jueves, 1 de octubre de 2009

PRINCIPIOS BASICOS DE BIOLOGIA MOLECULAR

PRINCIPIOS BASICOS DE BIOLOGIA MOLECULAR
En 1920, según el premio Nobel H.J. Muller postulaba el material genético, debía de tener tres propiedades fundamentales.
• Tener capacidad de replicación.
• Codificar la información necesaria para producir los compuestos que determinan las características fenotípicas.
• Ser capaz de cambiar y de perpetuar esos cambios.
Veinte años más tarde se demostró que el ADN estaba hecho de unidades individuales llamadas nucleótidos, formados por una base nitrogenada (adenina –A–, guanina –G–, citosina–C– o timina –T–), un azúcar pentosa y ácido fosfórico.

Durante muchos años unos científicos postulaban que los genes eran ADN, otros argumentaban que era una estructura demasiado simple para la función tan compleja que se les asignaba. En 1952 cuando se obtuvo una prueba definitiva por A. Hershey y M. Chase. Utilizaron un bacteriófago para demostrar que sólo el ADN de este virus era capaz de entrar en la bacteria y producir nuevos virus, mientras que las proteínas formaban una estructura del ADN y eran eliminadas después de inyectar el ADN en las bacterias. Un año después, J. Watson y F. Crick descubrieron que el ADN consistía en dos largas cadenas de nucleótidos formando una doble hélice o espiral. Por ejemplo, el ADN del cromosoma 1 está constituido por una cadena de 263 millones de nucleótidos. El modelo de Watson y Crick predecía que cada cadena de ADN servia de molde para la producción de una nueva cadena, cuya secuencia de nucleótidos se determinaba por complementariedad de bases (adenina con Timina, y Guanina con Citosina).
La función real de los genes se demostró gracias a Neurospora de G. Beagle y E. Tatum, estos 2 investigadores desarrollaron la hipótesis “un gen-una enzima”, y es uno de los conceptos unificadores en Biología, que se ha mantenido vigente durante muchos años.
La secuencia de bases es la misma en todos los seres humanos, para el 99,9 % del ADN. Pero, ocasionalmente se encontraban POLIFORMISMOS: tramos cortos en los que la secuencia era distinta entre las personas y podían ser de varios tipos. Este concepto de los polimorfismos se convirtió en la base para trazar el mapa del genoma humano.
La invención de la reacción en cadena de la ADN polimerasa (PCR) inventada por K. Mullis en 1983, revolucionó la biología molecular. Esta metodología es capaz de amplificar un determinado fragmento de ADN millones de veces, lo que permite estudiar su secuencia con facilidad, el diagnóstico de enfermedades hereditarias, la detección de microorganismos patógenos o la identificación genética de muestras forenses.

En 1990 Watson en compañía de un grupo de científicos estadounidenses emprendió el proyecto “Genoma Humano” el cual pretendía en un periodo de 15 años descifrar la secuencia completa del genoma, (la secuencia completa de 3.000 millones de bases) al poco tiempo otros países se unieron a esta investigación
En abril de 2003, se presentó una nueva versión que incluía el 99 % de la secuencia del genoma que contiene los genes, con una fiabilidad del 99,99%4.
POLIFORMISMOS DE UN NUCLEÓTIDO
Los SNP son variaciones en la secuencia de ADN que afectan a una sola base (A, T, G o C). Para que una variación genética sea considerada un SNP, ha de encontrarse al menos en el 1% de la población.
Características:
• Representan el 90 % de todas las variaciones genéticas.
• Se encuentra un SNP cada 100-300 bases.
• Dos de cada tres SNP son cambios de C por T.
• Pueden darse tanto en regiones codificantes como no codificantes del genoma.
• Son relativamente estables de generación en generación.

