Proyecto Genoma Humano

Genética. Secuencia ADN (Ácido Desoxirribonucleico) humano. Mapas genéticos. Hibridación. Datos moleculares. Eucariotas. Diversidad del genoma humano

  • Enviado por: Victor Gil Gazapo
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 14 páginas
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Proyecto Genoma Humano

1. INTRODUCCIÓN: ORIGEN Y JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

El Proyecto Genoma Humano (PGH) es el primer gran esfuerzo coordinado internacionalmente en la historia de la Biología. Se propone determinar la secuencia completa (más de 3000 ·106 pares de bases) del genoma humano, localizando con exactitud los aproximadamente 100.000 genes y el resto del material hereditario de nuestra especie, responsables de las instrucciones genéticas de lo que somos desde el punto de vista biológico. Con el estudio del genoma humano se espera que se dé un impulso enorme en el conocimiento de los procesos biológicos (desde la escala molecular hasta la evolutiva) y de la fisiología y patología de los seres humanos, y que se traducirá en multitud de aplicaciones técnicas y comerciales en ámbitos como el diagnóstico y terapia de enfermedades, biotecnologías, instrumental, computación, robótica, etc.

La secuenciación de genomas de plantas y animales domésticos conducirá a nuevos avances en la mejora agronómica y ganadera.

Para comprender la evolución será cada vez más esencial el disponer de datos de secuencias. La bionformática permite comparar genes y genomas completos, lo que junto con otros datos biológicos y paleontológicos, está dando nuevas claves de la evolución de la vida.

La principal justificación del PGH de cara a la sociedad es la promesa de avances importantes en Medicina. Aunque el estudio de las enfermedades en humanos se ha venido haciendo mayoritariamente en ausencia de su comprensión genética, la disponibilidad de técnicas poderosas anima a emprender la secuenciación sistemática, lo que suministrará un formidable impulso sobre todo para las enfermedades poligénicas y multifactoriales. Una de las consecuencias más inmediatas del PGH (y que ya experimentamos desde hace unos años) es la de disponer de sondas y marcadores moleculares para el diagnóstico de enfermedades genéticas, de cáncer y de enfermedades infecciosas. A largo plazo, se espera que a su vez la investigación de genomas permita diseñar nuevas generaciones de fármacos, que sean más específicos y que tiendan a tratar las causas y no sólo los síntomas. La terapia genética, aunque aún en sus inicios, puede aportar soluciones a enfermedades, no sólo hereditarias, sino al cáncer y a las enfermedades infecciosas.

Origen del Proyecto Genoma

Aunque antes de los años 80 ya se había realizado la secuenciación de genes sueltos de muchos organismos, en 1986 el Ministerio de Energía de los Estados Unidos de América en un congreso en Santa Fe planteó dedicar una buena partida presupuestaria a secuenciar el genoma humano, como medio para afrontar sistemáticamente la evaluación del efecto de las radiaciones sobre el material hereditario. El año siguiente, tras un congreso de biólogos en el Laboratorio de Cold Spring Harbor, se unió a la idea el Instituto Nacional de la Salud (NIH). El posterior debate público tuvo la habilidad de captar la imaginación de los responsables políticos, y ofrecer el atractivo de que no sólo el PGH era el gran emblema tecnocientífico de finales de siglo (como lo había sido el Proyecto Apolo en los años 60), sino que uno de sus fines explícitos era desarrollar tecnologías de vanguardia y conocimiento directamente aplicable (no sólo en el campo de la biotecnología) que asegurarían la primacía tecnológica y comercial de Estados Unidos en el siglo XXI. El comienzo oficioso del PGH fue en 1990, y se calcula que terminará el 2002 o 2003.

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Aunque en un principio se calculó que el PGH americano costaría unos 3000 millones de dólares y duraría 15 años, tanto el coste como los plazos han tenido que ser estimados a la baja, debido a innovaciones tecnológicas que abaratan y acortan la investigación. Los fondos federales estadounidenses dedicados hasta 1998 al PGH ascienden a 1.9 mil millones de dólares (casi 300.000 millones de pesetas).

