Un cromosoma sintético de levadura abre la puerta hacia el genoma artificial

La biología sintética, un campo de investigación muy activo actualmente cuyo objetivo es diseñar y fabricar nuevas funciones y sistemas biológicos, da un paso adelante importante con los experimentos de un equipo estadounidense que ha logrado fabricar un fragmento artificial de un cromosoma de levadura y demostrar que funciona cuando se incorpora al ser vivo.
Pero, además, esta versión sintética del trozo de cromosoma no es como la natural, sino que está optimizada y permite la reorganización de su material genético. El experimento se inscribe en la perspectiva de fabricar en un futuro todo el genoma de la levadura.
"Hemos creado una herramienta de investigación que no solo nos permite aprender más acerca de la biología de la levadura y la biología del genoma, sino que también implica la posibilidad de diseñar, algún día, genomas con fines específicos, como desarrollar nuevas vacunas o medicamentos", explica J. D. Boeke, científico de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins (EE UU) y líder del equipo que presenta hoy esta investigación en Nature.
Boeke y sus colegas han trabajado con la levadura Saccharomyces cerevisiae, cuyo genoma completo (unos 6.000 genes) ya se conoce. Su objetivo era diseñar un cromosoma sintético, una nueva versión del natural, pero cumpliendo tres reglas esenciales: que el resultado no comprometiese la supervivencia de la levadura; que estuviese más racionalizado, y que tuviera capacidad de cambio y flexibilidad genética.
Los investigadores empezaron por diseñar en ordenador unas modificaciones en las secuencias de ADN de un fragmento del cromosoma natural 9R de la levadura, que tiene unas 100.000 bases -letras químicas de los genes-, lo que supone el 1% del genoma. En el diseño del fragmento del cromosoma, los científicos planificaron cambios, por ejemplo eliminando tramos repetitivos y poco utilizados del ADN. El paso siguiente fue construir físicamente en el laboratorio el trozo de cromosoma, introducirlo en células de la levadura y comprobar su capacidad de crecer en diferentes condiciones y nutrientes. Además, han hecho también un fragmento de otro cromosoma, el 6L.
Boeke y sus colegas destacan la capacidad de inducir mutaciones y cambios en su cromosoma sintético, convirtiéndose en un sistema muy ágil de mutación y evolución de los organismos, en definitiva, una herramienta nueva para producir diversidad genética y analizar la estructura y funcionamiento del genoma.

Fuente: EL PAÍS. 15-09-2011

EL GENOMA HUMANO

PROYECTO GENOMA HUMANO

La magnitud del Proyecto Genoma Humano promete revolucionar el futuro de una manera tan profunda que algunos han comenzado a nombrar a este siglo como el “siglo de la biología”. Los beneficios abarcan áreas tan diversas como la medicina, la ecología, la agricultura, la evolución y la antropología. Y entre las áreas donde más impacto tiene en la investigación básica se encuentran la ingeniería, la computación, la matemática, la sociología, la ética, el derecho, la educación, la medicina nuclear, la farmacéutica e incluso la educación.

Los objetivos perseguidos con el Proyecto Genoma Humano son múltiples:

• Identificar los aproximadamente 30.000 genes en el ADN humano.
• determinar la secuencia de los tres billones de bases.
• guardar la información generada en bases de datos.
• mejorar las herramientas de análisis de datos.
• transferir tecnologías al sector privado.
• analizar los aspectos éticos, legales, y sociales aparejados al proyecto.

Los dos últimos objetivos distinguen el Proyecto Genoma Humano del resto de las investigaciones científicas. En efecto, ninguno despertó como este tanto interés en la población por la gran controversia generada en torno a si se puede patentar el genoma o no, si es un patrimonio de la humanidad o si pertenece al que lo secuenció primero.

