Genoma humanoDefinición:

Todos los seres vivos poseen un genoma (contenido total de sus genes diferentes cuyo numero y calidad es especifico de cada especie) que determinan sus características morfológicas y funcionales, es decir, hombres, plantas, animales, microbios están determinados por genes.

El genoma humano es el conjunto de genes que integran el patrimonio biológico de cada individuo y que contienen las claves de la herencia.

Proyecto genoma humano:

Durante muchos años solo se mapearon genes relacionados con desordenes genéticos, con la intención de contar con herramienta para diagnosis temprana de algunas enfermedades hereditarias.

A medida que la tecnología avanzo la idea del secuenciamiento se hizo mas factible.

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,

Integrantes:

entre los países que integran el proyecto genoma humano o hugo

Intereses:

Científicos:

Aparte de que el conocimiento de los genes humanos Aumentar el conocimiento, del propio hombre, científicamente también se perseguía un interés medico.

Económico:

Los avances en la biotecnología han resultado un gran negocio para las grandes transnacionales farmacéuticas.ejm la industria privada japonesa, las compañías privadas de Nippon steel corporation, y Kawasaki, entre muchas otras, y varios bancos locales, destinaran recursos económicos para la investigación por la posibilidad de desarrollar maquinas de diagnostico para el mercado medico y para cualquier empresa interesada en aplicar pruebas genéticas, por la ayuda estos recibían a cambio información obtenida

Político:

En el terreno internacional, estados unidos tiene un papel de potencia mundial no solo por el avance del conocimiento del genoma, sino también por la competencia con otros países, en especial con Japón, incluso internamente se aprecia esta competencia política por parte del departamento de energía y los institutos nacionales de salud por conseguir la dirección y los recursos del proyecto

DONANTES DEL GENOMA:

El PGH e IHGSC internacional (sector público) recogieron el semen de hombres y la sangre de mujeres de muchos donantes diferentes, pero solo unas pocas de estas muestras fueron estudiadas después realmente. Así se garantizó que la identidad de los donantes estuviera salvaguardada de modo que nadie supiera qué ADN sería el secuenciado. También han sido utilizados clones de ADN de varias bibliotecas, la mayoría de las cuales fueron creadas por el Dr. J. Pieter de Jong. Se comunicó de manera informal, pero es bien conocido por la comunidad en general, que gran parte del ADN secuenciado provenía de un único donante anónimo de Buffalo, Nueva York, su nombre en clave era RP11. Los científicos encargados utilizaron principalmente los glóbulos blancos de dos hombres y dos mujeres elegidos al azar.

Costo:

El PGH tuvo un costo de alrededor de 3 mil millones de dólares, con los cuales se apoyaron varios proyectos: el estudio de genes relacionados con enfermedades en humanos, así como de diversos genes de organismos experimentales (tales como bacterias, levaduras, gusanos, moscas y ratones); desarrollo de nuevas tecnologías para la investigación biológica y médica; métodos computacionales para analizar genomas; y aspectos éticos, legales y sociales relacionados con la genética.

Formación histórica:

Marzo 1986. El departamento de energía de los estados unidos, DOE efectúa una reunión en santa de para discutir los planes para secuenciar el genoma humano.

Abril.1987. empieza en DOE un programa del genoma a pequeña escala, DOE sugiere, gastar 1.000 millones de dólares en 7 años.

Febrero, 1988. El Consejo Nacional de Investigaciones de los estados unidos anuncia apoyo para el proyecto del genoma humano (HPG).

Marzo.1988.primeros esfuerzos de secuenciación en los institutos nacionales de salud de los estados unidos (NIh).

Abril, 1988, se establece la oficina del genoma humano en NIH, el profesor James Dewey Watson, codescubridor de la estructura de la hélice del DNA en 1953, es nombrado director

Octubre, 1989.los NIH establecen el centro nacional para el genoma humano (NCHGR), con Watson a la cabeza.

Abril, 1990.Se publican los planes de los NIH y del DOE para el secuenciamiento.

Julio de, 1991.Craig Veinter, revela que NIGH ha solicitado patentes en fragmentos aislados de DNA extraídos del cerebro.

Abril, 1992. Watson se retira y se nombra a Francis Collins en su lugar.

