Proyecto_Genoma

Introducción

Desarrollo de procedimientos básicos para el PGH

Antecedentes históricos del proyecto

A finales de los ochenta, y casi simultáneamente, el Profesor Sinheimer y el Profesor Dulbecco, premio Nobel, propusieron a la comunidad científica la secuenciación del genoma humano. Al principio con incredulidad y posteriormente con entusiasmo incontenible, la comunidad científica empezó a desarrollar planes y procedimientos para llegar al conocimiento detallado del genoma humano.

Ello es, sin duda, la mayor aventura de la Biología, en términos de coste y esfuerzo; promete excelentes logros especialmente en medicina, por ejemplo, el desciframiento de enfermedades monogenéticas como la enfermedad de Huntington, así como de enfermedades poligenéticas, incluyendo algunos tipos de cáncer, enfermedades mentales, etc. En realidad significa el paso de una medicina paliativa a una preventiva y predictiva. Este proyecto conllevará grandes avances en tecnología, y también en Ciencia básica.

Debe quedar claro que el conocimiento en detalle de los tres mil millones de pares de bases que componen el genoma humano y la localización de 50 a 150.000 genes que lo constituyen, es sólo el principio del conocimiento del genoma. Es decir, el genoma no sólo regula aspectos morfológicos, como la estructura o la susceptibilidad al medio ambiente, sino también parte del comportamiento y capacidad intelectual.

Cabe advertir que estos logros positivos también presentarán nuevos problemas sociales y éticos, pues el conocimiento del genoma puede afectar no sólo al individuo, sino también a su familia. preguntémonos ya, si cuando el mapa genético personal de cada uno y su futuro queda descifrado ¿quién debe conocerlo?, ¿el médico, el empresario, la esposa o el esposo potencial, la policía, el Gobierno, los agentes de seguros, etc.? Se debe evitar el mal uso de esta información genética que, sin duda, se obtendrá con los avances tecnológicos futuros en un plazo relativamente corto.

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La construcción de un mapa genético completo, o mejor dicho, el conocimiento detallado del genoma humano es el proyecto más ambicioso y sin duda más importante, además de su elevado coste en dinero y esfuerzo de la Biología. Debe quedar bien claro que un mapa gráfico de un país no nos dice nada de las condiciones meteorológicas o de las personas que allí viven, lo mismo sucede con la secuencia de componentes del genoma.

Una vez conocida esta nueva anatomía, comienza el verdadero inicio de la enorme labor a desarrollar y que abrirá una nueva época en la medicina y en otras muchas áreas del conocimiento. Pero para llegar a conocer esta nueva anatomía, se necesitó el conocimiento, entre otros, de los grandes detalles de la maquinaria por la cual se forman las proteínas y se llevan las instrucciones a los ribosomas. Tal labor requirió el trabajo de muchos, durante más de una década, y los talentos de brillantes teoricistas, especialmente Monod y Jacob, y de los experimentalistas Niremberg y Ochoa, los que en el increíble espacio de unos tres años establecieron el código genético.

El desarrollo de la tecnología del DNA recombinante, lo que se llama, aunque en realidad es sólo parte de, corrientemente biotecnología y/o ingeniería genética, en los años 70 permitió obtener nuevas y más poderosas técnicad para obtener mapas genéticos.

Fundamentalmente, se basan en el descubrimiento de las llamadas tijeras bioquímicas (o enzimas de restricción) y en la capacidad de introducir trozos de DNA o unidos a vectores en bacterias para que allí se reproduzcan rápidamente y proporcionen grandes cantidades de DNA.

Cuando se compara el DNA de dos individuos con las enzimas de restricción, se encuentran variaciones al azar de 300-500 pares de bases. Estas variaciones ocurren tanto en los genes, como fuera de ellos; naturalmente, si es en los genes su variación no es de importancia crucial, pero quizás sí esté relacionado con susceptibilidad a ciertas enfermedades. En el 83 se descubrió el primer ligamiento entre un RFLP* en el cromosoma 4 y la enfermedad de Huntington, con los que se generalizó su uso.

Además, se descubrieron diferencias en el número de copias de trozos de DNA repetitivo que también sirven para diferenciar a individuos. los métodos para secuenciar el DNA sugeridos por Sanger (por lo que recibió su segundo premio Nobel en Química) y de Gilbert a quien también le recompensaron con un premio Nobel, desarrollaron los métodos actuales para el análisis de secuencias del DNA.

Este método se basa en la ruptura química de fragmentos de DNA. Con él se determinaron los 5.226 pares de bases de un virus animal, el virus de los simios SV40, y también los 4.632 pares de bases de un plásmido bacteriano. Se hizo posible que un sólo investigador pudiese determinar secuencias de hasta 5.000 bases nitrogenadas en un año, una mejora importante pero aún insuficiente para que se pudiera considerar, por entonces, factible el secuenciamiento del genoma humano.

