TEMAS DE BIOLOGÍA

Esta página contiene los siguientes artículos:

1. Proyecto genóma humano
2. ¿Qué es la ingeniería genética?
3. La biologia total

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El Proyecto Genoma Humano (PGH)

Si bien antes de los años 80 ya se había realizado la secuenciación de genes sueltos de muchos organismos, así como de genomas de algunos virus y plásmidos, el comienzo oficial del PGH corresponde a 1990. El Proyecto Genoma Humano (PGH) es el primer gran esfuerzo coordinado entre diferentes países en la historia de la Biología. Fue coordinado por el Instituto Nacional de  Salud y el Departamento de Energía de los EEUU y realizado por laboratorios de Estados Unidos, Gran Bretaña, y varios centros de investigación de Japón, Francia, Alemania y China. Casi al mismo tiempo una compañía privada –CELERA– decidió realizar el estudio en forma independiente del consorcio oficial. 

El advenimiento y progreso acelerado de la metodología del ADN recombinante y sus técnicas asociadas (vectores de clonación, enzimas de restricción, transformación artificial de células procariotas y eucariotas, bibliotecas de genes, sondas moleculares, secuenciación, genética inversa, PCR, etc.) hicieron viable la ejecución del proyecto genoma humano.

Objetivos del PGH

•	Identificar los aproximadamente 30,000 genes presentes en el ADN humano.
•	Determinar la secuencia de los 3 billones de pares de bases químicas que conforman el ADN humano.

•	Almacenar información en bases de datos.

•	Desarrollar herramientas para el procesamiento de análisis de los datos (software, hardware, automatización, etc).

•	Determinar las implicancias éticas, legales, y sociales (ELSI) que pudieran surgir de los resultados del proyecto.

Secuenciación y mapeo del genoma humano

• Secuenciación. Mediante la secuenciación del ADN se establece el orden preciso en que se ordenan los cuatro tipo de bases (A, T, C y G) que componen la cadena de ADN. El orden en que estas bases se disponen determina la información codificada en el material genético.  Esto se hace comúnmente mediante la separación del ADN en fragmentos que se detectan debido a la presencia de un marcador radioactivo o fluorescente. A partir del patrón de los fragmentos de ADN resultantes se puede deducir la secuencia subyacente del ADN.
• Mapeo. El mapeo es la actividad central del Proyecto del Genoma Humano. Consiste en deducir las representaciones esquemáticas del ADN, similar a la construcción de mapas geográficos. Se pueden construir varios tipos de mapas de ADN y las características claves que los distinguen son los diferentes enfoques en que se basan. Los tres tipos principales de mapas de ADN son los mapas físicos, los mapas genéticos y los mapas citogenéticos.
• Marcador genético. Es un segmento de ADN con una ubicación física identificable en un cromosoma y cuya herencia se puede rastrear en una familia. Un marcador puede ser un gen o puede ser un fragmento de ADN sin función conocida. Se usa en el mapeo genético como primer paso para encontrar la posición e identidad de un gen.
• Polimorfismo. Es un sitio a lo largo de la secuencia del ADN donde distintas personas pueden tener secuencias diferentes. Puede tratarse de la sustitución de una base, o la repetición de una secuencia. Los cambios poco frecuentes en general no se llaman polimorfismos. Tienen que presentarse en una frecuencia de al menos uno por ciento para considerarse polimorfismo.
• El mapa genético.  Describe las posiciones de los marcadores genéticos que reflejan las secuencias de ADN que difieren entre los distintos individuos. Van desde diferencias en la secuencia que produce fenotipos identificables hasta diferencias que no tienen un efecto notorio en un individuo. Este tipo de mapas son importantes en estudios genéticos para buscar genes asociados con una enfermedad o detectar variaciones entre individuos.
• El mapa físico. Describe las posiciones de los puntos sobresalientes en una cadena de ADN. Pueden ser genes o marcadores genéticos o secuencias anónimas.
• Localización de genes que predisponen o generan ciertas enfermedades. El Proyecto Genoma Humano tiene como objetivo facilitar la técnica del clonaje posicional. Tomando el ADN de miembros afectados por una enfermedad y de familiares sanos se examinan marcadores genéticos distribuidos en todos los cromosomas, hasta encontrar uno que se detecte particularmente en los individuos que estén afectados. Luego, se analiza este intervalo en el genoma y se escogen genes que representen candidatos potenciales para la enfermedad y se investiga a nivel de la secuencia si existen mutaciones.
• BACs. Grandes fragmentos de ADN clonados en bacterias. Ofrecen ventajas importantes ya que son manipulables para ciertos tipos de estudios en el laboratorio. Se usan a gran escala para construir mapas físicos de los cromosomas humanos, con el fin de establecer la secuencia completa del genoma humano.
• ACs. Grandes fragmentos de ADN que se propagan como cromosomas en la levadura. Han resultado particularmente útiles en la fase temprana del Proyecto Genoma Humano, donde se han usado para construir mapas físicos completos de todos los cromosomas humanos. 