La disputa no es trivial. De hecho, fue una de las más grandes peleas que se generaron entre el consorcio privado encarnado en Craig Venter, un biólogo y empresario estadounidense (presidente de Celera Genomics) y Francis Collins, quien era el director del Proyecto Genoma Humano, financiado por los gobiernos y fundaciones. Dicha pelea terminó cuando los gobernantes de los dos países más fuertes (Estados Unidos y el Reino Unido) se pusieron de acuerdo en definir al genoma humano como de dominio público.

En junio de 2000, Francis Collins, Venter, Bill Clinton (el entonces presidente de los Estados Unidos) y Tony Blair (el entonces primer ministro británico) se reunieron para anunciar que ya se contaba con un primer borrador del genoma. El Proyecto Genoma Humano concluyó en abril de 2003, dos años antes de lo esperado, justo a tiempo para la celebración de los 50 años del descubrimiento de la estructura del ADN.

Luego de concluido el análisis de todo el genoma, en 2005, la cifra final de genes resultó de alrededor 28.000, muy cercana a la de muchos organismos inferiores (y muy inferior a la cifra que se suponía en un comienzo).

Los conocimientos generados a partir del genoma humano y el uso de las herramientas del ADN recombinante permitirían desarrollar técnicas de diagnóstico prematuro para diferentes enfermedades, así como la predicción de posibles síndromes relacionados con predisposiciones genéticas. Esto provee una herramienta eficaz para la cura o el tratamiento dirigido específicamente a la causa de la enfermedad. El descubrimiento de los diferentes genomas permitirá, en un futuro, diseñar fármacos a medida, no sólo para enfermedades específicas, sino para enfermos específicos ya que tal vez se logre diseñar drogas que reconozcan epitopes (las mínimas unidades de antígenos). La biotecnología dejará de optimizar procesos, y de rediseñar rutas de obtención de proteínas, para pasar al diseño de novo de enzimas, proteínas, o fármacos.

Aun cuando los pronósticos son sumamente alentadores, hay también un lado oscuro. La información generada podría ser usada para la discriminación de seres humanos por tener en sus genes predisposición a alguna enfermedad. El aspecto ético es sólo uno de entre muchos otros que trae aparejado el Proyecto Genoma Humano. Así como el microscopio que descrito al comienzo reveló un mundo desconocido para la gente del siglo XVII, el Proyecto Genoma Humano abre nuevas ramas del conocimiento y genera una multitud de preguntas que, por su complejidad, tal vez ni nuestros alumnos ni sus hijos puedan llegar a contestar.

Fuente:http://aportes.educ.ar/biologia/nucleo-teorico/influencia-de-las-tic/podemos-leer-el-libro-de-la-vida-genetica-humana/proyecto_genoma_humano.php

Animación Enzimas de restricción

MARIANO BARBACID. El oncogen K-ras y el cáncer de pulmón.

La cuarta parte de los cánceres de pulmón se deben a un oncogén (gen mutado que causa cáncer) llamado K-ras. Los intentos de dirigir fármacos contra esa diana han sido frustrantes, pero el equipo de Mariano Barbacid en el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), en Madrid, ha encontrado otra forma inesperada de matar a esas mismas células de forma muy selectiva. La investigación en ratones conducirá directamente a un ensayo clínico, tal vez el año que viene.

Una célula normal solo se divide cuando las señales adecuadas del exterior son percibidas por su membrana, transmitidas a su núcleo e interpretadas por el aparato que gobierna su ciclo de vida. Cada uno de esos pasos depende de varios genes, y cada uno se puede hiperactivar por mutaciones en esos genes, que entonces se llaman oncogenes, porque provocan cáncer.

El oncogén K-ras hiperactiva el segundo paso, el que transmite (transduce, en la jerga) las señales externas hacia el núcleo. La mutación hace que la ruta de transducción se active aun en ausencia de señales externas, y por eso está detrás de muchos tumores. El equipo de Barbacid se ha centrado en el tercer paso, en lo que viene después de K-ras: los genes que construyen el propio aparato del ciclo celular. Y han encontrado así una segunda vía para matar a esas células tumorales.