Junio, 1992.Venter abandona NIH para fundar el institute for genomic research, (TIGR), en Rockville, estado de Maryland. La compañía farmacéutica Smith line-Beecham financia la empresa con 125 millones de dólares, con la intensión de desarrollar los secuenciamientos comercialmente, a través de una compañía llamada de human genome sciences.

Julio, 1992.Wellcome Trust, de Inglaterra entra en la arena de los genomas con 50 millones de libras esterlinas, para apoyar, entre otros, el secuenciamiento del genoma del nematodo caenorhaditis elegans.el proyecto genoma humano (HGP) es ya una tarea multinacional, de los países avanzados.

Octubre, 1993.NIH y DOE publican revisiones de sus planes de secuenciamiento. Se abre el centro Sanger en Hixton, Inglaterra, financiado y operado por Wellcome Trust y el consejo de investigaciones médicas del reino unido.

Septiembre, 1994.investigaciones franceses y norteamericanos publican un mapa de ligamiento genético completo.

Diciembre, 1995. Investigadores franceses y norte americanos publican un mapa físico con 1500 marcadores moleculares.

Abril.1996 se publica la secuencia completa del genoma de la levadura sacharomyces cerevisiae.

Enero1997.nchgr se convierte en instituto y ahora se llama NIHGR, instituto nacional para la investigación del genoma humano

Junio 1997. TIGR se separa de la empresa del genoma humano, 1998 se forma la compañía celera genomic para secuenciar el genoma humano.

Octubre, 1998. NIH y DOE prometen, para finales del 2003, un tercio del genoma secuenciado y un borrador del resto del genoma. La secuencia completa para el 2005.

1998, Craig Venter propuso una nueva metodología para el secuenciamiento de genes.

Diciembre1998 se publica la secuencia completa del genoma de C.elegans, un organismo multicelular.

Septiembre 2009se inicia el secuenciamiento de un ratón por parte de NIH.

Diciembre de 199. Se publica la secuencia casi completa del primer cromosoma humano, el 22.

Enero del 200celera anuncia la compilación de secuencias que cubren el 99% del GH.

Marzo 200.celera y otros investigadores académicos publican la secuencia sustancialmente completa de la drosophilia melanogaster o mosca de fruta.

Abril del 200.celera anuncia la terminación de un borrados crudo de la secuencia del genoma de un individuo.

Mayo, 200. Celera y hgp anuncian mancomunadamente la terminación de un borrador de la secuencia del genoma humano.

Métodos de secuenciación del ADN:

Dentro de lo que fue el inicio del proyecto genoma humano que surge en estados unidos, dentro de este proyecto se pueden evidenciar 2 métodos utilizados, uno por el proyecto que recibía ayuda del estado, mientras el otro que surgió e hizo sus investigaciones privadamente:

Técnicas de la biología molecular

Enzimas de restricción (cortar)

Son enzimas que cortan el ADN. Son obtenidas de algunas bacterias que las usan como protección a invasión de ADN foráneo. El primero en obtener y purificar estas enzimas fue Hamilton Smith a principios de los ‘70. Estas enzimas reconocen secuencias específicas de 4 a 8 nucleótidos lugar donde producen el corte. Se conocen actualmente más de 400 diferentes tipos.

Clonaje del ADN (copiar y pegar) Es un proceso mediante el cual se usan bacterias como hospederos, para insertar en su material genético o en los llamados plásmidos un segmento de ADN de interés y hacer que dicha bacteria se replique ilimitadamente. Fue Stanley Cohen quien logró insertar plásmidos que transportaban genes de resistencia a antibióticos de una bacteria a otra y posteriormente incluir material genético de otras especies en bacterias16.

El proceso comienza con el aislamiento de un fragmento de ADN de interés mediante las enzimas de restricción; al mismo tiempo se aísla y abre el ADN circular de un plásmido con la misma enzima de restricción usada; inmediatamente se junta ambos materiales permitiendo que los fragmentos se peguen usando una ADN ligasa y se tenga un nuevo círculo de material plasmídico (plásmido quimérico). Las bacterias se dividirán rápidamente con el consiguiente aumento del gen insertado y la producción de la proteína de interés dentro de la bacteria, la cual será purificada para su uso posterior. Todo este proceso tiene el nombre de “Tecnología del ADN recombinante” o “Ingeniería Genética”.

