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Biblioteca de la Universidad Complutense de Madrid

Viernes, 26 de febrero de 2021

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Descifrando la vida

Fig. 1 - Molécula de ADN del Museo de Ciencias "Príncipe Felipe" de Valencia.

Se cumplen diez años desde que dos de las revistas científicas más importantes, Science y Nature, publicaran la primera imagen de la secuencia casi completa del genoma humano. Un año antes, el 27 de junio de 2000, en una declaración histórica para el devenir de la Biología, Bill Clinton, presidente de los Estados Unidos, junto con los dos promotores del Proyecto Genoma Humano (Francis Collins, por parte de la iniciativa pública liderada por los Institutos Nacionales de la Salud de EEUU y Craig Venter, principal promotor del proyecto privado de secuenciación a través de su empresa Celera Genomics) anunciaron el primer borrador de la secuencia del genoma humano. ¿Por qué podemos considerar este anuncio como uno de los hitos científicos más importantes de principios del siglo XXI?

 

Secuenciar el genoma: leer nuestro propio código

Corrían los años 80, cuando una iniciativa promovida por el Rector de la Universidad de California (la creación de un centro de investigación dedicado a la secuenciación), llegó a oídos de dos de las entidades científicas más importantes de los Estados Unidos: los Institutos Nacionales de la Salud y el Departamento de Energía del Gobierno estadounidense. La idea de realizar la secuenciación completa del genoma humano parecía, a primera vista, una empresa arriesgada y bastante descabellada desde el punto de vista temporal y económico. Las estimaciones iniciales preveían un gasto de tres mil millones de dólares repartidos en quince años de trabajo. Tal era la magnitud de la idea que algunos autores comparan la iniciativa sobre la secuenciación del genoma humano con el famoso proyecto Apolo que llevó por primera vez al ser humano a pisar la Luna en 1969.

Pero, ¿qué significa secuenciar el genoma? Todos los seres vivos, desde los más simples, como una ameba, a los más complejos, como los humanos, estamos constituidos por células, y el funcionamiento de éstas viene determinado por el material genético que se encuentra dentro de ellas. Este material genético o ADN (ácido desoxirribonucleico) contiene las instrucciones por las que las células llevarán a cabo sus funciones, agrupadas en tejidos y órganos en el caso de los seres vivos superiores. Descifrar qué contiene dicho libro de instrucciones nos abriría las puertas a conocer gran parte del funcionamiento de los seres vivos, y también ayudaría a prever los fallos que puedan producirse, ocasionando diversas enfermedades. Una de las ventajas del lenguaje genético es que su abecedario lo constituyen sólo cuatro letras o bases nitrogenadas: adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T). Se considera que el ADN de Homo sapiens está formado por tres mil millones de pares de bases, por lo que el primer gran objetivo del Proyecto Genoma Humano era conocer la posición de estas letras en el conjunto de genes o genoma de un individuo.

 


Fig. 2 - El ADN contenido en nuestros cromosomas (figura superior izquierda) tiene forma de doble hélice y está formado por cuatro bases nitrogenadas (figura inferior izquierda). La secuenciación del conjunto de genes puede realizarse de forma masiva en centros de investigación punteros (figura superior derecha), mediante la realización de electroferogramas (figura inferior derecha).


El segundo objetivo de este Proyecto consistía en cartografiar los cerca de treinta mil genes que contenía el genoma humano, es decir, situar cada gen en su posición cromosómica, lo que podría suponer una evidente ventaja en el futuro para localizar errores o mutaciones y posibilitar el desarrollo de la terapia génica.

El trabajo desarrollado desde 1990 hasta el 2003 supuso finalmente una inversión económica menor de la inicialmente prevista (con unos costes de dos mil setecientos millones de dólares). Asimismo, las investigaciones lideradas por Estados Unidos, contaron con la colaboración de múltiples centros de investigación repartidos a nivel mundial (Reino Unido, Francia, Canadá, Japón, etc.).

