Estudis Genètics en Humans i Animals: Tècniques i Aplicacions

Estudis Genètics

Estudis de Famílies

Es compara el tret entre subjectes relacionats biològicament. Si el tret és qualitatiu, serà més freqüent entre familiars segons el grau de parentiu. Si el tret és quantitatiu, l'asemblança (coeficient de correlació) serà més gran com més estreta sigui la relació biològica. Millor si estan criats a part perquè no comparteixen herència i ambient.

Avantatges: són útils per entendre l'heterogeneïtat del diagnòstic, fer estudis d'alt risc per poder identificar individus vulnerables i fer prevenció, comprendre l'expressivitat variable d'un gen i conèixer el tipus d'herència mitjançant arbres genealògics.

Desavantatges: els familiars comparteixen l'herència i l'ambient, tenen edats diferents i pertanyen a generacions diferents.

Dissenys:

• Control d'un cas: un afectat es compara amb un control.
• Estudis d'alt risc: estudis longitudinals de descendents d'afectats per estudiar els primers símptomes i factors de risc.
• Arbres genealògics: per determinar si la distribució de la malaltia consisteix en algun tipus d'herència.

Heretabilitat (h²): el doble del coeficient de correlació entre familiars de primer grau (ja que comparteixen, de mitjana, la meitat de la variància genètica additiva, és a dir, la meitat dels gens).

Estudis d'Adopcions

Les variables genètica i ambiental poden ser separades pel procés d'adopció, sempre que els ambients siguin diferents (no similars). Preferible mostres de bessons monozigòtics (MZ) que visquin en ambient diferent.

Utilitats:

• Estudiar l'efecte de les influències ambientals lliures del biaix de l'herència.
• Permeten l'anàlisi de la interacció genètica-ambient.
• Permeten estudiar l'ambient prenatal.

Desavantatges: característiques de les mares que donen el fill en adopció (droga), característiques de les parelles que adopten (acomodació selectiva en la societat), els nens adoptats són nens estimats.

Dissenys:

• Mètode de l'estudi d'adoptats: es comparen fills de pares biològics afectats i adoptius no afectats amb controls.
• Mètode de les famílies dels adoptats: es comparen els familiars (adoptius i biològics) dels adoptats afectats amb els familiars dels adoptats no afectats.
• Mètode de la criança creuada o cross-fostering: es comparen 3 grups entre si: fills amb pares biològics afectats i pares adoptius no afectats / fills amb pares biològics no afectats i pares adoptius afectats / grup control.
• Comparació d'un fill biològic i un adoptiu en una mateixa família.

Heretabilitat (h²): es pot calcular de dues maneres. Bé a partir del coeficient de correlació entre germans separats, bé a partir del coeficient de correlació entre pares i fills biològics, quan els fills no han viscut amb els pares. En qualsevol cas, h² seria el doble del coeficient de correlació.

Estudis de Bessons

Es comparen bessons MZ i dizigòtics (DZ) d'igual sexe.

Utilitats:

• Separen la variable ambient en els components compartit i independent.
• Possibiliten els estudis control.
• Permeten examinar les condicions de manifestació d'una psicopatologia.
• Permeten estudiar efectes maternals, comparant bessons DZ del mateix sexe amb DZ de sexe diferent.
• Poden estudiar els efectes de les hormones sexuals prenatals.

Desavantatges: l'ambient dels MZ prenatal i postnatal, és més igual que els dels DZ. En mostres de voluntaris, més freqüència de MZ femenins (dóna mostra esbiaixada). La mida de la mostra és petita. Els bessons de la mostra solen provenir de fonts diferents (poc homogènia).

L'heretabilitat (h²): és equivalent al doble de la diferència entre el coeficient de correlació entre MZ i el de DZ: h²= 2(r_MZ-r_DZ), ja que la relació genètica entre MZ=1 i entre DZ= 0,5.

Estudis en Humans i Tècniques d'ADN Molecular

Diferències: en el darrer cas es manipula o observa directament el material hereditari.

Mètodes en Animals

Cria Selectiva

Es poden obtenir animals que presenten característiques polaritzades per a un tret conductual objecte d'estudi, cosa que afavoreix el disseny de models animals per a determinades conductes humanes, com, per exemple, les relacionades amb l'abús de substàncies.

Utilitats: la selecció concentra tots els al·lels que augmenten la característica en una línia, i en l'altra els que la disminueixen. Aporta evidència clara del grau de determinació genètica. Els subjectes seleccionats que presenten els nivells extrems de la característica són valuosos per a posteriors recerques.

Desavantatges: amb el temps que dura la selecció pot variar l'ambient. Cal una línia de control. Disminució de la fertilitat quan es fan encreuaments consanguinis.

