miércoles, 11 de octubre de 2023

¿Cuál es el origen del ADN?

El ADN es la molécula
que almacena la información genética de todos los seres vivos, pero ¿cómo surgió? Repasamos su historia y evolución.
Álvaro Bayón, Biólogo y divulgador científico,10.10.2023 
Uno de los descubrimientos más revolucionarios del último siglo en biología tuvo lugar en 1953, cuando los profesores Watson y Crick, basándose en los descubrimientos previos de la conocida química y cristalógrafa Rosalind Franklin y su famosa ‘fotografía 51’, desvelaban uno de los grandes misterios de la época: la estructura del ADN. 
Una molécula cuya existencia fue descubierta 84 años antes por Friedrich Miescher —bajo el nombre de nucleína—.

El descubrimiento de la estructura del ADN fue fundamental para comprender la dinámica del metabolismo celular, desde la comprensión del código genético hasta la secuenciación de genomas, la realización de estudios de carácter filogenético e incluso el desarrollo de vacunas eficaces basadas en la tecnología del ARN modificado. Dado su carácter central en el funcionamiento celular, durante mucho tiempo se pensó que el ADN era una molécula inherente a la vida. 
Sin embargo, cuando nos remontamos a un pasado remoto de la historia de la tierra, esa asunción que parece tan contundente puede no ser cierta.

¿Puede evolucionar la base del desarrollo evolutivo?
Actualmente, los estudios que se realizan en filogenia toman como base los cambios en el ADN, a partir de los cuales extraer conclusiones. 
Por eso, uno de los aspectos más curiosos del ADN, que parece incurrir en una contradicción, es que la molécula es, en sí misma, un avance evolutivo.

Esta aparente contradicción no es tal, puesto que la evolución biológica es un proceso mucho más extenso que la simple acumulación de cambios en el ADN. 
El que actualmente, el ADN sea la forma que tienen los seres vivos de almacenar la mal llamada “información” genética no implica que siempre haya sido así, organismos que empleen otras moléculas como sistema de almacenamiento de ese mensaje genético también pueden evolucionar.

De hecho, existen actualmente virus —que son entidades al límite entre lo vivo y lo inerte— cuyo material genético es ARN, e igualmente evolucionan. 
La evolución biológica es, en este sentido, el proceso por el cual las poblaciones de organismos cambian a lo largo de las generaciones, producto de una variación natural en sus rasgos y una posterior selección ambiental de los más aptos. 
Cambios que se acumulan, sin importar de qué manera estén codificados o qué molécula utilicen como material genético. Hipotéticos seres vivos extraterrestres que empleen cualquier otro sistema de almacenamiento genético pueden evolucionar, aunque no presenten ADN, ARN ni ningún otro ácido nucleico para ello.

La vida temprana en la tierra
Aún quedan muchas preguntas sin responder y misterios sin resolver en lo que se refiere al origen de la vida en la tierra. Sin embargo, hay algunas cosas que están relativamente claras. Por ejemplo, las pruebas indican que todos los seres vivos actualmente existentes, plantas, animales, hongos, bacterias y arqueas, proceden de un mismo ancestro común, que recibe el nombre de LUCA —Last Universal Common Ancestor—, nombre acuñado por el biólogo francés Patrick Forterre, y cuya antigüedad se estima en hace unos 4000 millones de años.

También sabemos que LUCA no fue, ni mucho menos, la 1ª forma de vida del planeta. En ese momento, debía de haber ya varios linajes, y es posible que muchos se formasen de manera independiente. En efecto, es más que posible que la vida en la tierra apareciera en múltiples ocasiones. En todo caso solo el linaje de LUCA perduró, y el resto se extinguió en un momento u otro.

Lo que no queda tan claro es si LUCA era un organismo con genética basada en el ADN. Antes del ADN, los seres vivos utilizaban el ARN como molécula de almacenamiento genético, pero en algún momento eso cambió. Según el principio de parsimonia, aquella explicación que implique un menor número de pasos tiende a ser la correcta, y aplicándolo a este caso, lo más verosímil sería que el ADN apareciese antes, que LUCA ya lo utilizara, y que toda su descendencia heredara ese rasgo. Pero según el mismo Forterre y su equipo del Instituto Pasteur, probablemente el ADN surgió como una adaptación posterior en distintos grupos, de forma independiente, como una convergencia evolutiva.

El ADN como ventaja evolutiva
Actualmente, los seres vivos se pueden agrupar en 3 dominios clásicos: bacterias, arqueas y eucariotas —células con núcleo—. Sin embargo, desde hace poco tiempo, se piensa que, en realidad, las eucariotas descienden de un grupo específico de arqueas —las arqueas de Asgard, concretamente—, por lo que, si volvemos el tiempo atrás lo suficiente, desde LUCA divergieron solo dos linajes, arqueas y bacterias.