Esa vía consiste en inactivar un componente del aparato que rige el ciclo celular, una proteína llamada Cdk4. Barbacid y su equipo han demostrado que la actividad de esta proteína es estrictamente necesaria para que el oncogén K-ras ejerza su efecto. Y ya hay un fármaco que inhibe a Cdk4, desarrollado por Pfizer por otras razones. Ante esta situación, los científicos ya están organizando un ensayo clínico de fase 1 (la que examina la toxicidad del fármaco) en el hospital de Fuenlabrada, en Madrid.

Barbacid quiso dejar claro ayer que el hallazgo "en ningún momento garantiza que estas observaciones puedan ser reproducidas en pacientes con adenocarcinoma de pulmón, por muy sofisticados que sean los modelos de ratones en que hemos investigado". Los ratones que han usado los científicos son un modelo especialmente realista del cáncer de pulmón humano. Y el equipo ha comprobado que el fármaco de Pfizer funciona en esos ratones. Pero los tumores de esos animales son menos agresivos que los de los pacientes humanos. Por esta razón, Barbacid ve "muy probable que para poder observar un efecto terapéutico con los inhibidores de Cdk4 en ensayos clínicos sea necesario combinarlos con otras terapias".

Pese a todas estas reservas, y aun cuando este ensayo concreto fracasara, el trabajo seguiría siendo valioso porque abre una vía de exploración de fármacos enteramente nueva: atacar a un oncogén dirigiendo los dardos no contra él, sino contra una segunda diana necesaria para que el oncogén funcione, para que ejerza su efecto canceroso en la célula. Barbacid llama a esta nueva técnica "letalidad sintética", porque ni el oncogén K-ras ni la inhibición de la enzima Cdk-4 causan por sí mismas la muerte de la célula. Se precisa la suma (o síntesis) de ambas alteraciones para matarla.

El inhibidor de Cdk4 de Pfizer ya ha sido probado en ensayos clínicos contra el cáncer de mama y el linfoma, sin éxito. Pero los investigadores españoles creen saber ahora por qué no funcionó: ninguno de esos dos tumores lleva el oncogén K-ras. Y bloquear la enzima Cdk4 solo tiene un efecto anticanceroso cuando el cáncer se debe a ese oncogén

Protección de la muerte celular. 08/03/2011

El factor de transcripción Scratch2 es uno de los encargados de controlar la actividad de p53. Un factor de transcripción es una proteína que regula la expresión de otros genes. “La muerte celular programada, o apoptosis, ocurre principalmente tras la activación de la proteína p53, denominada ‘el guardián del genoma’ por ser un potente supresor de tumores. P53 induce la muerte de la célula en respuesta a una gran variedad de señales de estrés celular y daño en el DNA”, explica Ángela Nieto, investigadora del Instituto de Neurociencias del CSIC y la Universidad Miguel Hernández de Elche. Según indica Nieto, dicha proteína está presente en el embrión pese a no ser necesaria durante el desarrollo embrionario, motivo por el cual su actividad debe ser controlada para evitar una muerte celular masiva.


Embriones de pez cebraLos investigadores analizaron las consecuencias de disminuir la función de Scratch2 durante el desarrollo embrionario del pez cebra. “Vimos que la supervivencia de las neuronas depende de Scratch2, incluso cuando no existe daño celular”, comenta Eva Rodríguez Aznar, investigadora del CSIC y coautora del estudio. “Las neuronas recién formadas necesitan protegerse de p53 para sobrevivir. Scratch2 es un miembro de la superfamilia Snail, una familia génica con la que llevamos trabajando veinte años y cuyos componentes están implicados en el desarrollo embrionario y de cánceres. Este factor de transcripción es un inhibidor de la señal de muerte de p53”, comenta Nieto.