PCR: Clonación sin bacterias

Mediante esta técnica, múltiples copias de un segmento de ADN específico pueden producirse por amplificación, usando un sistema de síntesis consecutiva que no requiere células vivas. Esta incluye una serie de reacciones a partir de la enzimaADNpolimerasa, por lo cual toma el nombre de “Reacción de la polimerasa en cadena” o PCR (iniciales en inglés). Mediante un segmento iniciador o “primer” de nucleótidos complementarios a un extremo de la secuencia deseada en una de las cadenas, y otro iniciador complementario en el otro extremo de la otra cadena, lograremos insertar los nucleótidos complementarios mediante la polimerasa y obtener millones de copias del segmento deseado en aproximadamente 20 ciclos. Mullis logró el premio Nobel por esta técnica en 199317. 

La tecnología moderna de secuenciación del ADN está basada en el método de interrupción controlada de la replicación del A DN desarrollada por Fred Sanger en 1977, por el cual obtuvo el Nobel en 1980. Sanger combinó la maquinaria de replicación natural de las bacterias con algo de tecnología ADN recombinante y bioquímica inteligente para crear un sistema de clonación in vitro. 

Método de Sanger: Secuenciación del genoma Usó nucleótidos especiales (dideoxinucleótidos) para cortar la replicación una vez que aleatoriamente una de estas bases se asociaba al proceso. Para visualizar los diferentes segmentos obtenidos eran radiomarcados y luego separados por electroforesis obteniéndose una placa radiográfica con la posición de acuerdo al tamaño molecular de los distintos segmentos de ADN generados se podía colegir los nucleótidos en forma secuencial18. 

Tecnología genómica  

Secuenciación automatizada del ADN.

La primera gran innovación del método de Sanger la hizo Leroy Hood, al desarrollar nucleótidos fluorescentes que reemplazaron a los radioactivos en 1985. Estos podían ser medidos directamente en el gel de acrilamida por un detector laser; adicionalmente, cada nucleótido fue marcado con un color distinto, lo cual facilitó su identificación. Luego Hood conectó el proceso a una computadora y fundó Applied Biosystems, Inc. (ABI)

En esencia todo el Proyecto Genoma Humano fue realizado en máquinas de ABI. Sin embargo, uno de las principales limitaciones del método de Sanger/ABI, fue que solo podía secuenciar fragmentos de 500 a 800 bases. 

Subclonación “shotgun”.

El proceso de secuenciación de fragmentos grandes de ADN requería cortar con enzimas de restricción, ingresar la información a plásmidos (subclonación) y luego secuenciar.

Para aumentar la fidelidad, el proceso era duplicado. Sin embargo, aparte del tiempo consumido en tales tareas, había muchos errores en los extremos de los fragmentos que deberían empatar con su complemento. Teóricamente, si un fragmento de ADN es copiado muchas veces, luego fragmentando en forma aleatoria (subclonación “shotgun”) y posteriormente secuenciados, si se tiene una suficiente cantidad de muestras, es posible restablecer nuevamente el fragmento original a través de los extremos coincidentes de cada minifragmentos.

A mediados de los 90’ el Institute for Genomic Research (TIGR) logró automatizar todo el proceso de subclonación “shotgun” y secuenció en un tiempo realmente corto para la tarea, la secuencia completa del genoma del Haemophilus influenzae. Celera Genomics Corporation más tarde, desarrolló un sistema de secuenciación basado en este principio, con lo cual impulsó la secuenciación del genoma humano y lograr objetivos más tempranos de los esperados. El equipo de Celera Genomics utilizó para secuenciar el

genoma humano muestras de ADN de tres mujeres y dos hombres (un afroamericano, un chino, un asiático, un hispano-mexicano y un caucasiano). El equipo de Celera utilizó ADN perteneciente a doce personas. Cada persona comparte un 99,99 por ciento del mismo código genético con el resto de los seres humanos. Sólo 1.250 letras separan una persona de otra.

Programa latinoamericano del genoma humano

Fundado bajo la iniciativa de la red latinoamericana de ciencias biológicas durante el simposium”genética molecular y el proyecto genoma humano: perspectivas para América latina”, realizado en junio de 1990 en Santiago de chile.

