Proyecto Genoma Humano
Proyecto Genoma Humano (PGH)
Nota: Para un mayor contexto histórico, véase las teorías sobre la evolución de la vida.
Se tenía conocimiento desde hacía mucho tiempo que los caracteres de los organismos de todas las especies se transmiten de generación en generación (es decir, se heredan). Y también que dicha información estaba contenida en los cromosomas de las células de cada uno de los individuos. Hasta se sabía que la forma de la información genética no era más que una secuencia de nucleótidos (las piezas del ADN) que especifica cada gen. Pero cuál es esta secuencia concreta para un determinado gen, cuántos genes tenemos, qué función tienen estos genes, o cuáles son los errores de la secuencia que originan algunas de las enfermedades más importantes fueron algunas de las muchas preguntas que determinaron los objetivos del Proyecto Genoma Humano. El PGH se inició en 1990 con una duración prevista de 15 años. En 1996, la empresa estadounidense Celera Genomics anunció su intención de secuenciar por su cuenta el genoma humano usando una nueva y rápida técnica desarrollada por sus investigadores. El desarrollo tecnológico y la competencia de la iniciativa privada adelantaron la fecha de finalización del análisis del genoma y en febrero de 2001 se publicaron las secuencias genéticas obtenidas por los dos equipos investigadores. Este primer análisis confirmó que el ser humano tiene unos 30.000 genes, muchos menos de los que se creía anteriormente (100.000). En abril de 2003 los científicos responsables del PGH anunciaron la terminación de la secuencia y la decodificación del 99,99 % del genoma humano. El conocimiento detallado de la secuencia contribuirá a comprender los mecanismos de muchas enfermedades y a elaborar nuevas terapias para combatirlas.
La secuenciación del genoma humano entero proporciona un catálogo completo de nuestros genes. En esencia, el Proyecto Genoma Humano pretendía “leer” y anotar el código que determina la larga cadena de ADN (ácido desoxirribonucleico) y hacer inventario de todos nuestros genes. A partir de aquí se abrió un inmenso mundo de posibilidades y retos.
Los mecanismos que gobiernan el desarrollo del ser humano a partir de la fusión de un óvulo y un espermatozoide radican en la larga cadena del ADN. Comparando su secuencia con la de otros seres vivos podremos remontarnos a los inicios de nuestra evolución. A través del conocimiento de todos nuestros genes podremos desentrañar su función, y este hecho revolucionará, sin duda, el mundo de la medicina. El PGH nos proporcionará la información básica para conocer mejor qué es y cómo se organiza la vida.
Los secretos de la herencia empezaron a desvelarse cuando en 1865 Gregor Mendel publicó el resultado de sus experimentos con el cruce de plantas de guisantes. Pero hubo que esperar hasta 1900 para que Hugo Marie de Vries, Erich Tschermak von Seysenegg y Carl Erich Correns publicaran sus trabajos en los que redescubrían el trabajo de Mendel y sus leyes sobre la herencia.
En 1905 William Bateson dio el nombre de genética (del griego “generar”) a esta ciencia que acababa de nacer. Más adelante, en el laboratorio de Thomas Hunt Morgan, pionero en utilizar la mosca del vinagre como animal de laboratorio, Alfred Henry Sturtevant propuso un modelo según el cual los genes estaban dispuestos de manera lineal siguiendo un patrón de ligamiento; así nació el mapeo genético.
La prueba definitiva que demostró la conexión entre los mapas de ligamiento y los cromosomas fue aportada por Barbara McClintock en 1930 a partir del estudio de los cromosomas de maíz. Los experimentos de Frederick Griffith (1928), de Oswald T. Avery, Collin M. MacLeod y Maclyn McCarty (1944) y de Alfred Hershey y Martha Chase (1952) permitieron concluir que el ADN es el material donde reside la herencia.
Con la ayuda de los descubrimientos de Erwin Chargaff (1940) y Rosalind Franklin (1952), James Watson y Francis Crick propusieron en 1953 la estructura en doble hélice del ADN y establecieron el modo de transmisión de la información genética. Pero no fue hasta mediados de la década de 1960 que Marshall W. Nirenberg y Har Gobind Khorana descifraron el código genético: el orden de los nucleótidos contenidos en los genes determina el orden de los aminoácidos: la combinación de tres nucleótidos particulares especifica un aminoácido concreto.
En 1970, Daniel Nathans y Hamilton O. Smith descubrieron los enzimas que pueden cortar el ADN en lugares específicos –enzimas de restricción–, que más tarde fueron utilizados por Paul Berg para crear la primera molécula de ADN recombinante. De esta manera se abrieron las puertas a la clonación de fragmentos de ADN dentro de bacterias. A su vez, a finales de los años setenta y principios de los ochenta, Walter Gilbert y Frederick Sanger desarrollaron dos métodos para determinar la secuencia de fragmentos de ADN. A partir de entonces empezaron a estudiarse genes individuales clonados a partir de grandes genomas celulares.
A mediados de los años ochenta el panorama científico estaba ya maduro para desarrollar la idea del PGH: se realizaron varios simposios científicos para evaluar el estado de la detección y caracterización de mutaciones, proyectar futuras direcciones para las nuevas tecnologías y trabajar para superar las limitaciones técnicas. La necesidad de dar un gran paso adelante en la caracterización del genoma y en el desarrollo tecnológico para el análisis mutacional en beneficio de la humanidad fue tomando fuerza, y se desarrollaron tecnologías destinadas a la detección de mutaciones heredables en los seres humanos. Empezaron entonces los programas piloto para refinar mapas genéticos y físicos de los cromosomas humanos y se avanzó en la tecnología necesaria para facilitar la investigación del genoma humano. A ello se sumó el mundo de la comunicación en red, y la creación de bases de datos electrónicas empezaron a expandirse y popularizarse.