En 1993 los fondos públicos para el PGH fueron 170 millones de dólares, mientras que la industria gastó 80 millones. Conforme pasa el tiempo, la inversión privada se está haciendo más importante, e incluso amenaza con adelantarse a los proyectos financiados con fondos públicos. En mayo de 1998, la empresa TIGR anunció la creación de un proyecto conjunto con Perkin-Elmer (fabricante de secuenciadores automáticos) que podría conducir a terminar por su cuenta la secuencia humana a un coste equivalente a la décima parte del proyecto público y con unos plazos más breves. Para hacerse una idea de las ventajas del PGH con relación a otros métodos tradicionales de investigación biomédica, se pueden dar algunas cifras:

  • El aislamiento por clonación del gen de la fibrosis quística costó 30 millones de dólares. Se calcula que, de haber tenido un buen mapa como los actuales, hubiera costado solamente 200.000 dólares.

  • El desarrollar un nuevo medicamento cuesta como mínimo 50 millones de dólares.

  • El gasto sanitario total estadounidense es de 600.000 millones de dólares.

  • El NIH está gastando un 2-3% de su presupuesto al PGH .

2. PRINCIPIOS Y ESTRATEGIAS BÁSICAS EN EL PROYECTO GENOMA

Desde los primeros momentos de la secuenciación del genoma humano quedó claro que este magno proyecto no podía consistir en la secuenciación pura y dura, sino que habría de constar de varias etapas encadenadas, comenzando por la elaboración de mapas genéticos y físicos de resolución cada vez mayor. Además, la secuenciación habría de centrarse en principio en las zonas de ADN más interesantes a priori, como las regiones génicas codificadoras, dejando para una etapa ulterior el análisis del enorme contenido de ADN repetitivo de distintas clases que existe en el genoma. Simultáneamente había que ir desarrollando toda una infraestructura de técnicas instrumentales y de análisis de la información generada (programas informáticos potentes para gestionar las secuencias y extraer sentido biológico de ellas, nuevos algoritmos, redes de ordenadores interconectados, bases de datos entrelazados, etc.).

Cartografía física e integración de los mapas

Los mapas físicos del genoma tienen como objetivo especificar distancias físicas mensurables en pares de bases (pb) o alguno de sus múltiplos. Obviamente, el mapa físico de mayor detalle es la propia secuencia del genoma. Pero antes de llegar a obtenerla, hay que elaborar mapas físicos partiendo de resoluciones bajas y avanzando hacia las resoluciones cada vez mayores. En cierta manera, los mapas físicos de menor resolución son los propios cariotipos: la visualización microscópica de la dotación cromosómica haploide humana teñida con el colorante de Giemsa nos muestra un patrón alternante de bandas claras y oscuras, en el que cada banda tiene una media de unos 7 millones de pares de bases.

Los mapas físicos de mayor resolución se suelen elaborar a partir de genotecas (bibliotecas de genes) en las que el genoma a estudiar se encuentra fragmentado en multitud de trozos aleatorios y desordenados, cada uno de ellos clonado por separado en un vector adecuado: plásmido, cósmido, cromosomas artificiales de levadura (YAC), cromosomas artificiales de bacteria (BAC), etc.. La idea para elaborar los mapas físicos es en cierto modo similar a la de ensamblar un rompecabezas: consiste en ordenar los fragmentos del genoma a base de buscar grupos de fragmentos que tienen alguna zona en común, es decir, ir hallando conjuntos de pares de fragmentos parcialmente solapados.

Secuenciación

Métodos básicos de secuenciación

  • Método químico de Maxam y Gilbert (actualmente poco usado).