Países pertenecientes:

Chile, Brasil, México, Venezuela, Costa rica, Colombia, Cuba.

Finalidad:

Evitar transplantamientos con otros proyectos además de establecer una comunicación eficaz entre la UNESCO y los países en vía de desarrollo.

Debido a la desigualdad de las investigaciones entre los países desarrollados y subdesarrollados, los últimos participan pero aportando acervos de información genética de poblaciones que presentan problemas de enfermedades hereditarias, con datos obtenidos a través de genealogías y de una mínima porción de secuenciación de genes.

Terapia génica, terapia farmacológica y medicina predictiva

Una vez que se conocen qué genes producen qué enfermedades, y las características

para diagnosticar una enfermedad conociendo la secuencia de bases, es necesario

realizar una terapia para acabar con esa enfermedad,. Una consecuencia, por tanto, del

PGH es desarrollar terapias contra las enfermedades que ha diagnosticado. Se conocen

la terapia génica, la terapia farmacológica y la medicina predictiva:

La terapia génica es una consecuencia directa del PGH y supone la probabilidad de

curar las enfermedades hereditarias cartografiadas por éste, insertando copias

funcionales de genes defectivos o ausentes en el genoma de un individuo para tratar

dicha enfermedad. Las técnicas actuales de terapia génica no pueden asegurar que el

gen se inserte en un lugar apropiado del genoma, existe la posibilidad de que interfiera

con el funcionamiento de un gen importante o incluso que active un oncogén,

provocando así un cáncer en el paciente. Sin embargo, estas técnicas sólo se utilizan

con pacientes que ya corren peligro inminente de muerte, por lo que la posibilidad de

contraer un cáncer en un futuro incierto no constituye un impedimento muy grave para

aceptar el tratamiento.

El primer caso que se conoce de terapia génica tuvo lugar en los NIH (National Institutes

of Health. En español: Institutos Nacionales de la Salud), en Bethesda, Maryland.

Consistió en la inoculación de glóbulos blancos genéticamente modificados a una niña

que padecía inmunodeficiencia severa combinada (deficiencia de adenosina-desaminasa

o ADA). Esta enfermedad es una enfermedad rara, y la carencia de ADA se puede tratar

con trasplantes de médula ósea. Sin embargo, el trasplante sólo es posible si el paciente

tiene un hermano que no esté afectado por la enfermedad y que sea compatible. Otra

posibilidad es inyectar la proteína directamente, pero las inyecciones no llegan

inmediatamente al lugar necesario y constituyen un mal sucedáneo de los sutiles

mecanismos que controlan y dirigen la producción de ADA en circunstancias normales.

La operación consistió en la extracción de linfocitos T de la paciente, su modificación

genética y su reimplantación. Con esto las células comenzaron a producir la ADA.

Los genes trasplantados sólo afectan a las células somáticas del individuo, de modo que

sólo afectaban a la niña misma y que no lo harían por tanto a su descendencia. Podemos

diferenciar entonces dos tipos de terapia génica, en línea somática y en línea germinal.

Esta última consiste en introducir genes nuevos, biológicamente funcionales, en células

germinales (óvulos y/o espermatozoides) antes de que se produzca la fecundación. El

embrión que surge tras la fecundación partirá de una única célula modificada

genéticamente, por lo que todas sus células posteriores presentarán la misma

modificación, incluyendo las futuras células germinales que producirá, pudiendo

transmitir sus características a las generaciones futuras.

Todos los estudios nacionales han rechazado la terapia en línea germinal, de momento,

ya que opinan que todavía no se dispone de los suficientes conocimientos para evaluar

los riesgos que supone este tipo de terapia.

La terapia farmacológica se ve también facilitada por el PGH ya que éste permite

encontrar alteraciones en la secuencia del ADN de genes específicos y esto conlleva a

que se realice el tratamiento con medicamentos de una manera dirigida, neutralizando

las alteraciones y modificando favorablemente el curso de la enfermedad de forma más

efectiva que los tratamientos de la medicina actual, que están generalmente dirigidos a

aliviar los síntomas.

