AVANCE DE LA GENÓMICA: Una puerta al futuro para la conservación de especies

Un koala con su cría:

La ciencia de la genómica, el estudio de la secuencia de todo el ADN de un ser vivo, está llamada a tener un impacto esencial para los programas de conservación de especies. En primer lugar, permitirá impulsar los análisis de las variaciones genéticas que se producen en distintas áreas geográficas como consecuencia de la adaptación al entorno.

¿Cómo? Porque es capaz de proporcionar cientos de marcadores genéticos que se encuentran distribuidos a lo largo y ancho del genoma y con conocidas funciones biológicas. Un número suficiente de estos marcadores permitiría realizar mejores estimaciones del grado de parentesco y reconstrucciones de familias y árboles genealógicos en poblaciones salvajes. 

 En segundo lugar, la genómica, cuyos avances tecnológicos han sido gigantescos en los últimos años, permitirá ampliar los análisis de las variaciones genéticas más allá de los individuos aislados para incluir las variaciones que potencialmente están sujetas a la selección natural, sean estas problemáticas –como las alteraciones genéticas-- o beneficiosas.

De este modo, la información permitirá hacer una mejor valoración de los riesgos genéticos en las poblaciones en peligro de extinción, incluyendo la identificación de aquellos genes que son portadores de enfermedades o defectos congénitos, de forma que permita mejorar el diseño de las estrategias de manejo de estos animales.

Por ejemplo, se están llevado a cabo investigaciones para tratar de aislar el gen responsable del enanismo en la población cautiva del cóndor de California, cuya incidencia de este problema genético es cada vez mayor. La evolución de los ensayos basados en esta información genética podrá ser usado para el manejo de los animales en la reproducción con el objetivo de reducir la frecuencia de la presencia de este gen problemático. Además, con el resto de la información que aporta la genómica también se podrá actuar para tratar de aumentar la diversidad genética de estos animales.

La genómica en el futuro

Los genomas que han sido secuenciados han sido muy útiles para la humanidad, pero son una mínima parte del total de genomas existentes. La secuenciación de estos genomas aportará una información muy valiosa para el tratamiento de enfermedades, la agricultura y la biotecnología. Las secuencias genómicas completas de mamíferos ayudarán al entendimiento de la evolución y función del genoma humano. En el futuro, la información sobre la secuencia genómica completa podrá aplicarse en el tratamiento individual de pacientes, incluso en recién nacidos, dando lugar a una medicina más individualizada. El conocimiento de secuencias completas también tiene un aspecto negativo, ya que puede llevar a la discriminación de algunas personas identificadas como portadores de secuencias que determinen enfermedades, trastornos y rasgos físicos.

Implicaciones para el futuro: La Era Genómica

¿Cómo contribuye nuestro conocimiento  del genoma humano a que los científicos y médicos logren avances en las ciencias de la salud y en la medicina?

En el pasado, los médicos y científicos no contaban con la ventaja de un mapa genético humano para entender mejor las enfermedades y crear tratamientos adecuados. Si una casa necesita reparaciones o mantenimientos, los técnicos e ingenieros pueden consultar el plano para analizar un problema y evitar trabajos innecesarios, o, lo que es mas importante, evitar que los problemas empeoren. De la misma manera, el plano del cuerpo humano provisto por el Proyecto Genoma Humano será útil para analizar problemas cuando una persona se enferma. En el futuro, cuando un médico trate a un enfermo, podrá consultar el mapa genético del paciente para determinar que variaciones  de genes tiene, y prescribir un tratamiento específico que tenga la mayor probabilidad de ser eficaz para dicha persona. Esto también permitirá a los médicos evitar prescribir un fármaco que podría causar efectos secundarios serios   

Con la Conclusión del Proyecto Genoma Humano, estamos ingresando en la “Era Genómica”

Aplicaciones de la genómica

Existen muchas áreas relacionadas con la genómica que se han ido desarrollando a lo largo de los años, algunas de las más importantes por su potencial tanto económico como social y ambiental son la medicina genómica, la genómica agropecuaria, la genómica forense, la genómica ambiental, la genómica industrial, etc. La Genómica es de gran importancia en la investigación de enfermedades genéticas.