Cuando hace diez años se publicó por primera vez la secuencia del genoma humano, múltiples esperanzas se depositaron en la investigación científica y en la posible curación de muchas enfermedades, entre las que podemos destacar algunas como el cáncer, el Parkinson, el Alzheimer y otras patologías importantes. Sin embargo, los avances en esta década han seguido una progresión lenta. Hoy en día, se reconoce que la secuenciación del genoma humano supuso un antes y un después en el devenir científico, pero aún es demasiado pronto para contar con avances reales en la cura de enfermedades.


 

Fig. 3 - Portadas de las revistas Nature y Science y del periódico "The New York Times", anunciando en sus portadas el desciframiento de la secuenciación del genoma humano en 2001.

 

¿Hacia dónde vamos?: El desarrollo de la Medicina personalizada

Hoy en día, si realizamos una búsqueda en Internet, encontraremos múltiples ofertas empresariales para secuenciar de forma personalizada nuestro genoma, con precios "módicos" que varían entre los cincuenta mil y los trescientos cincuenta mil dólares. ¿Podremos imaginarnos un futuro en el que nuestros DNI contengan nuestra secuencia genética, acudir al médico y conseguir un tratamiento personalizado de una determinada patología basándonos en nuestro propio ADN?

A pesar de que la noticia de 2001 causó un verdadero impacto mediático, los avances no han sido todo lo esperanzadores que parecían. Aún hoy, las terapias médicas son generalizadas y no se basan en la secuencia genética de cada individuo. ¿Pero es posible el desarrollo de terapias personalizadas?

Los avances en estos diez años han conseguido la identificación de mutaciones o errores en genes que dan lugar al desarrollo de enfermedades como el síndrome de Charcot-Marie-Tooth. Sin embargo, en el caso de enfermedades provocadas por mutaciones en diversos genes, como ocurre en el caso del cáncer, esta aproximación ha resultado inútil hasta el momento.

En el futuro se prevé conseguir equipos y tecnologías que disminuyan radicalmente el coste de la secuenciación individualizada del genoma humano, aproximándose a la cifra ideal de mil dólares. Esto podría provocar el avance de la terapia génica, en la que las enfermedades no se tratarían con fármacos convencionales, sino que se introducirían copias funcionales de un gen que se encuentra ausente en un determinado individuo. Por ahora, los ensayos realizados no han resultado demasiado exitosos, puesto que el tratamiento a nivel genético ha provocado, en la mayor parte de los casos, el desarrollo de leucemias posteriores, desconociéndose aún los motivos de la aparición de esta patología en los pacientes tratados.

 

Experimentos para...

...purificar ADN de forma casera

 

Con este sencillo experimento, podremos obtener ADN no purificado en nuestra propia casa. Para ello, sólo necesitaremos una muestra biológica de la que extraeremos su material genético, como puede ser una cebolla o una fruta.

En primer lugar, preparamos la solución tampón, que nos servirá para romper la pared de las células y mantener a éstas en condiciones lo suficientemente suaves para purificar su ADN. Para ello, mezclamos 120 ml de agua destilada o mineral con 1,5 g de sal, 5 g de bicarbonato sódico y 5 ml de detergente líquido.

Fragmentamos en trozos pequeños nuestra muestra y a continuación le añadimos un poco de agua, con el objetivo de pasar la mezcla por la batidora durante intervalos seguidos de diez segundos.

A continuación, mezclamos 10 ml del tampón con 5 ml de la muestra triturada, agitando durante 2 minutos de forma vigorosa. Retiraríamos los fragmentos mayores de la muestra agitada, y a continuación, añadiríamos a 5 ml de esta solución, 10 ml de alcohol, dejándolo caer lentamente sobre la solución preparada. El alcohol quedaría en la parte superior de la solución, por lo que para aislar el ADN de interés, debemos tomar una varilla metálica, introduciéndola entre la parte que separa la capa de alcohol y la capa de solución. Los finos hilos de ADN no puro (ya que contiene restos de otras moléculas, como ARN o proteínas) se irán entrelazando alrededor de la varilla, con un aspecto algodonoso y blanquecino.

 

Fig. 5 - El ADN extraído se quedará entre la capa superior transparente (alcohol) y la capa inferior verdosa (solución tampón), con un aspecto blanquecino.

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