  • Método enzimático de Sanger (terminación de cadena, o de los didesoxinucleótidos, ddNTP)

  • Secuenciación automática según el método de Sanger

Nuevos métodos de secuenciación: Secuenciación por hibridación o chip de hibridación

Se basa en sintetizar distintas sondas de oligonucleótidos, y unirlas en disposiciones ordenadas (arrays) a una fina pastilla de nylon o vidrio. Este chip se prueba frente a un ADN marcado fluorescentemente, de modo que el patrón y cantidad de fluorescencia suministra información sobre la secuencia del ADN en cuestión. A modo de estudio piloto sobre sus posibilidades, la empresa Affimetrix ha logrado re-secuenciar por este método las 16 kb de ADN mitocondrial humano, con un dispositivo formado por 135.000 oligonucleótidos. Con la tecnología actual se puede llegar a sintetizar en un día 400.000 oligonucleótidos de 20 bases cada uno, dispuestos en un chip de 1,6 cm2. Pero el objetivo final es lograr un chip con los 4 millones de sondas necesarias para secuenciar todo el genoma humano en una sola hibridación (!).

El papel de la informática en los proyectos genoma

La informática ha sido uno de los objetivos esenciales del PGH , debido a la gigantesca cantidad de datos que hay que recoger, analizar, comparar, interpretar y distribuir. La informática aplicada a la biología presenta dos subdisciplinas (véase Benton, 1996): la bioinformática en sentido estricto, que se puede definir como el trabajo de investigación y desarrollo que se necesita como infraestructura de información de la actual biología; y la biología computacional, que es la investigación dependiente de computación dedicada a entender cuestiones biológicas básicas. El término bioinformática, en sentido lato, comprende estos dos grandes aspectos. Estamos ante un nuevo campo interdisciplinario, en la interfase entre ciencias de la computación, matemáticas y biología. Las cuestiones de gestión de datos que plantea el PGH suponen un auténtico "revulsivo" para la informática. Aunque para algunas de las tareas se puede recurrir a enfoques tradicionales, con sólo aumentar la escala del procesamiento, para otros problemas se necesitan arquitecturas y programas informáticos totalmente diferentes.

Bases de datos genéticos y moleculares

La gigantesca cantidad de datos generados en los proyectos genoma obliga a abandonar la "los textos escritos" a la hora de publicar los datos: su difusión se hace por medios electrónicos, depositándolos en bases de datos públicos. El ritmo de acumulación de datos es vertiginoso, y actualmente se duplican en menos de un año. Los biólogos del siglo XXI usarán esas bases de datos como un recurso indispensable de su trabajo cotidiano. En la actualidad funcionan principalmente dos tipos de bases de datos genómicos:

  • El Consorcio Internacional de Bases de Datos de Secuencias está formado por GenBank, el Banco de datos de ADN de Japón (DDBJ) y el del EMBL. Alberga los datos de secuencias. Las tres bases comparten y complementan la información. En España existe un nodo de EMBL residente en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB) de Madrid.

  • La Genome Data Base (GDB) se estableció para albergar los datos de mapas y relacionados (sondas, marcadores, etc.).

3. AVANCES RECIENTES EN EL PGH

El ritmo de acumulación de secuencias de ADN es vertiginoso, y ya se dobla cada pocos meses. Actualmente se estima que ya se ha secuenciado casi un 10-20% de genoma humano, pero este dato no debe engañar: con las técnicas y ritmos actuales, en los próximos años se obtendrá una tasa de 500 Mb por año.

Los costes de secuenciación siguen bajando. En algunos laboratorios cada par de bases de secuencia definitiva está en 30 centavos de dólar, y se espera que pronto baje a 10 centavos.

Ahora, el reto de la fase final del PGH es obtener secuencias del modo más rápido, barato y preciso. Para ello, se están diseñando métodos de alto rendimiento, lo más automatizados posibles.

4. GENOMAS MODELO

Como ya apuntábamos anteriormente, habría que hablar más bien de Proyectos Genoma (en plural), ya que en paralelo al estudio del genoma humano están en curso la caracterización y secuenciación de genomas de organismos modelo, cuya comparación entre sí y con el acervo genético humano tendrán dos notables efectos:

  • Acelerarán notablemente la obtención de importantes datos sobre la organización, función y evolución del ADN a lo largo de toda la escala filogenética. Se espera que la comparación de genomas completos de los tres grandes dominios de la vida (arqueas, bacterias y eucariotas) nos suministrará claves para comprender más de 3000 millones de años de evolución. La biología (que como decía Dobszhanski, no tiene sentido si no es a la luz de la evolución) profundizará aún más su interés filogenético.

