacunas comestibles incorporadas en los

alimentos

Reducción de costos y suministro de alimentosmás nutritivos y sin pesticidas

Plantas de tabaco modificadas por ingenieríagenética para producir una enzima bacterianaque descompone explosivos como TNT y ladinitroglicerina

Los residuos que tardarían años endescomponerse pueden eliminarse si se hacencrecer estas plantas en el área contaminada

ADN Forense (Identificación)

Identificar potenciales sospechosos cuyoADN pueda compararse al ADN dejado en laescena del crimen

Exonerar a personas acusadas injustamente Identificar víctimas de crímenes y catástrofes Identificar la paternidad y otros parentescos Identificar especies en peligro y protegidas

como ayuda a los oficiales de vida salvaje

Detectar bacterias y otros microorganismosque puedan contaminar el aire, el agua , elsuelo y los alimentos

Encontrar afinidad entre el donante deórganos y los receptores en el transplante deórganos

Determinar el pedigrí en linajes de ganado ycultivos

Autenticar artículos de consumo como elcaviar y el vino

Cualquier organismo puede ser identificadoal secuenciar las regiones del ADN que sonúnicas para cada especie

Para la identificación de individuos losforenses rastrean cerca de 10 regiones delADN que varían de persona a persona yusan los datos para crear un perfil delindividuo (DNA fingerprint)

Campos de Estudio derivados del PGH

Bioinformática Incluye el almacenamiento, recuperación y

comparación de secuencias del ADN dentrode determinadas especies y entre especies

Utiliza computadoras y tecnología deavanzada para manejar y analizar los datosgenerados por el secuenciamiento del ADN

Permite identificar los genes, determinar sufunción y establecer las relaciones evolutivas

Farmacogenética

Es el estudio de cómo la herencia genéticadel individuo afecta la respuesta del cuerpo alos medicamentos

Elaboración de medicamentos que estánrelacionados con la genética del paciente

Se conoce la respuesta del individuo a unmedicamento específico, dado que tiene encuenta las diferencias sutiles entre individuos

En 5 a 10 años los pacientes podránpracticarse un test genético de rutina antesde recibir prescripción médica

Estos diagnósticos se desarrollan en DNAmicroarrays (DNA chips o gene chips)

DNA microarrays permite al investigadorcomparar la actividad de miles de genes encélulas normales y alteradas de muestras detejidos

Beneficios de la Farmacogenética: Medicinas más poderosas: creación de

medicinas basadas en las proteínas, enzimas ymoléculas de RNA asociadas a los genes y alas enfermedades

Medicinas más seguras de primera vez: eldoctor será capaz de analizar el perfil genéticodel paciente y formulará el tratamiento másindicado

Métodos exactos de determinar las dosis delmedicamento: disminuye la probabilidad desobre dosis

Protección adecuada contra la enfermedad:Detección temprana de los desórdenesgenéticos y aplicación de la terapia adecuada Vacunas de ADN o ARNMejoramiento en el descubrimiento de losmedicinas y en los procesos de aprobación delas mismasDisminución del costo total del cuidado de lasalud

Dificultades de la Farmacogenética Complejidad de la variación genética que

afecta la respuesta a los medicamentos Medicación limitada Falta de incentivo de las farmacéuticas a

desarrollar medicamentos exclusivos parauna determinada población

Se necesita expandir el conocimiento alpersonal de farmacia y a los médicos

Prueba Génica Examinación directa del ADN; algunos

incluyen pruebas bioquímicas para lasenzimas y proteínas y, para la examinaciónde cromosomas teñidos o fluorescentes

Las pruebas genéticas se realizan para: Detectar al portador de un gen de un

desorden genético Diagnóstico genético de preimplantación:

rastreo de defectos genéticos en embrionesusados en fertilización in vitro

Diagnóstico prenatal Examinación del recién nacido Evaluación presintomática para predecir

desórdenes en la adultez (enfermedad deHuntington)

Evaluación presintomática para evaluar elriesgo de posibles cánceres y del mal deAlzheimer

Confirmación del diagnóstico de un individuosintomático

Evaluación de identidad/forense

Terapia Génica

Técnica que corrige los defectos en los genes quepueden ocasionar una enfermedad

Un gen normal es insertado en un lugar noespecífico dentro del genoma para reemplazar a ungen no funcional

