GENOMA HUMANO LABORATORIO N. 11 Diana María Gualtero Leal

¿Qué es el Genoma? Es el AND 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 AND está conformado bases químicas (A, T, C y G) repetidas millones o billoness de veces en el genoma. El genoma humano tiene 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 el Departamento de Energía de los Estados Unidos y los Institutos Nacionales de Salud. Inició en 1990 y se planeó completar en el 2005, pero el rápido avance tecnológico permitió su culminación en el 2003.

Objetivos del Proyecto Genoma Humano Identificar los 20,000-25,000 genes del ADN humano Determinar la secuencia de los 3 billones de pares de bases que componen el ADN humano Almacenar esta información en bases de datos Crear mapas físicos y genéticos del genoma humano

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 proyecto Para lograr estos objetivos se estudió también el ADN del ratón de laboratorio, la mosca de la fruta, la levadura Saccharomyces cerevisiae, el nematodo Caenorhabditis elegans, y la bacteria Escherichia coli.

 Mapas genéticos: indican la posición relativa de los diferentes genes.  Se estudió la transmisión de caracteres hereditarios, capaces de ser objetivados de una generación a otra en grandes familias.

 Mapas físicos: muestran la secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN que constituye el cromosoma. Se obtiene la secuencia de nucleótidos de un gen. Secuenciación de ADN por ordenador con letras y colores

Beneficios Prácticos de Estudiar el ADN El conocimiento de los efectos de las variaciones en el ADN entre los individuos puede dar origen a nuevas maneras de diagnóstico, tratamiento y prevención de los desórdenes que nos afectan. Aplicación en el cuidado de la salud, agricultura, producción de energía y remediación 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 PGH Medicina 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 ayuda a los científicos a encontrar los genes asociados a condiciones genéticas como la distrofia, neurofibromastosis, cáncer de colon, mal de Alzheimer, entre otros Caracterizada por prestar atención a la causa de la enfermedad

Aplicaciones ambientales y Energía Uso de la investigación genómica de microorganismos para: Crear nuevas fuentes de energía (biocombustibles) Desarrollar técnicas de monitoreo para detectar contaminantes Remediación ambiental Retención del carbono

Las nuevas técnicas genéticas permiten establecer la diversidad de microorganismos e identificar aquellos que son importantes en el mantenimiento o restauración de la función e integridad de los ecosistemas Monitoreo y predicción del cambio ambiental Modelos para conocer las interacciones biológicas y la historia evolutiva

Evaluación del Riesgo (Risk Assessment ) Evaluación del riesgo y el daño para la salud ocasionado por la exposición a la radiación, incluyendo bajas dosis de exposición, a los químicos y a las toxinas causantes del cáncer Reducción de la probabilidad de mutaciones hereditarias Las diferencias genéticas entre las personas las hace más susceptibles o resistentes a tales agentes

Bioarqueología, Antropología, Evolución y Migración Humana Estudio de la evolución a través de las mutaciones en la línea germinativa de los linajes Estudio de la migración de diferentes grupos poblacionales basados en la herencia genética de las hembras Estudio de las mutaciones en el cromosoma Y para señalar el linaje y la migración de los machos

Conocimiento de la evolución humana La comparación genética entre humanos y otros organismos ha conducido al descubrimiento de genes similares asociados con enfermedades y características La comparación de las secuencias del ADN de diferentes microbios proporcionará nuevos ideas acerca de la relación entre los tres reinos de la vida: archaebacteria, eukaryota y prokaryota.

Agricultura, Crianza de Ganado y Bioprocesamiento Cosechas resistentes a la sequía, a las enfermedades 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 alimentos más nutritivos y sin pesticidas Plantas de tabaco modificadas por ingeniería genética para producir una enzima bacteriana que descompone explosivos como TNT y la dinitroglicerina Los residuos que tardarían años en descomponerse pueden eliminarse si se hacen crecer estas plantas en el área contaminada

ADN Forense (Identificación) Identificar potenciales sospechosos cuyo ADN pueda compararse al ADN dejado en la escena 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 microorganismos que puedan contaminar el aire, el agua, el suelo y los alimentos Encontrar afinidad entre el donante de órganos y los receptores en el transplante de órganos Determinar el pedigrí en linajes de ganado y cultivos Autenticar artículos de consumo como el caviar y el vino

Cualquier organismo puede ser identificado al secuenciar las regiones del ADN que son únicas para cada especie Para la identificación de individuos los forenses rastrean cerca de 10 regiones del ADN que varían de persona a persona y usan los datos para crear un perfil del individuo (DNA fingerprint)

Campos de Estudio derivados del PGH Bioinformática Incluye el almacenamiento, recuperación y comparación de secuencias del ADN dentro de determinadas especies y entre especies Utiliza computadoras y tecnología de avanzada para manejar y analizar los datos generados por el secuenciamiento del ADN Permite identificar los genes, determinar su función y establecer las relaciones evolutivas