  • Ayudarán a determinar la función de numerosos genes (incluyendo humanos). Habrá numerosas aplicaciones médicas.

  • Servirán para emprender nuevos enfoques dentro de la Biotecnología y la Biología industrial.

Hasta el momento se dispone de la secuencia completa de al menos un representante de cada uno de los tres grandes dominios de seres vivos, y están en marcha o en proyecto unos 30 proyectos. El TIGR de Craig Venter está secuenciando decenas de microorganismos tanto procariotas como eucariotas, muchos de ellos con importancia clínica o industrial (entre las eubacterias: Enterococcus feacalis, Legionella pneumophila, Mycobacterium tuberculosis, Neisseria meningitidis, Salmonella typhimurium, Vibrio cholerae, Deinococcus radiodurans, etc.). El creciente número de secuencias bacterianas facilitará muchos estudios básicos, y por lo que respecta a las patógenas, permitirá aclarar sus mecanismos de patogenicidad y virulencia, lo que podrá sugerir a su vez nuevos tratamientos.

Eucariotas

  • En 1996 se terminó la secuencia de la levadura de panadería (Saccharomyces cerevisiae), y ahora se va a emprender el de otra levadura muy diferente (Schyzosaccharomyces pombe). El proyecto genoma de levadura, que ha costado unos 30 millones de dólares, ha sido un logro esencialmente europeo, con André Goffeau (Universidad Católica de Lovaina) como coordinador. Se evitó a toda costa la duplicación de esfuerzo, "repartiéndose" los cromosomas o regiones entre países y laboratorios. La Unión Europea secuenció el 55%, el Centro Sanger (UK), 17%, la Universidad Washington en St. Louis, 15%, Universidad de Stanford, 7%, Universidad McGill (Canadá), el 4%, y un laboratorio japonés (RIKEN), el 2%.

  • El genoma del nematodo Caenorhabditis elegans se terminó de secuenciar en 1998, con una intervención esencial del Centro Sanger.

  • El de la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster) está muy avanzado

  • Dentro de los mamíferos está en curso igualmente la cartografía y secuenciación del genoma del ratón.

  • Y no hay que olvidar que la biología Vegetal está muy interesada a su vez en descifrar los genomas de especies modelo tanto monocotiledóneas (arroz, maíz) como dicotiledóneas (de estas últimas, el modelo más avanzado es el de Arabidopsis thaliana).

5. PROYECTO DE DIVERSIDAD DEL GENOMA HUMANO

Lucca Cavalli-Sforza, un prestigioso genético especializado en estudio de poblaciones humanas, está impulsando la idea de realizar una investigación destinada a comprender la variación genética humana y a reconstruir la historia de las poblaciones humanas en los últimos 100.000 años de nuestra especie. Este Proyecto de Diversidad del Genoma Humano (PDGH) imbricaría una diversidad de disciplinas (genética, arqueología, lingüística, antropología, etc.) para dar cuenta de la evolución reciente de la humanidad, reconstruir las grandes migraciones de grupos, la distribución de las poblaciones y culturas, etc.

Una de las estrategias consistirá en la toma de muestras de ADN de una serie de poblaciones y etnias, con ulterior estudio comparativo de polimorfismos moleculares. Se pretende estudiar muestras correspondientes al 10% de las 5000 poblaciones lingüísticas diferenciadas que existen, con el objeto de ver si existen correlaciones (y en su caso, cómo se han producido) entre la diseminación cultural y la genética. Según sus impulsores, el PDGH daría una rica visión de la variedad de recursos genéticos de nuestra especie, y junto con los datos del PGH convencional, facilitaría la comprensión del fundamento genético de la susceptiblidad o resistencia a distintas enfermedades, incluidas las infecciosas, comprender mejor el papel de la selección y el de la deriva genética.