Soques Consanguínies

Inclouen un control més gran de les variables genètiques, ja que presenten una forta homogeneïtat genètica intrasoca, però una forta heterogeneïtat entresoca. Així, si es controlen les variables ambientals, les diferències conductuals entre dues soques poden ser atribuïdes a aspectes genètics.

Utilitats: variació interindividual molt reduïda, permet treure conclusions més definitives pel que fa a diferències en una determinada conducta en subjectes de la mateixa edat o de diferents edats. Permeten millors dissenys experimentals en tenir animals genèticament iguals. Les mutacions es detecten fàcilment.

Desavantatges: són animals que no existeixen en la natura, els encreuaments consanguinis comporten disminució de la fertilitat. Pot conduir a la fixació de gens letals o deleteris en homozigosi.

Soques Consanguínies Recombinants

Presenten els avantatges de les soques consanguínies i, a més, potencialment permeten la identificació de fragments d'ADN associats a un tret conductual determinat.

Tècniques de la Genètica Molecular

Es centren en l'estudi de fragments d'ADN suposadament d'interès pel tret conductual o físic objecte d'estudi.

Estudis d'Associació i Lligament

Proporcionen informació complementària i generalment ambdós són necessaris abans de poder relacionar definitivament un marcador genètic amb una tret conductual o malaltia.

Estudis d'associació: són de tipus poblacional i estudien si una determinada mutació o variant del gen està incrementada o disminuïda significativament en la població a estudi respecte d'una control. Permeten calcular valors estadístics de risc relatiu (odds ratio) que indiquen quantes vegades és més freqüent la malaltia entre els individus que porten una determinada variant d'un marcador gen respecte als que no la porten. És possible modificar el material hereditari i observar els efectes en la conducta dels animals.

Estudis de lligament: usen pedigrís o genealogies familiars. S'estudia si la malaltia es transmet de forma independent o lligada a l'herència d'un determinat marcador genètic (gens lligats o a l'atzar). Calculen el lod score que indica probabilitats relatives que dos gens estiguin lligats i permeten determinar la distància física entre el marcador i el gen del trastorn. Adients en herències monogèniques de tipus mendelià. No és possible la manipulació genètica i cal estudiar les variacions interindividuals de l'ADN que la natura ofereix.

Quantitative Trait Loci (QTL): s'estudia el petit efecte additiu de múltiples gens sobre una variable quantitativa com són els trets conductuals i psicològics (Plomin).

Tecnologia de l'ADN Recombinant

Es basa en l'ús de tècniques agrupades en el nom d'enginyeria genètica encaminades a obtenir una seqüència de parells de bases que codifiquen per un gen determinat. L'objectiu seria amplificar seqüències concretes d'ADN. Es troba el clonatge de l'ADN (amplificar una seqüència prèviament seleccionada). Durant el clonatge es construeixen noves molècules d'ADN per lligar seqüències a partir de diferents organismes i el producte final que s'obté és l'ADN recombinant.

Clonació in vivo: la clonació és possible gràcies a un vector de clonatge, com un plasmidi o bacteriòfag, que és usat com a transportador d'una seqüència d'ADN exògena i que presenta la característica de poder autoreplicar-se. Aquest vector es coneix amb el nom d'híbrid o plasmidi quimèric. El procés comprèn 4 etapes:

1. Fragmentació de l'ADN amb enzims de restricció (donen lloc a dues cadenes amb extrems complementaris).
2. Inserció de l'ADN en un vector de clonatge (introduït per plasmidis, bacteriòfags, còsmids o YAC's en un lloc on pugui ser inserit).
3. Transformació de l'organisme hoste (transfecció si és introduït per tècniques bioquímiques o per mètodes físics, es produeix una reacció en cadena de la polimerasa).
4. Digestió de l'ADN amb enzims de restricció (anàlisi de les seqüències d'ADN).

La tecnologia de l'ADN recombinant permet d'amplificar (clonar) i caracteritzar seqüències de nucleòtids d'interès.

Animals Transgènics i Animals Knock-out

Permeten d'estudiar directament els efectes de l'afectació de l'expressió o de la disrupció d'un gen sobre el fenotip. Aquesta metodologia és, per tant, molt potent en recerca perquè permet de considerar el genotip com a variable independent, que pot ser modificada per a estudiar els efectes sobre la variable dependent (fenotip, com poden ser els resultats en proves conductuals). L'elaboració d'organismes transgènics i knock-out interfereix directament sobre l'ADN, modificant el seu grau d'expressió o bé anul·lant l'efecte d'un gen. Aquests animals han estat utilitzats com a models de malalties humanes amb base genètica coneguda i es comencen a utilitzar en genètica de la conducta per a evidenciar relacions entre gens concrets i aspectes cognitius.