Farmacogenética Es el estudio de cómo la herencia genética del individuo afecta la respuesta del cuerpo a los medicamentos Elaboración de medicamentos que están relacionados con la genética del paciente Se conoce la respuesta del individuo a un medicamento específico, dado que tiene en cuenta las diferencias sutiles entre individuos

En 5 a 10 años los pacientes podrán practicarse un test genético de rutina antes de recibir prescripción médica Estos diagnósticos se desarrollan en DNA microarrays (DNA chips o gene chips) DNA microarrays permite al investigador comparar la actividad de miles de genes en células normales y alteradas de muestras de tejidos

Beneficios de la Farmacogenética: Medicinas más poderosas: creación de medicinas basadas en las proteínas, enzimas y moléculas de RNA asociadas a los genes y a las enfermedades Medicinas más seguras de primera vez: el doctor será capaz de analizar el perfil genético del paciente y formulará el tratamiento más indicado Métodos exactos de determinar las dosis del medicamento: disminuye la probabilidad de sobre dosis

Protección adecuada contra la enfermedad: Detección temprana de los desórdenes genéticos y aplicación de la terapia adecuada Vacunas de ADN o ARN Mejoramiento en el descubrimiento de los medicinas y en los procesos de aprobación de las mismas Disminución del costo total del cuidado de la salud

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 para una determinada población Se necesita expandir el conocimiento al personal de farmacia y a los médicos

Prueba Génica Examinación directa del ADN; algunos incluyen pruebas bioquímicas para las enzimas y proteínas y, para la examinación de 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 embriones usados en fertilización in vitro

Diagnóstico prenatal Examinación del recién nacido Evaluación presintomática para predecir desórdenes en la adultez (enfermedad de Huntington) Evaluación presintomática para evaluar el riesgo de posibles cánceres y del mal de Alzheimer Confirmación del diagnóstico de un individuo sintomático Evaluación de identidad/forense

Terapia Génica Técnica que corrige los defectos en los genes que pueden ocasionar una enfermedad Un gen normal es insertado en un lugar no específico dentro del genoma para reemplazar a un gen no funcional Un gen anormal puede ser cambiado a uno normal por recombinación de homólogos Un gen anormal puede reparase por mutación selectiva inversa Se emplea un vector para transmitir el gen terapéutico a las células del paciente .

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 y otros 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 AND de una muestra bilógica Análisis STR (Short tandem repeat ): evalúa regiones específicas (loci) del ADN nuclear Análisis del ADN mitocondrial:análisis de muestras de cabello, dientes huesos que no presentan ADN nuclear Análisis del Cromosoma Y: pruebas de paternidad

Organismos y Alimentos Genéticamente Modificados Uso de la tecnología del ADN recombinante para combinar genes de diferentes organismos Los productos de los organismos GM incluyen fibras, medicinas, vacunas alimentos e ingredientes de alimentos Beneficios Cultivos 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 herbicidas Animales 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 residuos Sociedad Aumento de la seguridad alimentaria

Controversia Seguridad Impacto potencial a la salud humana, al ambiente y pérdida de biodiversidad Acceso 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 inhato del organismo Interferencia con la naturaleza al mezclar genes Estrés para el animal Objeción a consumir alimentos modificados Sociedad Nuevos avances pueden ser ocultos por los países ricos

Comportamiento Genético El comportamiento involucra múltiples genes Requiere el análisis de familias y poblaciones para comparar aquellos que muestren determinadas características con los que no Que indica que el comportamiento tenga una base biológica? Es específico de una especie Se reproducen comportamientos de generación en generación El comportamiento cambia en repuesta a las alteraciones en la estructura biológica

En los humanos algunas enfermedades son hereditarias El comportamiento tiene historia evolutiva que se mantiene entre las especies relacionadas

Aspectos Legales, Éticos, Políticos y Sociales (ELSI) Promueve la educación; ayuda a conducir la investigación genética y a formular políticas relacionadas con el aspecto médico y público Un reto es mantener la privacidad de las personas y los grupos que contribuyen a los estudios de secuenciamiento del ADN Cómo los resultados de los estudios pueden generar problemas étnicos, uso incorrecto de la información por los empleadores, escuelas y cortes

Objetivos Evaluar los aspectos originados por la integración de las tecnologías del ADN en las actividades públicas de la salud Indagar acerca de cómo el conocimiento genético interactúa con las perspectivas filosóficas, teológicas y éticas Explorar cómo los factores étnicos, raciales y socioeconómicos afectan el uso conocimiento e interpretación de la información genética

Explorar el uso de la información genética y desarrollar políticas de manejo Discriminación Genética Discriminación contra un individuo o contra los miembros de una familia debido a las diferencias en el genoma Health Insurance Portability and Accountability Act de 1996 proporciona protección contra la discriminación genética

Preguntas de Discusión Cuál es el efecto emocional y psicológico del individuo al que se le ha dicho que es positivo para una enfermedad genética incurable? Debe realizarse un test genético a miembros de una familia aunque no estén en total acuerdo? Deben los padres realizar un test genético a su hijo?

Debe permitirse el acceso a las bases de datos genéticas en caso de problemas de parentesco? Debe el estado recolectar la información genética de sus ciudadanos?