El PGH permite además, en relación con la farmacología, modificar los medicamentos

para que se ajusten a las características genéticas del paciente y así poder metabolizar

el fármaco de la mejor manera posible, lo que en consecuencia, elimina o minimiza los

efectos secundarios indeseables del mismo. Gracias al PGH el médico tendrá un perfil

genético del paciente antes de iniciar el tratamiento.

La medicina predictiva permite diagnosticar enfermedades, gracias a los

conocimientos del genoma, que aún no se han desarrollado en el paciente. Se distinguen

dos tipos de enfermedades que se pueden diagnosticar mediante la medicina predictiva.

Las monogénicas, que se pueden identificar fácilmente ya que se conocen

perfectamente las leyes deterministas que las regulan; y las poligénicas, para cuyo buen

estudio es necesario realizar sondeos poblacionales. Por ejemplo se pueden encontrar

los genes que regulan el nivel de colesterol en la sangre (unos veinte). Determinadas

combinaciones de variedades de estos genes sitúan al sujeto en un grupo de riesgo de

padecer enfermedades tempranas de las arterias coronarias y ataques cardíacos. La

medicina predictiva también causa una importante controversia en la sociedad ya que

los estudios poblaciones que se realizan para estudiar las enfermedades poligénicas se

pueden utilizar para discriminar a ciertas personas o grupos, lo que se llamaría

discriminación genética.

Repercusiones:

Discriminación genética y patente de genes

Discriminación genética

El ELSI tiene un papel muy importante en el campo de la discriminación genética.

Cuando se dieron los primeros pasos del PGH, los científicos tuvieron muy claro desde el

principio que era necesario realizar un estudio ético y social, inicialmente a pequeña

escala y si era necesario, a mayor; sobre alguna enfermedad que pudiera tener lugar en

la sociedad, para evitar cualquier tipo de discriminación genética. Un ejemplo

interesante de discriminación genética tuvo lugar en Estados Unidos durante los años

setenta y relacionada con una campaña que realizó el gobierno para detectar portadores

del gen de la anemia falciforme

La anemia falciforme, además, tiene un componente relacionado con la raza muy

importante, ya que es la enfermedad genética más frecuente entre la población negra.

Se trata de una enfermedad recesiva bastante cruel ya que los que la sufren no pueden

realizar esfuerzos, ya que corren un grave riesgo de sufrir una insuficiencia respiratoria

aguda que les ocasione repentinamente la muerte. Pues bien, la discriminación genética

aparece cuando el gobierno realizó un estudio poblacional para detectar individuos que

portaran este gen. La anemia falciforme no tiene cura y por tanto, si alguien era

diagnosticado de anemia falciforme no poseía la más mínima esperanza de curación. El

problema se hizo patente cuando el gobierno declaró obligatorio en varios estados

realizar la prueba de detección a los recién nacidos y a los escolares, sin seguir un

programa paralelo de orientación genética que pudiera ofrecer consejo a las familias

afectadas, y cuando el público comenzó a confundir a las personas portadoras

(heterozigóticas) con las enfermas, debido a la completa falta de una campaña

informativa. Por si esto fuera poco, Linus Pauling, que había descubierto el método de

análisis de la hemoglobina, realizó unas desafortunadas declaraciones en las que

sugería que se marcara de alguna manera a los portadores para que no se mezclaran y

no tuvieran hijos entre sí. La información que se recogió en este estudio pasó a formar

parte del historial médico de los niños que estaban afectados. Las compañías de seguros

comenzaron entonces a negarse a formalizar el seguro si conocían que su posible cliente

padecía anemia falciforme, e incluso si era simplemente portador del gen. También el

mercado de trabajo comenzó a discriminar a los enfermos y portadores. A las personas

de color que portaban el gen se les negaba por ejemplo el trabajo en compañías aéreas

porque se pensaba que su sangre reaccionaría mal al encontrarse a bajas presiones

causados por la altura del avión (algo que es erróneo).

Un gran problema que tuvo el caso de la anemia falciforme en los años setenta fue que

no se conocían métodos de estudio del feto y que tampoco estaba permitido el aborto.

