Proyecto del Genoma Humano

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Introducción

Un genoma es el número total de cromosomas, o sea todo el DNA (ácido desoxirribonucleico), los genes, de un organismo, los cuales llevan la información para la elaboración de todas las proteínas requeridas por el organismo, las cuales determinan el aspecto, el funcionamiento, el metabolismo, la resistencia a infecciones y a otras enfermedades.

El genoma está conformado por 24 pares de cromosomas, los que a su vez contienen alrededor de 80,000 a 100,000 genes, de los cuales solo de 25,000 a 30,000 son codificantes; el genoma humano está conformado por 3 billones de pares de bases, cuya secuencia hace la diferencia entre los organismos.

El Proyecto Genoma Humano (PGH) se inició en el año 1990 como un proyecto de investigación internacional coordinado por el Departamento de Energía y el Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos conjuntamente con instituciones del Reino Unido, Japón, Francia, Alemania y China entre otros países.

La finalidad del PGH era producir una sola secuencia continua para cada uno de los 24 cromosomas humanos y delinear la posición de todos los genes.

Desde el descubrimiento de las leyes de la herencia por Mendel en el siglo XIX hasta el inicio de la era genómica en el siglo XXI, el PGH es el más reciente de los eslabones de conocimiento genético aplicado a la medicina durante los tres últimos siglos, su éxito consistió no sólo en completarse, sino también en aprender a lo largo del camino, pues de ahí surgió el nuevo conocimiento, las tecnologías, sus aplicaciones en áreas afines y su potencialidad para el futuro.

El presente documento plasma los aspectos más importantes del PGH, como lo son su historia, sus resultados, su aplicación al ámbito biomédico y las controversias bioéticas que ha despertado a lo largo de los años.

Desarrollo

El Proyecto del Genoma Humano (PGH) ha constituido ser uno de los retos científico-tecnológicos más grandes que ha enfrentado la humanidad. Si bien este proyecto inició oficialmente en 1990, resulta   fundamental   reconocerlo   en   el   contexto   de   la   evolución   del   conocimiento   en   torno   a   la herencia humana.

Antecedentes históricos

En 1865 Johann Gregor Mendel, un monje Agustino, publica sus experimentos con plantas híbridas y llama a los resultados de sus investigación “Leyes de la herencia”, por lo que se le considera el padre de la genética. (Claros, 2003). Aunque en su época no se le reconoció el arduo trabajo realizado, hoy en día sabemos que los descubrimientos que Mendel realizó dieron inicio a una era de enormes avances científicos y tecnológicos.

Entre 1868 y 1869, el químico suizo Friedrich Miescher aisló núcleos a partir de células presentes en pus de vendajes quirúrgicos, y comprobó que estos contenían una sustancia química homogénea y no protéica a la que denominó nucleína, unos años después llamado ácido nucleico. Veinte años más tarde, el químico alemán Albrecht Kossel demostró que la nucleína de Miescher contenía proteínas y moléculas básicas ricas en nitrógeno, lo que hoy conocemos como bases nitrogenadas; también demostró la presencia de un glúcido de cinco átomos de carbono. (Rasmussen & Alonso, 2002). Sin duda estos sucesos sentaron las bases para lo que hoy conocemos como biología molecular, una ciencia indispensable para la realización del PGH.

En 1909, Thomas Morgan demostró que los cromosomas son los portadores de los genes, esto dio lugar a la teoría cromosómica de Sutton y Boveri; un año después a este suceso, Morgan y algunos de sus estudiantes estudiaron las características de la Drosophila melanogaster, una mosca mutante con ojos de color blancos entre su estirpe de ojos rojos, estudiaron su herencia e hicieron un mapa con la localización de sus genes. Sus investigaciones les permitieron redactar el libro El mecanismo de la herencia mendeliana. (Armendáriz, et. al, 2013). Esto dio paso a lo que hoy se conoce como la edad de oro de la genética clásica, con más descubrimientos y teorías que en ese tiempo parecían ciencia ficción pero que hoy son una realidad bien establecida.

Otro descubrimiento que marcó significativamente la historia de la biología molecular fue el hecho por sir William Thomas Astbury y Florence Bell, ambos de la Universidad de Leeds (Inglaterra). Usaron estudios de difracción por rayos X y propusieron que el ADN era una fibra compuesta de bases nitrogenadas. Astbury fue sin duda uno de los científicos más dedicados a este campo, tanto que fue el primero en autodenominarse biólogo molecular. (Kretschmer, 2004).