Según datos recientes, procedentes de la genómica comparada, la biología estructural y la bioquímica, las actividades enzimáticas que se encargan de sintetizar y replicar el ADN surgieron en cada uno de los linajes de forma independiente. 
Y es que, mientras que eucariotas y arqueas comparten las mismas versiones de las proteínas responsables, las bacterias tienen otras totalmente distintas.
Con toda probabilidad, el ADN surgió en bacterias y en arqueas, como ventaja evolutiva, por separado, en algún momento temprano de su diversificación. 
LUCA, pues, debió de ser un organismo con genética basada en ARN y no en ADN.

El ADN tiene varias ventajas evolutivas respecto al ARN. Por un lado, es una molécula más estable, por lo que las mutaciones se dan con menos frecuencia. Además, permite hacer cadenas más largas, que pueden replegarse sobre sí mismas con más facilidad. Las ventajas evolutivas, pues, parecen evidentes.

Sobre cómo pudo suceder, entre ARN y ADN hay 2 diferencias fundamentales: 
el ARN tiene en su estructura un azúcar del grupo de las pentosas, llamado ribosa, mientras que el ADN presenta una desoxirribosa —una ribosa que ha perdido un oxígeno—. Por otro lado, el ARN emplea el uracilo como base nitrogenada pirimidínica asociada a la adenina, mientras que el ADN emplea la timina.

En el paso de ADN a ARN, se cree que lo 1º que sucedió fue la desoxigenación de la ribosa, formándose una molécula de ADN basada en uracilo. La sustitución de esta base nitrogenada por la timina sería posterior.
Pero este conocimiento es aún hipotético, y por lo tanto, susceptible de cambiar si se producen nuevos descubrimientos. Así funciona la ciencia. A menudo, nuevos descubrimientos refuerzan las hipótesis previas, pero ocasionalmente, algunos las refutan y crean un nuevo campo de conocimiento listo para ser explorado.

Referencias:
1.- Forterre, P. 2002. The origin of DNA genomes and DNA replication proteins. Current Opinion in Microbiology, 5(5), 525-532. 
DOI: 10.1016/S1369-5274(02)00360-0.
2.- Forterre, P. et al. 2013. Origin and Evolution of DNA and DNA Replication. Machineries. En Madame Curie Bioscience Database [Internet]. Landes Bioscience.
3.- Solomon, E. P. et al. 2013. Biología (9a). Cengage Learning Editores.

sábado, 23 de septiembre de 2023

Todo lo que aún no sabemos sobre la genética humana

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Más Información:
Genes africanos para completar el genoma
Los misterios sobre nuestro pasado, presente y futuro se esconden en nuestros genes. 
¿Cuánto sabemos actualmente sobre ellos?
El idioma del ADN está formado mayoritariamente por 4 moléculas: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T).
Daniel Pellicer Roig, Biotecnólogo,
18 agosto 2023.
El Proyecto Genoma Humano fue uno de los mayores hitos científicos de principios del milenio. El 14 de abril del año 2003, tras casi 20 años de trabajo a sus espaldas, un grupo formado por científicos de más de 20 países anunció que habían conseguido “escribir” el libro de la vida humana. Este libro era largo y complejo, con más de 3000 millones de letras divididas en 23 capítulos, que contenían más del 90% de todas las instrucciones de las células de los voluntarios que donaron su sangre para el experimento.

Pero una tarea era conseguir escribir aquel enorme libro, y otra muy distinta es comprender exactamente cuál es la “información” que contiene. El idioma del ADN está formado mayoritariamente por 4 letras, es decir, 4 moléculas que se repiten una y otra vez en un orden concreto. 
Estas moléculas se denominan nucleótidos y son la adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). En el idioma de los genes, las letras se agrupan de 3 en 3, lo que da lugar a 27 combinaciones distintas que se denominan codones y que la célula es capaz de entender.

LEYENDO EL ADN
Cuando la célula necesita una proteína para realizar una función concreta, tiene que crearla encadenando aminoácidos, uno detrás de otro. 
Para saber el orden recurre al ADN, donde cada codón se traduce en un aminoácido. Estas combinaciones de 3 letras se van leyendo a toda velocidad y la célula va añadiendo aminoácidos a la cadena hasta que llega a un codón de terminación que le indica que la proteína ha finalizado. Ahora bien, nuestro cuerpo únicamente necesita 20 aminoácidos, por lo que codones distintos equivalen al mismo aminoácido. Esta es la razón por la que los científicos indican que el código genético está degenerado.

Transcripción y traducción del ADN
Al conocer los codones y la secuencia de ADN humana, se pueden encontrar todas las proteínas que se crean el cuerpo. En total, se estima que hay algo menos de 20.000 genes que producen proteínas para cumplir con funciones concretas en el organismo. 
Este número puede parecer grande, pero si lo comparamos con otros seres vivos, no es una cifra muy elevada. Por ejemplo, un ratón tiene más de 22.000 genes, de los cuales compartimos con ellos unos 16.000. 
En las plantas, el número suele ser mucho mayor, por ejemplo el trigo tiene 108.000 genes, 5 veces más que nosotros. Pero estos son únicamente los genes que tienen la información necesaria para crear una proteína.A pesar de su importancia, en total ocupan menos de un 2% del genoma humano. 
El resto de secuencias fueron llamadas erróneamente “ADN basura” porque no se conocía su función y, al no estar aparentemente relacionados con las proteínas, se supuso que no eran tan importantes.