No obstante, según estimaciones de aquella época, para 1990 sería posible que un individuo generase secuencias de unas 2.000 bases por día. ¿Cuales eran las razones de este salto cualitativo? Este avance resultó de una serie de modificaciones en los métodos de Sanger y Gilbert y, de lo que es muy importante, la automatización.

Cabe destacar, por último, la importancia del desarrollo por Kary Mullis de una técnica, llamada reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite encontrar y replicar tramos específicos de DNA en mezclas complejas. Cantidades diminutas de DNA pueden ser copiadas millones de veces en unas pocas horas. El DNA, para cualquier propósito práctico, podía ser "fotocopiado". Cuando se publicó el procedimiento y se conocieron los detalles, la respuesta universal de los biólogos moleculares fue: "¿Por qué no se me ocurrió a mí?".

La PCR está actualmente automatizada y permite el copiado de segmentos de DNA de varios miles de bases de longitud. Antes de 1988, la PCR era un procedimiento bastante tedioso debido al calentamiento, necesitándose el agregado de nueva polimerasa. En 1988 se aisló una DNA polimerasa termorresistente, de bacterias que vivían en aguas termales, se la purificó y comercializó. Esta forma, llamada "taq", de la DNA polimerasa permitió el desarrollo del aparato automático de la PCR.

(*Polimorfismo de Longitud de Fragmentos por Restricción (RFLP): variación en el tamaño de los fragmentos de DNA cortados por los enzimas de restricción. Las secuencias de nucleótidos que son responsables de los RFLP son útiles como maracadores en la construcción de mapas de ligamiento genético.)

En 1980, David Botstein del Instituto Tecnológico de California, señaló que se podría construir un mapa de ligamiento completo del genoma humano usando enzimas de restricción para cortar el cromosoma en patrones cuya herencia podría ser seguida en familias. En 1987, cuando un mapa parcial ya había ayudado a estrechar la búsqueda de varias enfermedades importantes relacionadas con los genes, el comité del National Research Council (NRC) del National Institues of Health pidió un esfuerzo inmediato para desarrollar un mapa de ligamiento genético como meta de un proyecto concertado sobre el genoma.

El comité del NRC recomendó que los investigadores cartografiasen primero y secuenciasen después, por dos razones. Primero, se preveían rápidos adelantos en la cartografía debido a nuevas técnicas moleculares, mientras que el secuenciamiento requería de mejoras en la tecnología, anticipadas pero aún no disponibles. Segundo, tener un mapa es esencial para un secuenciamiento eficiente.

El comité también recomendó que debían estimularse los desarrollos tecnológicos desde el comienzo. Los métodos existentes de cartografiado y secuenciamiento no eran suficientes para alcanzar las metas anunciadas en el periodo propuesto de 15 años. También sugirieron que se estudiasen organismos modelos, debido al valor que semejante información tendría para el análisis y comprensión del genoma humano.

Un informe subsiguiente, de la Oficina de Análisis tecnológico, en 1988, repitió las recomendaciones generales acerca del cartografiado y secuenciamiento de los genomas del hombre y otros organismos. En un esfuerzo por reducir las críticas de que la empresa era demasiado masiva y sin precedentes (se afirmaba que no había un sólo proyecto del genoma humano, sino muchos proyectos), se desarrolló un consenso que se expresa, sucintamente, en el título del plan quinquenal de las DOE/NIH, dado a conocer en Febrero de 1990. según el documento:"se cree que un proyecto coordinado centralmente y concentrado en objetivos específicos es el modo más eficiente y menos costoso" de lograr los objetivos de cartografiado y secuenciamiento.

Las metas de ese plan quinquenal de los DOE/NIH en relación con el secuenciamiento del DNA eran:

1. Mejorar los métodos disponibles y/o desarrollar nuevos métodos de secuenciamiento del DNA que permitan el secuenciamiento a gran escala a un costo de 50 centavos por cada par de bases.

2. Determinar la secuencia de un agregado de 10 millones de pares de bases (10 Mb) de DNA humano, en trechos continuos largos, en el curso del desarrollo y validación de la tecnología.

3. Secuenciar un agregado de aproximadamente 20 millones de pares de bases (20 Mb) de DNA a partir de diversos organismos modelo, concentrándose en tramos que sean de un millón de pares de bases de largo (1Mb), en el curso del desarrollo y validación de tecnologías nuevas y/o mejoradas del secuenciamiento del DNA.

El 26 de Junio de 2.000 se presentó el primer borrador de la secuencia del genoma humano (secuenciación del 97% del mismo) . Obteniéndose, con creces, las metas del plan, 5 años antes de lo esperado (puesto que también se ha obtenido la primera secuencia completa del genoma de un organismo procariota, Haemophilus influenzae, en 1995, y la primera secuencia completa de un organismo eucariota, Saccharomyces cerevisiae, en 1996).