Algunos colectivos y medios de comunicación han lanzado acusaciones de "racismo" contra este Proyecto, pero para Cavalli-Sforza nada está más lejos de sus propósitos. De hecho, piensa que con él se va a llamar la atención las reclamaciones de ciertas tribus para que se les ayude a sobrevivir y conservar sus culturas.

Ningún genético serio actual mantiene la idea de que la especie humana esté separada en razas, ni mucho menos que de los datos genéticos se puedan derivar planes políticos. Un comité ad hoc de la UNESCO está emitiendo informes para que el PDGH se amolde a una serie de criterios éticos y sociales. Los principales temas que se están evaluando son:

  • Consentimiento informado a los individuos y poblaciones implicados. El PDGH contiene, según los miembros del comité de la UNESCO, algunas de las medidas más detalladas y sofisticadas que se hayan propuesto nunca para obtener ese consentimiento informado.

  • Comercialización de los posibles resultados de la investigación: la UNESCO recomienda que este tema forme parte de las cláusulas del consentimiento informado y de acuerdos de cooperación. Es decir, se prevé que parte de los beneficios económicos reviertan en las comunidades indígenas. Sin embargo, este tema de la "prospección genética" (biooprospección) requiere aún mucha discusión para ser clarificado. El tema de las posibles patentes sobre genes útiles que se pudieran encontrar es delicado. La opinión personal de Cavalli-Sforza es que no se permitan, o en todo caso, que sus beneficios reviertan a la población donadora que permitió la identificación del gen.

  • La financiación debería ser pública y de entidades sin ánimo de lucro. No se debe aceptar la financiación de empresas, para evitar todo posible conflicto de intereses.

  • Eugenesia y racismo. El racismo es una actitud mental, no una consecuencia de ningún dato biológico. Hay que tomar medidas para evitar que nadie saque conclusiones sociales y políticas de meros datos de polimorfismos genéticos en las poblaciones humanas.

En la oposición contra el PDGH ha influido algún lamentable caso de "bioprospección" (no relacionado con el Proyecto), que ha servido de munición a ciertos grupos ecologistas y de apoyo a tribus. Por ejemplo el RAFI (Fundación Internacional para el Avance de las comunidades Rurales) ha desplegado una campaña para divulgar "los peligros de PDGH", pidiendo que no se lleve a cabo. Los miembros de RAFI llamaron la atención del hecho de la concesión de patente sobre unas células resistentes al virus HTLV-1 derivadas de la tribu Hagahai de Papúa-Nueva Guinea.

Hay empresas farmacéuticas que están realizando "bioprospección" en poblaciones aisladas, las cuales presentan la ventaja de que su menor polimorfismo genético puede ayudar a encontrar la explicación sobre base de resistencias o sensibilidades a ciertas enfermedades. Por ejemplo, se está intentado identificar genes de sensibilidad al asma en una pequeña población altamente endogámica de la isla de Tristan da Cunha.

Se plantea que es posible que la genética de poblaciones ponga en peligro los derechos humanos y las libertades fundamentales de las personas, y de los grupos que

participan en el Proyecto Genoma Humano sobre Diversidad (PGHD).

La genética de poblaciones es una disciplina que estudia la variación genética en poblaciones definidas, incluidos los aspectos pertinentes de la estructura

poblacional y la variabilidad geográfica de las secuencias de ADN y sus frecuencias. El PGHD, en cambio, ha sido calificado de proyecto antropológico

internacional que trata de estudiar la riqueza genética de toda la especie humana.

El principal objetivo científico del PGHD sería ,según sus defensores, a) Profundizar en el conocimiento de la historia e identidad del ser humano; b) Adquirir

conocimientos sobre los factores medioambientales y genéticos presentes en la predisposición y la resistencia a la enfermedad, la denominada epidemiología

genética; y c) Alentar la creación de laboratrorios locales en donde se recojan y analicen muestras genéticas.