RECICLANDO EL ADN
En aquellas regiones de ADN existen otros 38.000 genes más que no llegan a formar proteínas, si no que tienen otras funciones, como la señalización. También se encuentran secuencias reguladoras, que reaccionan a diferentes estímulos que recibe la célula y le indican cuándo producir ciertas proteínas vitales para su supervivencia y la del organismo. Además, encontramos “pseudogenes”, que son genes que perdieron su función tras millones de años de acumular mutaciones que se han ido produciendo en nuestra especie. Estos pseudogenes ayudan a comprender nuestra historia evolutiva, y estudios recientes muestran que también pueden tener funciones de regulación de otros genes activos.

Para rizar más la doble hélice, en ciertas regiones de nuestro genoma encontramos secuencias cortas de ADN que se repiten decenas, cientos o miles de veces. Al principio se pensaba que eran secuencias “de relleno” con una función estructural, pero se ha demostrado que actúan como protección para ciertas zonas, como la parte central y los extremos de los cromosomas. Además, algunas de estas regiones que presentan más (o menos) repeticiones de lo habitual, pueden estar relacionadas con ciertas enfermedades hereditarias. Finalmente, también se encuentran presentes los transposones o “genes saltarines”, unas secuencias que pueden moverse por el genoma y cuyo descubrimiento le valió a Barbara McClintock el premio Nobel de Medicina o fisiología en 1983.

LOS ÚLTIMOS DESCUBRIMIENTOS DEL GENOMA HUMANO
Todos estos descubrimientos se han ido sumando al campo de la genética y han ido, poco a poco, cambiando la forma que teníamos de entender el ADN. Ahora bien, para seguir indagando en nuestro conocimiento del genoma humano tenemos que avanzar hasta marzo de 2022. 
Ese mes, un equipo de la Universidad John Hopkins publicó un artículo en el que mostraba cómo, utilizando técnicas modernas, había conseguido escribir casi todo el ADN que no pudieron en el Proyecto Genoma Humano, el 8% que faltaba.

Aquel 8% era una zona especialmente difícil de leer, ya que estaba compuesto por regiones muy repetitivas. Esto resulta un reto para las tecnologías de lectura, ya que, para leer al ADN, antes han de romper la molécula en fragmentos pequeños. Si estos fragmentos provienen de una zona altamente repetitiva y son prácticamente idénticos, es muy difícil saber qué trozo va delante, cuál detrás y, como se leen cientos o miles de moléculas de ADN a la vez, también resulta casi imposible saber cuántas repeticiones hay en la zona.

Pero el equipo consiguió rebasar estas dificultades y en aquel 8% hallaron más de 2.000 genes desconocidos y unas 2 millones de variaciones en el ADN que están relacionadas con enfermedades. Además, entre las secuencias que leyeron se encuentra el cromosoma Y, donde, habitualmente, se sitúan las instrucciones que crean a los machos de nuestra especie.

EL “UNKNOME” O “DESCONOMA”
Como hemos podido ver a lo largo de este artículo, en la actualidad conocemos muchos de los secretos que nos ha aportado el genoma. 
Esta información es útil para comprender de dónde vienen los rasgos distintivos de cada persona y nos permite encontrar la causa de enfermedades genéticas. Sin embargo, a pesar de lo mucho que ha avanzado el conocimiento, todavía existen algunas lagunas.

Estas lagunas quedan recogidas en el desconoma, un neologismo que aparece al unir las palabras “desconocido” y “genoma”. 
Se trata de una lista de genes y otras secuencias que nació con el propósito de desaparecer, ya que son aquellas regiones de las que todavía no conocemos completamente su función. 
Estas secuencias son especialmente importantes en la biomedicina, porque pueden interferir en el diseño de tratamientos para enfermedades genéticas. Estos tratamientos requieren de años de trabajo y de inversiones monetarias muy importantes, por lo que todo el conocimiento que ahorre futuros problemas es bienvenido.

Seguir estudiando estas regiones y tener más genomas completos de diferentes etnias permitirán, en un futuro no muy lejano, conocer todos los genes que cumplen un papel en nuestra especie, es decir, crear el pangenoma humano definitvo. El pangenoma es un objetivo ambicioso para el que se están dando los 1º pasos, y su creación marcará una de las páginas más importantes de nuestra historia. 
Una vez lo consigamos podremos responder con certeza a la pregunta que ha atormentado a tantos filósofos: “¿qué somos?”. 
O al menos podremos hacerlo desde un punto de vista genético.

