Descubrimientos Clave en Genética: De Mendel al Proyecto Genoma Humano

Aportaciones de Mendel: El Nacimiento de la Genética

El nacimiento de la genética como ciencia se sitúa en 1900, cuando fueron reconsiderados los trabajos de Gregor Mendel, publicados originalmente en 1866. Hasta entonces, se había aceptado que el material hereditario portado por las células reproductoras de los progenitores se mezclaba en sus descendientes de manera similar a como se mezclan pinturas de distinto color. Los experimentos de Mendel ofrecieron una nueva visión de los mecanismos de la herencia. Su éxito se basó en la elección del material experimental y en la selección de los caracteres heredables (forma, color, etc.). También analizó matemáticamente los resultados, obteniendo dos conclusiones principales:

1. Factores hereditarios: La herencia se transmite por unos factores hereditarios almacenados en las células reproductoras o gametos (óvulos y espermatozoides en el ser humano). Estos factores son de doble procedencia, materna y paterna, se unen sin mezclarse en el nuevo individuo y se vuelven a separar cuando estos individuos forman sus propios gametos.
2. La herencia sigue normas estadísticas sencillas: Según la primera ley de Mendel, cuando se cruzan dos variedades puras de la misma especie, los descendientes son todos iguales para el carácter en estudio. La segunda ley establece que los caracteres hereditarios unidos en un híbrido se separan de nuevo cuando se forman los gametos. La tercera ley indica que, en el caso de que dos variedades difieran entre sí en dos o más caracteres, cada uno de ellos se transmite de acuerdo con la primera ley, con independencia de los demás.

La composición genética de un organismo constituye su genotipo. La apariencia externa y otras características observables de un individuo forman su fenotipo, que está determinado por su genotipo y por factores ambientales.

Descubrimiento del ADN

Fue en la primera mitad del siglo XX cuando hubo una oleada de descubrimientos sobre la herencia. Se nombró gen a la unidad de la herencia biológica. También se averiguó que los genes están en estructuras dentro del núcleo de las células llamadas cromosomas, y que dentro de estos, la información genética se almacena en la molécula de ADN.

A. La Doble Hélice

En 1953, James Watson y Francis Crick propusieron un modelo molecular para el ADN que desencadenó una revolución genética y dio lugar a la biología molecular. El ADN tiene una estructura de doble hélice en la que se repiten cuatro unidades de nucleótidos: adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Tiene dos hebras orientadas en sentido contrario que son complementarias y se sitúan de manera que A se enfrenta con T, y C con G. Esto permite que el ADN pueda reproducirse a sí mismo, originando dos copias exactas de la molécula de partida (replicación).

B. Del Gen a la Proteína

La información que contiene el ADN de un individuo se expresa para formar las proteínas de ese organismo. Los aminoácidos, que son las unidades fundamentales de las proteínas, se colocan en función del orden que tengan los nucleótidos del ADN. El código genético determina la relación entre los nucleótidos del ADN y los aminoácidos de la proteína. El ARN mensajero es quien aporta las órdenes hasta el citoplasma, y en el citoplasma, los ribosomas se encargan de crear esas proteínas.

Epigenética

La epigenética es el conjunto de cambios heredables en la expresión génica que no van acompañados de alteraciones en la secuencia del ADN. Esto explica los efectos del ambiente (tabaco, drogas, alimentación, edad, etc.) sobre la expresión de nuestros genes, ya que el envoltorio bioquímico del ADN se modifica. La epigenética interviene en muchos procesos celulares, como el desarrollo embrionario y la diferenciación de los tejidos. Mientras que la genética no se modifica fácilmente, la epigenética sí que se puede modificar con nuestros actos y modos de vida. Es una herramienta muy útil para el diagnóstico, tratamiento, seguimiento y prevención de enfermedades como el Alzheimer, cáncer, aterosclerosis, enfermedades autoinmunes, etc.

Genoma Humano

El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990. Tras la competencia entre el consorcio público y la empresa Celera Genomics, los resultados fueron anunciados en la Casa Blanca conjuntamente y sin plazos, poniendo fin a los enfrentamientos entre ambos proyectos. Se dieron a conocer dos cosas:

1. Cada serie de cromosomas tiene 3200 millones de bases y menos de 25000 genes, solo el doble que la mosca del vinagre.
2. Al menos el 95% del genoma está formado por ADN no codificante, llamado "ADN basura", que se ha ido acumulando a lo largo de la evolución y cumple funciones importantes.

Hace falta mucha investigación para entender cómo funcionan cada uno de sus genes. De momento, se han identificado variantes de genes que predisponen a padecer obesidad, genes implicados en el desarrollo de la diabetes, genes que protegen la memoria, genes que tienen que ver con distintos tipos de cáncer, vinculados a la migraña, infartos, ligados a la calvicie, etc. Aunque los genes estén ligados directamente con las enfermedades, la influencia del medio ambiente es importante para la salud, y de ahí sale el interés por el proyecto del epigenoma humano. En un tiempo, podremos saber cuánto tarda un individuo en metabolizar un medicamento o su respuesta al tratamiento.

Surge analizar, además, el proteoma humano, un conjunto de proteínas codificadas por el genoma para conocer sus funciones. También se estudia el metaboloma, que es un conjunto de metabolitos presentes en una célula, un tejido o un órgano en unas condiciones concretas. También se estudia el microbioma, que es el genoma colectivo de los millones de microbios de la flora intestinal humana que permiten digerir lo que comemos. Esto se denomina la era posgenómica.

Ingeniería Genética

Consiste en la manipulación del ADN para modificar el genoma de los seres vivos. Gracias a estas técnicas, se ha descubierto muchísima información sobre cómo funcionan los genes. También se utiliza en la secuenciación de genomas, en terapia génica, diagnóstico de enfermedades, obtención de animales y vegetales transgénicos, obtención de la huella genética (para investigación judicial) y en la síntesis de sustancias interesantes, etc.

Técnicas de Ingeniería Genética

A. ADN Recombinante

Es aquel que incorpora fragmentos procedentes de distintos organismos. Siempre ha existido de forma natural en los seres vivos, por ejemplo, cuando un virus inserta su ADN en una célula a la que invade. En la década de los setenta, los científicos consiguieron imitar la creación de ADN recombinante en el laboratorio usando unas enzimas llamadas endonucleasas de restricción, que actúan como tijeras genéticas cortando el ADN. Así, se pueden unir fragmentos de distinto origen e introducir genes de unos organismos en el genoma de otros.

B. PCR y Huella Genética

Para el estudio y manipulación del ADN, se necesitan millones de copias de cada fragmento implicado. En 1983, Kary Mullis desarrolló un método para obtener en el laboratorio copias masivas de ADN de forma muy rápida, a modo de fotocopiadora. Se conoce como reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y es muy útil en el diagnóstico de enfermedades hereditarias, la identificación de bacterias y virus patógenos y el análisis de ADN fósil. También se emplea en las pruebas de paternidad, en el reconocimiento de cadáveres, en la investigación policial y en estudios de compatibilidad para los trasplantes de órganos.