Un gen anormal puede ser cambiado a uno normalpor recombinación de homólogos

Un gen anormal puede reparase por mutaciónselectiva inversa

Se emplea un vector para transmitir el genterapéutico a las células del paciente

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Algunos vectores empleados: Retrovirus Adenovirus Virus adeno asociados Virus de Herpes simplex Otros métodos empleados: Liposomas Introducción directa del ADN terapéutico Enlace químico del ADN a receptores

celulares

Dificultades de la Terapia Génica: Respuesta Inmune Problemas con los vectores virales Desórdenes multigenes Terapia Génica de corta vida

ADN Forense Se emplea la porción de la secuencia del ADN

que varía entre individuos Para generar el perfil del individuo se pueden

emplear muestras de sangre, hueso, cabello yotros tejidos corporales

Tecnologías usadas: Restriction Fragment Length Polymorphism

(RFLP):Técnica para el análisis de fragmentos de ADN de

longitud variable

Análisis de PCR : realiza millones de coias del ADN de una muestra bilógica

Análisis STR (Short tandem repeat ): evalúaregiones específicas (loci) del ADN nuclear

Análisis del ADN mitocondrial:análisis demuestras de cabello, dientes huesos que nopresentan ADN nuclear

Análisis del Cromosoma Y: pruebas depaternidad

Organismos y Alimentos GenéticamenteModificados

Uso de la tecnología del ADN recombinantepara combinar genes de diferentesorganismos

Los productos de los organismos GMincluyen fibras, medicinas, vacunasalimentos e ingredientes de alimentos

BeneficiosCultivos Mejor sabor y calidad

Reducción en el tiempo de maduración Aumento del rendimiento, tolerancia al estrés

y de nutrientes Resistencia mejorada a enfermedades,

pestes y herbicidasAnimales Incremento en la productividad, resistencia Mejor producción de carne, leche y huevos Mejoramiento de la salud y de los métodos

de diagnóstico

Ambiente Bioinsecticidas y biofertilizantes Conservación del suelo, agua y energía Bioprocesamiento de los productos de

silvicultura Mejor procesamiento de residuosSociedad Aumento de la seguridad alimentaria

ControversiaSeguridad Impacto potencial a la salud humana, al

ambiente y pérdida de biodiversidadAcceso y Propiedad Intelectual Dominio de la producción de alimentos por

algunas compañías Aumento de la dependencia de los países en

vía de desarrollo Explotación extranjera de los recursos

naturales

Etica Pérdida del valor innato del organismo Interferencia con la naturaleza al mezclar

genes Estrés para el animal Objeción a consumir alimentos modificadosSociedad Nuevos avances pueden ser ocultos por los

países ricos

Comportamiento GenéticoEl comportamiento involucra múltiples genesRequiere el análisis de familias y poblacionespara comparar aquellos que muestrendeterminadas características con los que noQue indica que el comportamiento tengauna base biológica? Es específico de una especieSe reproducen comportamientos degeneración en generaciónEl comportamiento cambia en repuesta a lasalteraciones en la estructura biológica

En los humanos algunas enfermedades sonhereditarias

El comportamiento tiene historia evolutivaque se mantiene entre las especiesrelacionadas

Aspectos Legales, Éticos, Políticos ySociales (ELSI)

Promueve la educación; ayuda a conducir lainvestigación genética y a formular políticasrelacionadas con el aspecto médico y público

Un reto es mantener la privacidad de las personas ylos grupos que contribuyen a los estudios desecuenciamiento del ADN

Cómo los resultados de los estudios puedengenerar problemas étnicos, uso incorrecto de lainformación por los empleadores, escuelas y cortes

Objetivos Evaluar los aspectos originados por la

integración de las tecnologías del ADN en lasactividades públicas de la salud

Indagar acerca de cómo el conocimientogenético interactúa con las perspectivasfilosóficas, teológicas y éticas

Explorar cómo los factores étnicos, raciales ysocioeconómicos afectan el usoconocimiento e interpretación de lainformación genética

Explorar el uso de la información genética ydesarrollar políticas de manejo

Discriminación GenéticaDiscriminación contra un individuo o contra los

miembros de una familia debido a lasdiferencias en el genoma

Health Insurance Portability andAccountability Act de 1996 proporcionaprotección contra la discriminación genética

Preguntas de Discusión

Cuál es el efecto emocional y psicológico delindividuo al que se le ha dicho que espositivo para una enfermedad genéticaincurable?

Debe realizarse un test genético a miembrosde una familia aunque no estén en totalacuerdo?

Deben los padres realizar un test genético asu hijo?

Debe permitirse el acceso a las bases dedatos genéticas en caso de problemas deparentesco?

Debe el estado recolectar la informacióngenética de sus ciudadanos?