El médico Sir William Osler escribió en 1892: “Si no fuera por la gran variabilidad entre individuos, la medicina sería una ciencia y no un arte”. Más de un siglo después, el análisis de SNP explica esta variabilidad y proporciona la base para desarrollar tratamientos específicos para cada paciente.
Muchos SNP no tienen efecto sobre las funciones celulares, pero otros predisponen a ciertas enfermedades o modifican la respuesta a agresiones ambientales, infecciones o farmacéuticos.
Diversos grupos trabajan en la creación de un mapa de haplotipos o HapMap), en el genoma humano lo que puede ayudar a identificar los múltiples genes asociados a enfermedades como el cáncer, la diabetes, la artritis reumatoide.
Un haplotipo es un conjunto de SNP “vecinos” localizados en el mismo cromosoma y que son heredados en bloque, lo que permite identificar a uno de esos SNP (al que denominamos tag SNP) como representativo de un determinado
haplotipo. Una vez identificado el haplotipo, se puede determinar qué SNP y qué gen están asociados a un determinado fenotipo.

Uno de los genes asociados a la enfermedad de Alzheimer, la apolipoproteína E, es un buen ejemplo de ello. Este gen tiene 2 SNP que dan lugar a tres posibles alelos (variantes de un gen): E2, E3 y E4. Cada alelo difiere en una sola base, y las proteínas resultantes difieren en un aminoácido, siendo este cambio suficiente para alterar la función de la proteína. Se ha demostrado que un individuo que hereda al menos un alelo E4 tendrá una mayor probabilidad de desarrollar la enfermedad.
Los SNP también pueden condicionar la respuesta a los tratamientos. Este es el caso de los polimorfismos asociados al gen de la tiopurina S-metil-transferasa (TPMT) y su influencia en la respuesta a mercaptopurina y azatiopurina en pacientes que heredan los alelos no funcionales de la enzima7. Estos fármacos se utilizan como inmunosupresores y antitumorales, y en ausencia de TPMT se acumulan los nucleótidos de tioguanina en las células sanguíneas, lo que puede ocasionar una hematotoxicidad grave. Los pacientes portadores del polimorfismo inactivante de la enzima pueden ser tratados con éxito utilizando dosis menores de tiopurina.
En esta intersección de genómica y medicina se sitúa la farmacogenómica, cuyo objetivo es definir los determinantes genéticos de respuesta a los medicamentos.
Hoy día se utilizan diferentes técnicas para realizar análisis de un gran número de SNP. La espectrometría de masas.


EXPRESIÓN GENICA

Un gen es una secuencia específica de bases que sirve de molde para la síntesis de un ARN mensajero. La secuencia de este ARNm es leída por una compleja maquinaria de “traducción” que asocia bloques de tres bases (codones) con aminoácidos mediante el denominado código genético. La mayoría de los genes están compuestos por un conjunto de regiones codificantes (exones) separadas por regiones no codificantes (intrones). Las secuencias que corresponden a intrones son eliminadas enzimáticamente y los exones se unen entre sí para formar un ARNm maduro y funcional.
Este proceso, denominado “ARNm splicing” o procesamiento alternativo del ARNm, posibilita que un gen sea capaz de generar diferentes proteínas,
En los últimos años, se ha desarrollado una nueva tecnología denominada biochip, genechip, chip de ADN o microarray de ADN, la cual permite analizar la expresión de todos los genes del genoma humano de forma simultánea. Un array es una disposición ordenada de muestras, en este caso fragmentos de ADN (sondas).
Los genechips están teniendo un gran impacto en farmacogenómica (correlación entre respuesta a fármacos y perfil genético del paciente), y en estudios toxicológicos (correlación entre la respuesta a productos tóxicos y los cambios en los niveles de expresión génica).
En los últimos años se han analizado los perfiles de expresión de miles de muestras obtenidas de pacientes con distintas patologías, especialmente cáncer, y cientos de patrones de expresión génica o “firmas genéticas” se han asociado con la progresión de la enfermedad, el pronóstico y la respuesta al tratamiento. Uno de Los primero trabajos fue el de un grupo del Instituto Holandés del Cáncer, que publicó un perfil de expresión de 70 genes en muestras de tejido tumoral que predecía la evolución de los pacientes con cáncer de mama. De esta manera, se definía un grupo de pacientes con “firma” genética de buen pronóstico (supervivencia a 10 años del 94,5%) y otro con “firma” genética de mal pronóstico (supervivencia a 10 años del 50,6 %).

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