Estudio de enfermedades genéticas:

Las enfermedades genéticas en el ser humano pueden ser de dos tipos: enfermedades mendelianas o enfermedades poligénicas. Las enfermedades mendelianas generalmente son causadas por un defecto en un sólo gen, lo que dificulta su estudio debido a la penetrancia incompleta, aunque este factor también hace que existan distintos niveles de gravedad dependiendo del individuo. La mayoría de las enfermedades genéticas que afectan a humanos son poligénicas (enfermedades cardiovasculares, asma, cáncer, etc.) , por lo que están producidas por distintos genes, la presión ambiental y las interacciones entre estos. Hay tres maneras diferentes de llevar a cabo el mapeo de las variantes genéticas implicadas en una enfermedad: clonación funcional, estrategia del gen candidato y clonación posicional.

Respuesta a fármacos:

El medicamento perfecto sería aquel que, siendo efectivo contra una enfermedad, no produjera efectos secundarios. Ya que esto no se ajusta a la realidad, en la que un mismo fármaco puede causar efectos totalmente diferentes en dos individuos, el objetivo de la farmacogenómica es el de entender la variabilidad de unos pacientes a otros del medicamento e intentar definir el tratamiento que mejor se ajuste a cada individuo.

Genómica

 Es el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio integral del funcionamiento, el contenido, la evolución y el origen de los genomas. Es una de las áreas más vanguardistas de la biología. La genómica usa conocimientos derivados de distintas ciencias como la biología molecular, la bioquímica, la informática, la estadística, lasmatemáticas, la física, etc.

Muchas veces, la genómica es usada como sinónimo de otras áreas de estudio relacionadas a las ciencias ómicas, como la proteómica y la transcriptómica, por ejemplo.

Las ciencias genómicas han tenido un importante auge en los últimos años, sobre todo gracias a las tecnologías avanzadas de secuenciación de ADN, a los avances en bioinformática, y a las técnicas cada vez más sofisticadas para realizar análisis de genomas completos. El desarrollo de la genómica ha contribuido al avance de distintos campos de la ciencia como la medicina, la agricultura, etc; gracias al descubrimiento de secuencias de genes necesarias para la producción de proteínas de importancia médica y a la comparación de secuencias genómicas de distintos organismos.

Por ejemplo en varios países como Estados Unidos, la Unión Europea y Japón se han realizado enormes proyectos para secuenciar el genoma de diversos organismos modelo. Probablemente el más conocido es el Proyecto Genoma Humano. En la actualidad se cuenta además con importantes servidores de acceso público, como el del NCBI (National Center for Biotechnology Information), que permiten que cualquier usuario con conexión a Internet acceda a la secuencia completa del genoma de decenas de organismos y a las secuencias de cientos de milesde genes de distintos organismos.

Avance Proteómica clínica y enfermedad cardiovascular

Se han utilizado distintos abordajes proteómicos para estudiar el proteoma de las células involucradas en la ateroesclerosis. Así, se han estudiando tanto el sobrenadante de cultivo de placas de ateroesclerosis, como monocitos circulantes de pacientes con un síndrome coronario agudo. El resultado de estos trabajos pone de manifiesto la existencia de una expresión diferencial de proteínas en las diferentes situaciones y de la existencia de rutas metabólicas, hasta ahora desconocidas, que están implicadas en la patogenia de esta enfermedad. Diversos trabajos sobre modelos de isquemia-reperfusión cardiaca han identificado alteraciones en diversos grupos funcionales como proteínas del sarcómero y del citoesqueleto, mecanismos de respuesta al estrés, de la regulación redox y del metabolismo energético. En la orina de individuos con enfermedad coronaria ateroesclerótica se ha observado por CE-MS un patrón polipeptídico específico. Estos resultados necesitan ser validados para que en un futuro puedan aplicarse para el diagnóstico diferencial de cuadros anginosos atípicos evitando pruebas invasivas como el cateterismo cardiaco.

¿qué es la proteómica?

  La proteómica es el estudio a gran escala de proteínas, especialmente sus estructuras y funciones. Las proteínas son partes vitales de los organismos vivos, como son los componentes principales de las rutas metabólicas fisiológicas de las células.

El término "proteómica" fue acuñado en 1997 para hacer una analogía con la genómica, el estudio de los genes. El palabra "proteoma" es una mezcla de "proteína" y "genoma" y fue acuñado por Marc Wilkins en 1994 cuando trabajaba en el concepto como un estudiante de doctorado.