Nuevos programas de cribado neonatal y diagnóstico de enfermedades raras,

....  hoja de ruta del SNS.
José Miñones ha defendido la necesidad de implementar medidas que incluyan las necesidades de los pacientes con enfermedades raras en el evento ‘Una hoja de ruta para no dejar a nadie atrás’.
CONSALUD, 22 SEPTIEMBRE 2023 
El ministro en funciones de Sanidad, José Miñones, ha participado en el evento sobre enfermedades raras: ‘Una hoja de ruta para no dejar a nadie atrás’, desarrollado de forma paralela a la Reunión de Alto Nivel ‘Cobertura Sanitaria Universal’, que se celebra en la sede de la ONU en Nueva York (Estados Unidos). 
En el encuentro, Miñones ha defendido la necesidad de implementar nuevos programas de cribado neonatal y extender el diagnóstico genético frente a las enfermedades raras.

En este sentido, la defensa está en línea con el criterio experto que España ya está aplicando con el desarrollo de la Estrategia Estatal de Enfermedades Raras del SNS. Así, Miñones ha significado la relevancia de la Estrategia, Registro Estatal (ReeR) y Estrategia de Enfermedades Neurodegenerativas en el abordaje de las enfermedades poco frecuentes. Se trata de áreas en las que España cuenta con nuevos planes y una financiación que supera los 100 millones de euros.

Por otro lado, el ministro en funciones ha recordado la importancia de articular iniciativas que incluyan las realidades y necesidades de los pacientes con enfermedades raras y sus familias. Estas medidas tienen el objetivo de:
a.- acelerar los diagnósticos, 
b.- permitir una asistencia sanitaria integrada dentro del sistema sanitario,
c.- desarrollar e incorporar nuevos tratamientos de manera equitativa, o 
d.- garantizar el bienestar de pacientes y familias a través de una
     asistencia sociosanitaria también integrada.

La necesidad de llevar a cabo medidas en esta línea puede verse reflejada, por ejemplo, en las inequidades del Sistema Nacional de Salud. No todas las comunidades autónomas emplean las mismas técnicas diagnósticas en este tipo de enfermedades, ni en todas se detecta la misma cantidad de patologías en cribado neonatal.

A su vez, Miñones ha tenido palabras de reconocimiento para la labor que desarrollan la Federación Española de Enfermedades Raras (FEDER) y la Alianza Iberoamericana de Enfermedades Raras o Poco Frecuentes (ALIBER) y la relevancia de encuentros como el celebrado en Nueva York.

En este contexto, ha avanzado la próxima Reunión de Alto Nivel (RAN) sobre enfermedades raras que acogerá la ciudad de Bilbao los próximos 10 y 11 de octubre, dentro de la agenda sanitaria de la Presidencia española del Consejo de la Unión Europea.

Este encuentro supone “una oportunidad para liderar una reflexión estratégica” sobre los asuntos que la Unión Europea debe priorizar y poder dar continuidad a las conclusiones que se obtengan de la jornada que ha acogido hoy la ONU.

martes, 19 de septiembre de 2023

Asesoramiento genético: "Hay pacientes que prefieren no saber y que venga lo que tenga que venir"

El asesoramiento genético facilita que los pacientes estén informados
sobre la enfermedad que padecen o su herencia, para tomar decisiones en función de sus creencias y necesidades.
CARMEN BONILLA, 18 SEPTIEMBRE 2023 
Las enfermedades genéticas son trastornos originados debido a la alteración de genes, y algunas de ellas son hereditarias. 
Por ello, someterse a estudios genéticos y a asesoramiento genético puede ser fundamental, no solo para lograr un abordaje óptimo de la enfermedad, sino para poder valorar los riesgos de transmisión de la patología a la descendencia.
El asesoramiento genético es un proceso por el cual un profesional especializado expone a un paciente las características de la enfermedad que presenta, su herencia o, en caso de que haya, las opciones que existen para manejar el riesgo de recurrencia o transmisión de la misma.

La Genética juega un papel importante tanto en el diagnóstico como en el tratamiento de algunas enfermedades, por lo que el asesoramiento genético es fundamental a la hora de informar al paciente, para que pueda elegir las opciones terapéuticas o reproductivas que estén en consonancia con sus creencias y necesidades. 
Además, en las consultas de asesoramiento genético también se brinda información sobre apoyo sociosanitario relacionado con la enfermedad por la que se consulta o sobre asociaciones de pacientes.

Guiomar Pérez de Nanclares: “En este proceso comunicativo es muy importante que el paciente o familia pueda actuar libremente y tomar las decisiones que considere oportunas"
En este proceso comunicativo es muy importante que la presentación de la información no sea directiva, es decir, que el paciente o familia pueda actuar libremente y tomar las decisiones que considere oportunas a la vista de las ventajas e inconvenientes de las distintas situaciones que se le han planteado de tal forma que haya podido comprenderlas”, explica para Con Salud Guiomar Pérez de Nanclares, vocal de la Asociación Española de Genética Humana (AEGH).