Según las investigadoras, la resistencia a la muerte celular es beneficiosa durante el desarrollo embrionario, así como para el funcionamiento normal del individuo adulto. Sin embargo, es importante que el organismo elimine las células dañadas y también las células tumorales. Los represores de muerte celular se vuelven dañinos en este caso, pues hacen a las células cancerosas muy resistentes a las terapias.

Fuente: CSIC

Más información en Cell Death and Differentiation


 

ALZHÉIMER. Identifican nuevos genes. 07/04/2011

Los cuatro genes en cuestión son: AMS4A, CD2AP, CD33 y EPHA1. Para su identificación, un equipo de científicos de 44 universidades e instituciones de investigación ha analizado los datos genéticos de más de 54.000 personas. El hallazgo duplica el número de genes relacionados hasta ahora con la enfermedad. Cada gen individual aumenta el riesgo de sufrir alzhéimer, según los investigadores. Hasta ahora se sabía de cuatro genes asociados con la aparición tardía de tal demencia, siendo el gen de la apolipoproteína E-e4, APOE-e4, el más destacado. (véase Temas 63, Alzheimer).
"Esta es la culminación de años de trabajo sobre la enfermedad de Alzheimer por un gran número de científicos. Sin embargo es solo el principio en la definición de cómo los genes influyen en la memoria y la función intelectual a medida que envejecemos. Estamos muy ilusionados con nuestro progreso, pero aún queda mucho por hacer, tanto en la comprensión de la genética como en la definición de cómo estos genes influyen en el proceso de la enfermedad", apunta el director del estudio, Gerard D. Schellenberg, de la Facultad de medicina de la Universidad de Pensilvania.

Schellenberg y sus colaboradores del consorcio Alzheimer's Disease Genetics Consortium (ADGC) también han participado en la identificación de un quinto gen relacionado con la enfermedad neurodegenerativa junto a otros grupos de científicos de Europa y Estados Unidos. Por otra parte, equipos estadounidenses y europeos ultiman la puesta en común de datos para elaborar un amplio estudio a partir de la combinación de muestras.

Fuente: ADGC / Nature Genetics

GENÉTICA. La importancia del ADN BASURA. 13/05/2011.

Únicamente el 5% del ADN de los vertebrados es codificante. Ello significa que solo una pequeña parte del genoma contiene genes que generan ARN que sirva de mensajero entre el ADN y los mecanismos que se encargan de elaborar proteínas. El 95% restante, considerado hasta hace poco ADN «basura», contiene unas regiones reguladoras que controlan el momento, la cantidad y el lugar donde se debe generar ARN a partir del ADN, un proceso que se denomina transcripción genética.

Un estudio ha realizado un mapa global de las zonas reguladoras del ADN dentro de una región del genoma, el complejo Iroquois. Ese complejo contiene genes esenciales para la formación de tejidos y órganos, en concreto, en el desarrollo embrionario de los vertebrados.

El estudio demuestra la gran cantidad de información que contiene el ADN no codificante y ha descrito la interacción física de las diferentes regiones reguladoras con los genes del complejo, lo que posiblemente potencie la transcripción de los genes. El hecho de que los diferentes genes compartan las regiones reguladoras explica por qué estos genes se han mantenido formando un complejo a lo largo de la evolución.

Por último, los investigadores identificaron una estructura tridimensional dentro del complejo Iroquois, en la que habría dos genes físicamente juntos y un tercero separado de ellos, lo que permitiría a los elementos reguladores actuar sobre unos genes más que sobre otros.

TOMADO DE “INVESTIGACIÓN Y CIENCIA”

EJERCICIOS DE GENÉTICA DE 2º DE BACHILLERATO

Prueba tus conocimientos de genética mendeliana. Aquí tienes más ejercicios.

http://www.maristasourense.com/extras/materias/bioloxia/probgenmen.pdf