El proteoma es el complemento completo de las proteínas, se sabe ahora que el MARN no siempre se traduce en proteínas, y depende de la cantidad de proteína producida por una cantidad dada de MARN el gen que se transcribe desde y sobre el actual estado fisiológico de la célula. Proteómica confirma la presencia de la proteína y proporciona una medida directa de la cantidad presente.

Los científicos están muy interesados en proteómica porque da una comprensión mucho mejor de un organismo de genómica. En primer lugar, el nivel de la transcripción de un gen da sólo una estimación aproximada de su nivel de expresión en una proteína.

Un mARN producidas en abundancia puede ser degradado rápidamente o traducido de manera ineficiente, resultando en una pequeña cantidad de proteínas. Segundo, como se ha mencionado muchas proteínas modificaciones experiencia que afectan profundamente a sus actividades; por ejemplo, algunas proteínas no están activas hasta que se convierten en fosforilada. 

Métodos como phosphoproteomics y glycoproteomics se utilizan para estudiar modificaciones. En tercer lugar, muchas transcripciones dan lugar a más de una proteína, a través de splicing alternativo o alternativas modificaciones. En cuarto lugar, muchos complejos de forma proteínas con otras proteínas o moléculas de ARN y sólo función en presencia de estas otras moléculas. Finalmente, la velocidad de degradación de la proteína desempeña un papel importante en contenido de proteínas.

Modificaciones

No sólo hace la traducción de mRNA que diferencias, muchas proteínas también están sometidas a una gran variedad de modificaciones químicas después de traducción. Muchos de estas modificaciones son fundamentales para el funcionamiento de la proteína.

Fosforilación

Una modificación es la fosforilación, que sucede a muchas enzimas y proteínas estructurales en el proceso de señalización celular. La adición de un fosfato a aminoácidos particulares — comúnmente serina y treonina mediada por cinasas serina/treonina o más raramente tirosina mediado por quinasas de tirosina, produce una proteína para convertirse en un destino de enlace o interactuar con un conjunto diferente de otras proteínas que reconocen el dominio fosforilado.

Porque la fosforilación de la proteína es una de las modificaciones de proteínas más estudiado que muchos esfuerzos "proteómica" están orientados a determinar el conjunto de proteínas fosforilados en una celda particular o tipo de tejido bajo circunstancias particulares. Esto advierte al científico en las vías de señalización que pueden estar activos en esa instancia.

Ubiquitinación

La ubiquitina es una pequeña proteína que puede colocarse en ciertos sustratos de proteína por enzimas llamadas ligasas de ubiquitina E3. Determinar qué proteínas son poli-ubiquitinizada puede ser útil para comprender cómo están regulados los caminos de proteína. Por lo tanto, es un estudio adicional legítimo "proteómica". Del mismo modo, una vez que se determina qué sustratos son ubiquitinizada por cada ligasa, determinar el conjunto de ligasas expresada en un tipo particular de célula será útil.

Modificaciones adicionales

Listado de todas las modificaciones de proteínas que podrían ser estudiadas en un proyecto de "Proteómica" requeriría un debate de la mayor parte de la bioquímica; por lo tanto, una breve lista servirá aquí para ilustrar la complejidad del problema.

Además de fosforilación y ubiquitinación, las proteínas pueden ser sometidos a (entre otros), metilación, acetilación, glicosilación, oxidación y nitrosylation. Algunas proteínas se someten a todas estas modificaciones, a menudo en combinaciones depende del tiempo, ilustrando acertadamente la complejidad potencial que uno tiene que tratar al estudiar la función y estructura de las proteínas.

Distintas proteínas se hacen bajo distintas configuraciones

Incluso si uno es estudiar un tipo particular de célula, la célula puede hacer diferentes conjuntos de proteínas en diferentes momentos, o en diferentes condiciones. Además, como se ha mencionado, cualquier una proteína puede sufrir una amplia gama de modificaciones.

Por lo tanto, un estudio "proteómica" puede llegar a ser bastante complejo muy rápidamente, incluso si el objeto del estudio es muy restringido. En configuración más ambiciosos, como cuando se solicita un biomarcador para un tumor - cuando el científico de la proteómica está obligado a estudiar muestras de sueros de varios pacientes con cáncer - la cantidad de complejidad que debe tratarse es tan grande como en cualquier proyecto biológico moderno.