En lo relativo a las condiciones médicas o genéticas por las que se puede acudir a una consulta de asesoramiento, estas son variadas. 
Se puede acudir a una consulta de asesoramiento porque se sabe que en la familia existe una enfermedad de causa genética y se quiere saber el riesgo a desarrollarla (estaríamos hablando de un asesoramiento presintomático); una pareja puede acudir bien por presentar problemas de fertilidad y querer saber si éstos tienen una causa genética, o bien conocen que uno u otra son portadores de una alteración genética y quieren saber cómo evitar transmitirla a su descendencia (estudios pregestacionales, o preimplantacionales)”, comenta la vocal de la AEGH.

Otras situaciones en las que se puede acudir a un asesoramiento genético es en caso de haberse detectado algún tipo de anomalía durante el seguimiento del embarazo o porque un especialista tiene una sospecha diagnóstica de una enfermedad de base genética. Además, en las clínicas de reproducción, es posible brindar asesoramiento genético a donantes de gametos o previo a los estudios de portadores asintomáticos. Esto se conoce como matching.

Para evaluar el riesgo genético, en 1º lugar se lleva a cabo un “árbol familiar” o “pedigrí”. En ellos se recogen un mínimo de 3 generaciones de la persona que se ha sometido a la consulta. En este sentido, el árbol incluye información sobre el sexo de los familiares, la edad actual, la edad de manifestación de los primeros síntomas de enfermedad o la edad del diagnóstico, con exposiciones medioambientales relacionadas, edad de fallecimiento y motivo del mismo. “En caso de que se haya realizado un estudio genético en alguno de los miembros de la familia, también se recoge esa información, junto con su resultado”, añade la experta.

La recopilación de todos estos datos y la elaboración del pedigrí, nos permite a los profesionales valorar si nos encontramos ante una enfermedad de base genética y el tipo de herencia más probable de la misma, y así poder orientar al consultante o su familia sobre el propio riesgo a desarrollar la enfermedad”, comenta Guiomar Pérez de Nanclares.

De este modo, se informa al consultante sobre los riesgos de que los progenitores tengan otro descendiente con la misma enfermedad, así como de la posibilidad de estudio preimplantacional. 
Esto permite “seleccionar embriones sin alteración genética, si así lo estima la familia y cumplen los requerimientos reproductivos”.

Sin embargo, no todos los pacientes o familiares se someten a estudio genético. “Hay quienes, no presentando enfermedad, acuden a una consulta de asesoramiento para conocer su riesgo a desarrollar una enfermedad y así poner medidas preventivas, y hay quienes deciden que prefieren no saber y que venga lo que tenga que venir”, apostilla la experta.

En lo relativo a los estudios genéticos, la vocal de la AEGH afirma que, por un lado, “nos encontramos la sensación de culpabilidad tanto por ser portador de una alteración que conlleva el riesgo a desarrollar una enfermedad y 'fíjate qué herencia he dejado a mis hijos', como por ser no portador cuando la mayoría de los familiares lo son 'y yo me he librado, pero ellos no'”.

Por otro lado, conocer la enfermedad permite ofrecer seguimientos o tratamientos más personalizados, basados en el tipo de alteración genética o gen implicado, descartando pruebas que puedan ser innecesarias. “Incluso, en caso de parejas jóvenes y de que la enfermedad que se padezca esté autorizada para el estudio preimplantatorio, se puede evitar, si así lo desean, transmitir a sus futuros descendientes”, añade la experta.

En el contexto del asesoramiento genético, existen distintas situaciones con aspectos éticos controvertidos. Uno de ellos es el estudio genético presintomático en menores, relacionado con enfermedades que se manifiestan en la edad adulta, además de la identificación de no paternidad durante la realización de las pruebas genéticas, entre otras situaciones.

A pesar de ello, todos los escenarios posibles suelen ser planteados en las consultas de asesoramiento genético, antes de realizarse el estudio genético. “Las respuestas se recogen en el consentimiento informado que el paciente o sus responsables legales deben firmar antes de la realización del estudio genético”, concluye la experta.

viernes, 25 de agosto de 2023

Descifran el cromosoma Y, la última pieza del puzle del genoma humano

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Otras noticias:

El cromosoma sexual masculino hace que los hombres sean más vulnerables al cáncer.                                     Los científicos secuencian el código genético del cromosoma sexual masculino, lo que ayudará a entender mejor la fertilidad, patologías como el cáncer o si es cierto que desaparecerá, como se predijo hace años.   Los telémeros son los extremos cromosomas y su función principal es proteger el material genético que porta el resto del cromosoma.
Laura Cano Liébana, 24.08.2023
Durante años, el cromosoma Y ha sido una fuente inagotable de fascinación. ¿Su peculiaridad? Contiene genes que determinan la masculinidad y producen esperma, pero descifrarlo es todo un reto por su compleja estructura. Es pequeño y muy extraño: contiene pocos genes y está lleno de "ADN basura", lo que hace que su secuenciación sea dificilísima.