Algunos resultados del PGH

•	El Proyecto Genoma Humano se completó en 2003.
•	El genoma humano consta aproximadamente de 3.000 millones de pares de bases químicas (unidades que constituyen al ADN).

•	Se detectaron alrededor de 30.000 genes, cuyas secuencias ya han sido descriptas.

•	Los genes tienen en promedio 3.000 pares de bases.

•	Se han determinado 100.000 polimorfismos o variaciones normales. Esto significa que todas las personas, a pesar de sus diferencias, tienen un 99,9 por ciento de similitud en su genoma.

•	Un ser humano comparte con el chimpancé el 98% del genoma.
•	Se conoce la función de sólo el 50% del los genes.

•	Sólo el 2% del genoma lleva información para proteínas.

PGH y otros Proyectos Genoma

El PGH incluía también la secuenciación de genomas de organismos modelo de diferentes reinos que facilitaran la comprensión de la funcionalidad del genoma humano. Desde 1990, además del genoma humano, se han descifrado los genomas completos de Saccharomyces cerevisiae (levadura), Escherichia coli (bacteria), de C. elegans (nematodo), de Drosophila melanogaster (mosaca de la fruta), y de varias plantas (Arabidopsis thaliana, arroz, etc.).

Los resultados del PGH y de otros Proyectos Genoma se resumen en la siguiente tabla:

Después del proyecto genoma...

A partir de los resultados del Proyecto Genoma Humano empieza otra etapa importante que consiste en dar sentido biológico, tanto funcional como evolutivo, al cúmulo de información que se obtuvo. Esto da origen a la genómica funcional, una nueva disciplina que estudia los genomas como sistemas (sus regulaciones, relaciones, cambios, etc.), y a la proteómica, que involucra el conocimiento de todas las proteínas de un organismo.

Por lo tanto, a partir del PGH es posible averiguar:

•	La función de los genes

•	La asociación entre genes y enfermedades

•	La función de las regiones no codificantes
•	La información básica para la vida

•	El origen de las especies

•	El origen de poblaciones humanas

Estos conocimientos se irán integrando en diversos Atlas del ser humano y de otros seres vivos, en los que se podrán interrelacionar de modo funcionalmente significativo diversos niveles de comprensión de la materia viva (génico, genómico, regulación, biología celular, fisiología, evolución, etc), dando origen a la denominada Era Postgenómica.

Aplicaciones actuales y futuras del PGH

  

El PGH facilita el conocimiento de los procesos biológicos desde la escala molecular hasta la evolutiva de los seres humanos. Además, permitirá avanzar en el conocimiento del origen de muchas enfermedades, y ofrecerá nuevas perspectivas en el diagnóstico, pronóstico y tratamiento.

Cuando el PGH comenzó en 1990 los científicos habían descubierto menos de 100 genes involucrados en enfermedades de origen genético, en la actualidad ya se dispone de información de más de 14.000 genes de este tipo. Gracias a los avances de la genética ya existen pruebas diagnósticas para diferentes enfermedades de origen genético cuyas cualidades de exactitud, confiabilidad y rapidez las hacen útiles en clínica. Por ejemplo la prueba de ADN es útil para la prueba del síndrome de X frágil, la principal causa de retraso mental hereditario, en la detección de hemofilias causadas por pérdidas de segmentos grandes –o deleciones– del gen respectivo, y en la enfermedad de Huntington.