Oswald T. Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty demostraron que en el ADN reside la información genética, esto en 1944 en el Instituto Rockefeller. Su trabajo lo basaron en el experimento realizado por el microbiólogo británico Frederick Griffith, en el que descubrió lo que él llamó “el principio transformante”. Griffith usó cepas avirulentas y virulentas de Streptococcus pneumoniae y observó que al infectar a un ratón sano con la cepa avirulenta viva y la virulenta muerta, la primera puede “transformarse” en virulenta; al principio se creyó que este “principio transformante” del S. pneumoniae estaba dado por proteínas, sin embargo, Avery y compañía descubrieron que era gracias al ADN. (Armendáriz, et. al, 2013).

En 1950, mediante cromatografía en papel, Erwin Chargaff (químico austriaco) estableció la Ley de Chargaff o el principio de complementariedad de bases de los ácidos nucleicos, la cual se basa en la relación cuantitativa de los nucleótidos que forman la doble hélice del ADN, establece que la cantidad de adenina (A) es igual a la cantidad de timina (T), y la cantidad de citocina (C) es igual a la cantidad de guanina (G), es decir, el número total de bases purinas es igual al número total de bases pirimidinas. (Claros, 2003). Ese mismo año, lord Alexander Robertus propuso una estructura lineal para la cadena de ADN debido a que descubrió enlaces fosfodiéster entre nucleótidos y ADN. (Armendáriz, et. al, 2013).

A partir de 1950, la comunidad científica comenzaba a aceptar que el ADN era el responsable de transmitir y almacenar nuestra información hereditaria, es por ello que se comenzaron con bastos experimentos para descubrir cuál era su estructura real. A principios de los años 50, la químico-física Rosalind E. Franklin, en el King´s College de Londres, inició una investigación sobre la estructura del ADN, esto mediante difracción de rayos X. Su línea de investigación dio como resultado lo que hoy conocemos como ADN-A y ADN-B; esto es, encontró que el ADN presentaba sus grupos fosfato hacia el exterior y se podía hallar de dos formas helicoidales distintas. (Claros, 2003).

Hubo varios modelos propuestos para la tan buscada estructura del ADN, sin embargo, en 1953 el bioquímico-genético americano James Dewey Watson y el biofísico inglés Francis Harry Compton Crick elaboraron el famoso modelo de la doble hélice de ADN que de manera eficaz y clara explicaba la estructura y funcionalidad de nuestro ADN. (Karp, 2014). Su trabajo estuvo lleno de controversias debido a que se habían limitado a recopilar información de otros investigadores sobre ácidos nucleicos, así como información sin publicar de algunos laboratorios; gracias a eso, cuando recibieron el premio Nobel por su modelo las críticas no se dejaron esperar. (Kretschmer, 2004). El esclarecimiento de la estructura del ADN ha sido uno de los más grandes aportes a la biología molecular y, en general, para la ciencia del siglo XX.

Este suceso trajo consigo una revolución científico-tecnológica, se inició entonces la era moderna de la biología molecular. A pesar de las críticas generadas por su modelo, junto a Watson, de la doble hélice del ADN, Francis Crick demostró ser un científico respetable ya que en 1955 propuso la existencia de la tautometría y de la replicación semiconservativa del ADN (Meselson y Stahl lo confirmaron en el año de 1958); en ese mismo año propuso la existencia también del ARN de transferencia; en 1956 propuso el dogma de la biología molecular; en 1957 propone que el código genético debe de leerse en tripletes, lo que demostró junto a otros investigadores en el año de 1961 y en 1966 propuso la hipótesis del titubeo del tARN al leer el mARN. (Claros, 2003). Como podemos observar, todas son teorías que se han validado a lo largo de los años y que lo avalan como científico.

Al pasar el tiempo se iban descubriendo más y más aspectos de la biología a nivel molecular de los que se pensaron podrían existir, por ejemplo: se descubrieron los sistemas de restricción de las bacterias (Smith, Nathans y Arber en 1968), se elaboró el primer mapa de restricción del ADN que detallaba los genes de una molécula de ADN (Nathans en 1971), Temin y Baltimore en 1970 (de manera independiente) descubrieron la enzima retrotranscriptasa, que funcionaba como ADN pol dependiente de ARN. (Armendáriz, et. al, 2013).

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