Sin embargo, las nuevas técnicas de secuenciación de "lectura larga" han proporcionado por fin una secuencia fiable de un extremo a otro de la Y.  La última pieza del puzle que faltaba para completar el genoma humano. Este titánico trabajo ha sido fruto del esfuerzo del Consorcio T2T, un equipo de más de 100 científicos que han publicado sus avances en la revista Nature.

Los hallazgos proporcionan una base sólida para explorar cómo funcionan los genes del sexo y el esperma, cómo evolucionó el cromosoma Y, cuál es su papel real en el desarrollo humano, la fertilidad o en enfermedades como el cáncer. Además, estamos un paso más cerca de saber si, como se predijo, el cromosoma sexual masculino desaparecerá en unos pocos millones de años.

¿El cromosoma Y desaparece?
Sabemos, desde hace hace unos 60 años, que 2 pares de cromosomas específicos determinan el sexo al nacer en los seres humanos y otros mamíferos. Las hembras tienen un par de cromosomas X, mientras que los machos tienen un solo cromosoma X y un cromosoma Y, mucho más pequeño.

¿El problema? El cromosoma Y es muy diferente de todos los demás. Es menor en tamaño y contiene muy pocos genes: sólo 27, frente a los 1.000 que componen el X. Además, el Y también tiene muchas secuencias de ADN que no parecen contribuir a los rasgos físicos.                                Este "ADN basura" se compone de secuencias muy repetitivas que proceden de trozos de virus antiguos, genes muertos y secuencias muy simples de unas pocas bases repetidas una y otra vez.

Para más inri, esta última clase de ADN ocupa grandes porciones de su composición. De ahí viene la teoría de que el cromosoma Y esté desapareciendo. Y es que ha perdido unos 10 genes activos por cada millón de años, lo que ha reducido su número original a sólo 27.
En total, el cromosoma Y ha perdido el 97% de su antiguo complemento de genes. Ha habido un gran debate sobre si esta degradación continúa, pues a este ritmo todo el Y humano desaparecería en unos pocos millones de años. De hecho, esto ya ha ocurrido en algunos roedores.

Cromosoma Y, el más difícil de descifrar
El 1º proto-mapa del genoma humano se completó en el año 1999. Desde entonces y, aunque aún quedan pequeñas lagunas, los científicos han logrado secuenciar todos los cromosomas ordinarios, incluido el X.
Para ello se ha estado utilizando la secuenciación de lectura corta, que consiste en trocear el ADN en pequeños fragmentos de un centenar de bases y volver a ensamblarlos como un rompecabezas.                            
Es como si tratásemos de recomponer un libro a base de tiras con algunas de sus frases.

Sin embargo, las nuevas tecnologías de secuenciación (como los algoritmos bioinformáticos) han permitido de manera reciente secuenciar bases a lo largo de moléculas individuales de ADN. Esto produce lecturas largas de miles de bases. Así, son más fáciles de distinguir y ensamblar, esquivando las confusas repeticiones del cromosoma Y.

De esta forma, lo que por fin se ha conseguido es secuenciar por completo el cromosoma Y, de extremo a extremo o de T2T (telómero a telómero). Antes ya se conocían partes del mismo, "lo que completa el conjunto de cromosomas humanos de extremo a extremo", subraya un comunicado del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (NHGRI).
Cabe destacar que, incluso con la tecnología de lectura larga, el ensamblaje de los fragmentos de ADN fue complicado y confuso, así que los investigadores tuvieron que hacer varios intentos en regiones especialmente repetitivas.

¿Qué hay de nuevo en la Y?
Lo nuevo ahora es que los científicos han logrado 2 cosas inéditas. La 1ª, el 1º ensamblaje completo del cromosoma Y de un solo individuo de ascendencia europea. La 2ª, ensamblar cromosomas Y de 43 varones no emparentados, de los cuales casi la mitad proceden de linajes africanos. En conjunto, estos 2 artículos ofrecen una visión intrigante de los cromosomas Y humanos y revelan su naturaleza altamente variable entre individuos.

Los nuevos datos rellenan las lagunas que existían sobre el 50% de este cromosoma, descubriendo así importantes características e implicaciones como, por ejemplo, la fertilidad, ya que es un componente clave en la producción de esperma. También proporcionan una base importante para futuros estudios sobre cómo pueden estar contribuyendo a ciertos trastornos y enfermedades.

"Cuando se encuentran variaciones que no se han visto antes, la esperanza es siempre que esas variantes genómicas sean importantes para entender la salud humana", detalla Adam Phillippy, líder del consorcio e investigador del NHGRI, quien considera que esto puede ayudar a diseñar mejores diagnósticos futuros.

La secuenciación larga del cromosoma Y ha descubierto algunos genes nuevos, aunque se trata de copias adicionales de genes que ya se sabía que existían. Aun así, con ello, la secuenciación definitiva del cromosoma Y añade 30 millones de bases nuevas a la referencia del genoma humano, según sus responsables. Estas bases revelan la existencia de otros 41 genes que activan proteínas y aportan información crucial para quienes estudian cuestiones relacionadas con la reproducción o la evolución.