En resumen, los resultados del PGH permitirían: 

•	Mejorar el diagnóstico de enfermedades.

•	Detectar temprano la predisposición a las enfermedades.

•	Diseñar racionalmente drogas y tratamientos.
•	Identificar personas, resolver crímenes, medicina forense Fuente:  http://www.porquebiotecnologia.com.ar

De los genes a la ingeniería genética

Cuando los científicos comprendieron la estructura de los genes y cómo la información que portaban se traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica. Justamente, de eso se trata la ingeniería genética, que se podría definir como un conjunto de metodologías que permite transferir genes de un organismo a otro y expresarlos (producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. El ADN que combina fragmentos de organismos diferentes se denomina ADN recombinante. En consecuencia, las técnicas que emplea la ingeniería genética se denominan técnicas de ADN recombinante. Así, es posible no sólo obtener proteínas recombinantes de interés sino también mejorar cultivos y animales. Los organismos que reciben un gen que les aporta una nueva característica se denominan organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos. A su vez, la ingeniería genética es lo que caracteriza a la biotecnología moderna que implementa estas técnicas en la producción de bienes y servicios útiles para el ser humano, el ambiente y la industria 

Etapas para la obtención de un organismo transgénico

La siguiente tabla resume los pasos básicos de la ingeniería genética empleados para transformar un organismo, y se ejemplifica con un caso concreto:

Metodología	Caso: obtención de maíz Bt que produce una proteína recombinante que le confiere resistencia a determinados insectos
1.Identificar un carácter deseable en el organismo de origen	1. Identificar el carácter “resistencia a insectos” en el organismo de origen, la bacteria del suelo Bacillus thuringiensis (Bt)
2.Encontrar el gen responsable del carácter deseado (gen de interés), aislarlo y caracterizarlo.	2. Encontrar al gen que lleva las instrucciones para esta característica, aislarlo y caracterizarlo.
3.Combinar dicho gen con otros elementos necesarios (vector) para que éste sea funcional en el organismo receptor	3. Combinar este gen con otros elementos genéticos para que sea funcional en una planta: especialmente una secuencia promotora (y ligarlo a un vector adecuado para transformar plantas)
4.Transferir el gen de interés, previamente introducido en el vector adecuado, al organismo receptor.	4. Transferir este gen a células de maíz (organismo receptor).
5. Crecer y reproducir el organismo receptor, ahora modificado genéticamente.	5. Identificar las células de maíz que recibieron el gen (células transformadas) y regenerar, a partir de estas células, una planta adulta resistente a insectos.

Técnicas de Ingeniería Genética o del ADN Recombinante

La obtención de un organismo transgénico mediante técnicas de ingeniería genética implica la participación de un organismo que dona el gen de interés y un organismo receptor del gen que expresará la nueva característica deseada. Por ejemplo, para el caso particular de la producción de una variedad de maíz que resista el ataque de insectos, el organismo dador es la bacteria del suelo denominada Bacillus thuringiensis (Bt) de la cual se extrae el gen que determina la síntesis de la proteína insecticida, y el organismo receptor del gen es la planta de maíz. Las etapas y técnicas involucradas en este proceso serían:

1. Corroborar que existe un gen que codifica para la característica de interés. Cuando se encuentra una característica en un organismo que resulta interesante para transferir a otro organismo debe verificarse que es producto de un gen. Se identifica el gen de interés por medio de cruzamientos a partir de una característica que se expresa, y se verifican las proporciones mendelianas (ver Cuadernos 40 y 41).  Si la característica se atribuye a una proteína, que es producto directo de un gen, será más sencillo transferir esa característica a un organismo que no la tiene. 