En 1988 se creó la Organización del Genoma Humano (Human Genome Organisation, HUGO) con el propósito de coordinar las distintas iniciativas que surgieron en diferentes países, entre ellos Estados Unidos, Gran Bretaña, Francia, Alemania o Japón. Este mismo año se creaba en Estados Unidos el que posteriormente sería el Centro Nacional para la Investigación del Genoma Humano. Además, el Congreso estadounidense aprobaba un proyecto –tenía 1990 como fecha de inicio y una duración de 15 años– para secuenciar todo el genoma. Pero el desarrollo tecnológico y la competencia de la iniciativa privada adelantaron la fecha de finalización.
La mayor parte del esfuerzo para el desarrollo del PGH se concentró en unos pocos y grandes centros de investigación de diferentes países, con los que colaboraba una nutrida red de pequeños laboratorios esparcidos por todo el mundo, que trataron mayoritariamente de mapear e identificar genes cuyo funcionamiento anormal es responsable de distintas enfermedades.
El ser humano está formado por diferentes tipos de sistemas, aparatos, tejidos y órganos: sistema nervioso, aparato reproductor o digestivo, huesos, músculos, sangre, corazón, cerebro, etc. A su vez, todos estos componentes, que convenientemente ensamblados constituyen una persona, están formados por todo tipo de células altamente especializadas. Una neurona del cerebro no tiene ningún parecido con un adipocito de nuestra grasa y es totalmente diferente de un osteocito de los huesos. Sin embargo, todas las células tienen en común un aspecto fundamental: sus núcleos poseen la misma dotación de material genético. Comparten, pues, el mismo ADN. Lo que las hace distintas es la diferente expresión de los genes (y el diferente número y tipo de proteínas que contienen y utilizan) tanto durante el desarrollo de un individuo, como durante la vida de estas mismas células.
El genoma humano es el término que se utiliza para describir el conjunto de la información genética (o sea, todo el contenido de ADN) de las células humanas. En realidad, este término comprende dos genomas: el genoma nuclear, que representa más del 99,9 % de la información genética, y el pequeño genoma que se halla en las mitocondrias y que codifica el 0,1 % restante. El genoma mitocondrial fue secuenciado ya en 1981, por lo que el PGH se centra en la secuenciación del ADN nuclear.
Cada núcleo de cada célula de un ser humano contiene 23 pares de cromosomas. Cada cromosoma contiene una única y larga cadena de ADN, que consiste en una doble hélice antiparalela. Ésta, a su vez, se enrolla de manera más o menos empaquetada según la región del ADN o según el estadio (proliferación o quiescencia) en que se encuentre dicha célula. De hecho, el ADN no es más que un largo polímero definido por una secuencia lineal de unidades simples que se repiten. Estas unidades son residuos de azúcar (desoxirribosa) y fosfato. Cada azúcar está unido al siguiente por un enlace covalente, y además está unido a una base nitrogenada.
En el ADN hay cuatro tipos de bases nitrogenadas: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). El conjunto formado por una desoxirribosa, una base nitrogenada y un grupo fosfato es el nucleótido, que por extensión se denomina con la letra de la base nitrogenada que lleva unida. De esta manera, la larga cadena de nucleótidos que forman el ADN se puede “leer” como la combinación de las cuatro letras que tiene una secuencia concreta. Determinar en toda su longitud el orden exacto de los nucleótidos que forman el ADN humano era uno de los objetivos del PGH.
Las bases nitrogenadas del ADN se asocian mediante enlaces químicos, por lo que comúnmente se habla de pares de bases (pb): una base correspondiente a cada una de las dos cadenas. Se estima que el genoma humano tiene unos 3.000 millones de pares de bases. Dos unidades de medida muy utilizadas son la kilobase (kb), que equivale a 1.000 pares de bases, y la megabase (Mb), que equivale a un millón de pares de bases.
La mayor parte del ADN no presenta genes. De hecho, los genes sólo ocupan el 3 % del genoma humano, y dentro de los genes hay partes –los exones– que llevan información para sintetizar las distintas proteínas, y otras –los intrones– que carecen de información.
El orden de los nucleótidos de los exones de un gen determina el tipo de proteína que se sintetizará a partir del ARN mensajero (o tránscrito) de ese gen. Por tanto, el ADN es la molécula donde se guarda la información genética, el material que una célula transmite a sus hijas cuando se divide, y el material que se hereda a lo largo de las generaciones, de padres a hijos, a través de óvulos y espermatozoides.
Con las conclusiones del PGH, no cabe duda de que la medicina experimentará grandes cambios. Se dispondrá de un mejor conocimiento del funcionamiento de los genes y de la susceptibilidad de padecer determinadas enfermedades. Las enfermedades más comunes que dependen de complejas interacciones entre múltiples genes se comprenderán mejor. Se tendrá una mayor información sobre la diversidad genética entre individuos, que conllevará un mejor conocimiento, por ejemplo, de la diferente respuesta de cada persona a determinados fármacos, su eficacia y sus efectos secundarios.
Junto al genoma humano se dispondrá de la secuencia del genoma de otros organismos y podrán compararse entre ellos (genómica comparativa) para identificar relaciones evolutivas, zonas reguladoras de genes, detectar genes no descifrados, etc.
Autor: Cambó