Ahora, también se sabe que el límite de la región pseudoautosómica (que se comparte con el X) se ha desplazado un poco más hacia la punta del cromosoma Y. Además, también se conoce mejor la estructura del centrómero (una región del cromosoma que separa las copias cuando la célula se divide) y tenemos una lectura completa de la compleja mezcla de secuencias repetitivas en el extremo fluorescente del Y.

Pero quizá el resultado más importante sea la utilidad que tendrán estos descubrimientos para los científicos de todo el mundo. Algunos grupos examinarán ahora los detalles de los genes Y y buscarán secuencias que puedan controlar cómo se expresan el SRY (un gen que es el principal responsable del desarrollo de las características sexuales masculinas) y los genes espermáticos.

Otros examinarán de cerca las secuencias repetidas para determinar cómo se originaron y por qué se amplificaron. Muchos grupos analizarán también los cromosomas Y de hombres de distintos rincones del mundo para detectar signos de degeneración o evolución reciente de funcione
s.

miércoles, 16 de agosto de 2023

Los misterios sin resolver en la genética humana

Más Información:
Genes africanos para completar el genoma

En nuestros genes se esconden innumerables secretos sobre nuestro pasado, nuestro presente y qué nos depara el futuro. Cada vez estamos más cerca de descubrirlos, pero ¿cuánto sabemos actualmente?

Daniel Pellicer Roig, NG,
16 agosto 2023
El idioma del ADN está formado mayoritariamente por 4 moléculas: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T).
El Proyecto Genoma Humano fue uno de los mayores hitos científicos de principios del milenio. 
El 14 de abril del año 2003, tras casi 20 años de trabajo a sus espaldas, un equipo formado por científicos de más de 20 países anunció que habían conseguido escribir” el libro de la vida humana. Este libro era largo y complejo, con más de 3000 millones de letras divididas en 23 capítulos, que contenían más del 90% de todas las instrucciones de las células de los voluntarios que donaron su sangre para el experimento.

Pero una tarea era conseguir escribir aquel enorme libro, y otra muy distinta es comprender exactamente cuál es la “información” que contiene. El idioma del ADN está formado mayoritariamente por 4 letras, es decir, 4 moléculas que se repiten una y otra vez en un orden concreto. Estas moléculas se denominan nucleótidos y son la adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). En el idioma de los genes, las letras se agrupan de 3 en 3, lo que da lugar a 27 combinaciones distintas que se denominan codones y que la célula es capaz de entender.

LEYENDO EL ADN
Cuando la célula necesita una proteína para realizar una función concreta, tiene que crearla encadenando aminoácidos, uno detrás de otro. Para saber el orden recurre al ADN, donde cada codón se traduce en un aminoácido. Estas combinaciones de 3 letras se van leyendo a toda velocidad y la célula va añadiendo aminoácidos a la cadena hasta que llega a un codón de terminación que le indica que la proteína ha finalizado. Ahora bien, nuestro cuerpo únicamente necesita 20 aminoácidos, por lo que codones distintos equivalen al mismo aminoácido. Esta es la razón por la que los científicos indican que el código genético está degenerado.



Transcripción y traducción del ADN

Al conocer los codones y la secuencia de ADN humana, se pueden encontrar todas las proteínas que se crean el cuerpo. En total, se estima que hay algo menos de 20.000 genes que producen proteínas para cumplir con funciones concretas en el organismo. Este número puede parecer grande, pero si lo comparamos con otros seres vivos, no es una cifra muy elevada. 
Por ejemplo, un ratón tiene más de 22.000 genes, de los cuales compartimos con ellos unos 16.000. 
En las plantas, el número suele ser mucho mayor, por ejemplo el trigo tiene 108.000 genes, 5 veces más que nosotros. 
Pero estos son únicamente los genes que tienen la información necesaria para crear una proteína. A pesar de su importancia, en total ocupan menos de un 2% del genoma humano. El resto de secuencias fueron llamadas erróneamente “ADN basura” porque no se conocía su función y, al no estar aparentemente relacionados con las proteínas, se supuso que no eran tan importantes.

RECICLANDO EL ADN
En aquellas regiones de ADN existen otros 38.000 genes más que no llegan a formar proteínas, si no que tienen otras funciones, como la señalización. También se encuentran secuencias reguladoras, que reaccionan a diferentes estímulos que recibe la célula y le indican cuándo producir ciertas proteínas vitales para su supervivencia y la del organismo. Además, encontramos “pseudogenes”, que son genes que perdieron su función tras millones de años de acumular mutaciones que se han ido produciendo en nuestra especie. Estos pseudogenes ayudan a comprender nuestra historia evolutiva, y estudios recientes muestran que también pueden tener funciones de regulación de otros genes activos.