Esto se ha podido superar actualmente y es un problema menor para el programa ELSI,

ya que ahora sí existe la posibilidad de detectar la enfermedad en el feto y, además de

que ya está permitido, el aborto terapéutico tiene una aceptación social casi

mayoritaria. En definitiva, es necesario realizar un estudio social y ético y dar la

información necesaria a la opinión pública para que no se produzcan casos de

discriminación genética, si ya no tan llamativos como el de la anemia falciforme en

EEUU, pero sí a menor escala como puede ser la predisposición hacia enfermedades

cardíacas o a las discapacidades mentales.

Patente de genes

El concepto de «patente de genes» aparece también con la secuenciación del genoma

producida por el PGH. Y es que resulta necesario compatibilizar las expectativas

terapéuticas y de avance científico con las expectativas de aspecto económico,

procurando encontrar un equilibrio razonable entre el altruismo que unos buscan en el

conocimiento público de la información proporcionada por el PGH y otros que

encuentran esta información suficiente para sacarle provecho económico. Es necesario

combinar la moralidad con el interés económico. El elemento fundamental de todo esto

se encuentra en las empresas privadas que realizan investigaciones en el genoma

humano. Como tales empresas privadas, necesitan obtener un beneficio que supla las

grandes inversiones que hacen en investigaciones para obtener posteriormente

productos farmacéuticos, desarrollar terapias clínicas u otras aplicaciones. Para esto,

necesitan proteger sus hallazgos para que nadie se aproveche de su esfuerzo. La

cuestión reside en determinar cuál es el marco jurídico apropiado para garantizar

debidamente esas expectativas de beneficio. Es, por tanto, lógico que se tratara de

amparar bajo la protección de las patentes a los descubrimientos relacionados con la

descodificación y aislamiento del ADN, considerándolo una sustancia o estructura que,

como otras, se encuentra en la naturaleza y de cuyo conocimiento se puede derivar

algún uso diagnóstico y con el fin de compensar las inversiones económicas realizadas.

De este modo, los investigadores o instituciones que patentaran la secuencia parcial o

total de cierto gen podrían ser acreedores de los derechos que se derivaran de ella para

la obtención de fármacos. Por otro lado, hay gente que piensa que las patentes no hacen

más que impedir el desarrollo biotecnológico y que la información que se encuentra en

los genes debería ser de acceso público. Las patentes sobre secuencias totales o

parciales de genes continúan estando en una importante controversia y se pueden

encontrar tres posiciones diferentes:

La postura de la UNESCO: afirma que el Genoma Humano es patrimonio de la

Humanidad y que debe quedar excluido de cualquier apropiación pública o privada.

La postura americana: representada por los NIH y Craig Venter (dueño de la

empresa Celera Genomics, empresa biotecnológica involucrada en el estudio del

Genoma Humano). Parten de que los genes, por muy esenciales que sean para la

vida, no son vida humana, y tampoco pueden clasificarse como materia

exclusivamente humana ya que los compartimos con otras especies. Opinan que no

hay nada que choque contra los criterios de patentabilidad impuestos por la USPTO,

por lo que nada debería impedirles proteger la información obtenida y conseguir

beneficios para poder avanzar en sus investigaciones.

La postura europea: se encuentra en una posición intermedia. Niega la patentabilidad

de cualquier genoma individual completo pero admite que se puedan patentar los

genes humanos individualmente si han sido aislados. También mantiene cláusulas de

moralidad que permitan rechazar administrativa o jurisdiccionalmente determinadas

solicitudes de patente. Por un lado se encontrarían los genes “tal y como se

encuentran en la naturaleza”, que actuarían como patrimonio común de la

humanidad y a los que se debe proteger, y por otro lado se encontrarían los genes

“que han sido aislados de su medio natural por procedimientos técnicos”, sobre los

que sí podría implantarse una patente al haberse modificado su naturaleza a través

del procedimiento técnico.Proteoma:

El Proyecto Genoma Humano permite obtener información de la estructura genética de un individuo, pero en principio sólo se queda ahí. Esa información estructural permite conocer la base molecular de muchas enfermedades y en base a eso realizar el mejor diagnóstico posible. Pero, desde un punto de vista biológico, el PGH es la antesala de un proyecto mucho más interesante y dinámico, y es el proyecto proteoma humano. Gracias a la proteómica se puede conocer cómo la secuencia genética se transforma en una proteína que va a desarrollar cierta función.