Se estima que la ciencia contemporánea todavía lleva consigo el bagaje filosófico del siglo XVII; que, lejos de ser "neutral" desde un punto de vista

filosófico, está cargada de valores. Reconocer las actitudes filosóficas profundamente arraigadas en la mente de la mayoría de los científicos y en la cultura

occidental arroja una considerable luz sobre las cuestiones éticas afectadas por el desarrollo del proyecto y la acumulación de información resultante.

El conocimiento científico y las opciones que parece imponer a la sociedad pudieran ser incontrolables y es posible que la lucha por alcanzar este tipo

de ciencia ponga en peligro los derechos fundamentales de las personas y de las comunidades que participan en el PGHD. En estos momentos es

imposible indicar cuáles serán las consecuencias para el derecho a la intimidad de las personas y de las sociedades que deseen proteger el conocimiento de su

pasado, presente y futuro, especialmente cuando dicho conocimiento pueda constituir una amenza para la coherencia social, religiosa y cultural del propio grupo.

Por otra parte, cuando se ve afectado "el interés nacional" los viejos prejuicios contra las personas enfermas o discapacitadas, junto con un apremiante deseo de

liberarse de la carga económica y social que supone cuidar a personas con discapacidades, pueden servir muy bien para superar escrúpulos cuando se trata de

eliminar a personas con discapacidades heredadas (aborto e infanticidio) y soslayar o anular las disposiciones legales concebidas para proteger los derechos a la

confidencialidad, la intimidad y el igual acceso a niveles razonables de atención sanitaria. Es posible que la información sobre poblaciones y grupos concretos

resulte demasiado tentadora como para no ser utilizada en pro de la eficiencia social. Disponer de más información simplemente puede ofrecer más

posibilidades de que se cometan violaciones de derechos humanos en todo el mundo, junto con el utópico deseo de tener una población libre de

personas con graves minusvalías heredadas.

Quizás el PGH y el PGHD se conviertan en el proyecto Manhattan del próximo siglo trayendo indudables beneficios para la sociedad humana, pero, asimismo,

inimaginadas y espantosas amenazas, especialmente, desde el punto de vista de los derechos humanos.

6. VALORACIÓN PERSONAL

El proyecto genoma humano me parece que es uno de los avances mas grandes de la historia de la humanidad y uno de los que hay que tener en cuenta.

Los aspectos positivos de esta investigación se pueden contar por miles ya que va a dar a conocer los misterios del ADN que llevan intrigando a los científicos durante años. Con el proyecto genoma humano por fin vamos a podes saber el inicio de muchas enfermedades sobre todo hereditarias y con la tecnología y con los conocimientos necesarios poder prevenirlas. Para cuando el proyecto este finalizado y pueda llevarse a la practica podremos prevenir algunas de las enfermedades con la manipulación del código genético lo que llevara a una raza mejor en donde la enfermedad y el dolor no hagan de la vida un sufrimiento.

Yo pienso que todo son ventajas desde el punto de vista científico ya que nunca se ha podido realizar esta experiencia y creo que va a ser muy útil.

Ahora desde el punto de vista de la ética y la moral va a ser necesaria imposición de leyes a nivel internacional donde se expresen unos mandatos para que el conocimiento de el ADN no acabe siendo n arma destructiva para las poblaciones venideras. La manipulación genética va a ser ya muy fácil porque al conocer de donde hay que mejorar o lo que es lo mismo cortar y pegar que así dicho parece una estupidez puede convertirse en un gran problema para la evolución del planeta.

Como todos los descubrimientos el saber como utilizarlos de un modo adecuado es la mejor forma de sacarles un buen partido, por lo que este puede llegar a ser el mas importante del siglo si se usa para fines decentes.

7.ULTIMA NOTICIA (6-4-2000)

Una empresa privada ha afirmado esta mañana que ya había identificado todos los genes de el ADN adelantándose a los proyectos subvencionados por los gobiernos de Estados Unidos y Gran Bretaña. Este ha sido un gran logro pero aun falta lo mas difícil de todo que es saber donde están situados y en el lugar que le corresponde.

Muchas otras compañías están investigando por libre pero a pesar de lo que se especulaba esta empresa va a transmitir su información y la va a exponer al publico. Su principal vía va a ser Internet.

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