Para rizar más la doble hélice, en ciertas regiones de nuestro genoma encontramos secuencias cortas de ADN que se repiten decenas, cientos o miles de veces. Al principio se pensaba que eran secuencias “de relleno con una función estructural, pero se ha demostrado que actúan como protección para ciertas zonas, como la parte central y los extremos de los cromosomas. Además, algunas de estas regiones que presentan más (o menos) repeticiones de lo habitual, pueden estar relacionadas con ciertas enfermedades hereditarias. Finalmente, también se encuentran presentes los transposones o “genes saltarines”, unas secuencias que pueden moverse por el genoma y cuyo descubrimiento le valió a Barbara McClintock el premio Nobel de Medicina o fisiología en 1983.

LOS ÚLTIMOS DESCUBRIMIENTOS DEL GENOMA HUMANO
Todos estos descubrimientos se han ido sumando al campo de la genética y han ido, poco a poco, cambiando la forma que teníamos de entender el ADN. Ahora bien, para seguir indagando en nuestro conocimiento del genoma humano tenemos que avanzar hasta marzo de 2022. Ese mes, un equipo de la Universidad John Hopkins publicó un artículo en el que mostraba cómo, utilizando técnicas modernas, había conseguido escribir casi todo el ADN que no pudieron en el Proyecto Genoma Humano, el 8% que faltaba.

Aquel 8% era una zona especialmente difícil de leer, ya que estaba compuesto por regiones muy repetitivas
Esto resulta un reto para las tecnologías de lectura, ya que, para leer al ADN, antes han de romper la molécula en fragmentos pequeños
Si estos fragmentos provienen de una zona altamente repetitiva y son prácticamente idénticos, es muy difícil saber qué trozo va delante, cuál detrás y, como se leen cientos o miles de moléculas de ADN a la vez, también resulta casi imposible saber cuántas repeticiones hay en la zona.

Pero el equipo consiguió rebasar estas dificultades y en aquel 8% hallaron más de 2.000 genes desconocidos y unas 2 millones de variaciones en el ADN que están relacionadas con enfermedades. Además, entre las secuencias que leyeron se encuentra el cromosoma Y, donde, habitualmente, se sitúan las instrucciones que crean a los machos de nuestra especie.

EL “UNKNOME” O “DESCONOMA”
Como hemos podido ver a lo largo de este artículo, en la actualidad conocemos muchos de los secretos que nos ha aportado el genoma. Esta información es útil para comprender de dónde vienen los rasgos distintivos de cada persona y nos permite encontrar la causa de enfermedades genéticas. Sin embargo, a pesar de lo mucho que ha avanzado el conocimiento, todavía existen algunas lagunas.

Estas lagunas quedan recogidas en el desconoma, un neologismo que aparece al unir las palabras “desconocido” y “genoma”. Se trata de una lista de genes y otras secuencias que nació con el propósito de desaparecer, ya que son aquellas regiones de las que todavía no conocemos completamente su función. Estas secuencias son especialmente importantes en la biomedicina, porque pueden interferir en el diseño de tratamientos para enfermedades genéticas. 
Estos tratamientos requieren de años de trabajo y de inversiones monetarias muy importantes, por lo que todo el conocimiento que ahorre futuros problemas es bienvenido.

Seguir estudiando estas regiones y tener más genomas completos de diferentes etnias permitirán, en un futuro no muy lejano, conocer todos los genes que cumplen un papel en nuestra especie, es decir, crear el pangenoma humano definitvo. El pangenoma es un objetivo ambicioso para el que se están dando los primeros pasos, y su creación marcará una de las páginas más importantes de nuestra historia. 
Una vez lo consigamos podremos responder con certeza a la pregunta que ha atormentado a tantos filósofos: “¿qué somos?”. 
O al menos podremos hacerlo desde un punto de vista genético.

lunes, 31 de julio de 2023

La familia de las extostosinas: Proteínas con múltiples funciones

Varios Autores,01.10.2013 
Introducción:
• Describimos el conocimiento actual de las propiedades enzimáticas de la familia de proteínas EXT.
• Describimos las funciones propuestas de las proteínas EXT/L no relacionadas con el heparán sulfato.
• Damos información sobre trastornos humanos relacionados con la deficiencia de proteínas EXT/L.

Los sulfatos de heparán son moléculas sulfatadas complejas que se encuentran en abundancia en las superficies celulares y en la matriz extracelular. Se unen e influyen en la actividad de una variedad de moléculas como factores de crecimiento, proteasas y morfógenos y, por lo tanto, están involucrados en varias interacciones célula-célula y célula-matriz. 
Las proteínas EXT de mamíferos tienen actividades de glicosiltransferasa relevantes para la polimerización en cadena de HS, sin embargo, su papel exacto en este proceso aún es confuso. En esta revisión, resumimos el conocimiento actual sobre las actividades bioquímicas y algunas funciones propuestas de los miembros de la familia de proteínas EXT y sus funciones en la enfermedad humana. Continua AQUI .....