2. Clonar el gen de interés. Clonar un gen significa tenerlo puro en el tubo de ensayos, o mejor aún, dentro de un vector (una molécula mayor de ADN que permite guardar fragmentos de ADN en forma estable y práctica por más tiempo). La tarea de clonar un gen involucra varias técnicas (ver Cuaderno Nº 67):  i) Extracción de ADN; ii) Búsqueda de un gen entre la mezcla de genes del ADN; iii) Secuenciación; iv) Construcción del vector recombinante. El ADN de interés se inserta en plásmidos-vectores  que son moléculas de ADN lineales o circulares en las cuales se puede “guardar” (clonar) un fragmento de ADN. Los más usados son los plásmidos de origen bacteriano.

Los plásmidos pueden extraerse de las bacterias e incorporarse a otras, a través del proceso de transformación. Los plásmidos fueron modificados por los investigadores para ser empleados como vectores (vehículos). Así, el gen de interés puede insertarse en el plásmido-vector e incorporarse a una nueva célula.

El desarrollo de estas técnicas fue posible en gran medida por el descubrimiento de las enzimas de restricción . Las enzimas de restricción reconocen secuencias determinadas en el ADN. De esta manera, conociendo la secuencia de un fragmento de ADN, es posible aislarlo del genoma original para insertarlo en otra molécula de ADN. Hay muchas enzimas de restricción obtenidas a partir de bacterias y que sirven como herramientas para la ingeniería genética.

Las enzimas de restricción reconocen secuencias de 4, 6 o más bases y cortan generando extremos romos     o extremos cohesivos. Estos extremos, generados en diferentes moléculas de ADN, pueden sellarse con la enzima ADN ligasa y generar así una molécula de ADN nueva, denominada recombinante.

Para tener gran cantidad y fácil disponibilidad del ADN de interés, el vector se inserta dentro de bacterias (E. coli), las cuales crecen fácil y rápidamente. O sea, la bacteria se utiliza como “multiplicadora” del vector, y por ende del inserto de interés. Esta es una etapa de “amplificación” del ADN para poder tener gran cantidad para secuenciarlo, caracterizarlo, y luego poder hacer con él ADN recombinante.

En placas de Petri se cultivan las bacterias. Se originan colonias de bacterias iguales (clones). Las bacterias transformadas, que incorporaron el plásmido y el gen de interés, se seleccionan por medio de antibióticos y por reacciones con indicadores de color.

3. Caracterizar el gen de interés. A partir de conocer la secuencia del gen se puede, mediante bioinformática, comparar esta secuencia con las de genes ya conocidos para determinar a qué gen se parece, y se le asigna una posible función. Una vez predicha la función del gen clonado por medio de análisis informático, se debe proceder a confirmar la función real in vivo, o sea corroborar que en un sistema biológico funciona acorde a lo que se prevé. Para ello se suele transferir el gen a un organismo modelo, en el cual se pueda expresar el gen y medir su función. En el ejemplo del maíz, el gen Bt se puede transferir primero a las especies modelo Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum.

4. Modificar el gen de interés. Si así se desea se puede agregar, deletar o mutar secuencias dentro de la región codificante, y agregar secuencias (promotor, terminador, intrones) para que se pueda expresar en el sistema de interés. Por ejemplo: si se clona un gen Bt de una bacteria para luego ponerlo en maíz, se debe agregar un promotor que funcione bien en plantas, es decir, que permita que las células vegetales expresen la proteína Bt. El promotor es una región fundamental del gen ya que determina cuándo y dónde se expresará el gen.

EPÍGRAFE: Inserto preparado para ser transferido.

5. Transformación de un organismo con el gen de interés. Una vez hecha la construcción genética con el gen y promotor deseado, se elige el método de transformación más indicado para el organismo que se desea hacer transgénico.

6. Caracterización del OGM. Una vez obtenido el OGM, se lo analiza desde el punto de vista molecular y biológico. Para el análisis molecular se debe demostrar, entre otras cosas, si tiene una (o más) copias del transgén, y cómo y en qué tejidos se expresa el gen. Para analizar en qué tejido, momento y cantidad se expresa el gen se analiza la presencia del ARN mensajero y de la proteína recombinante codificados por el transgén (Para la caracterización biológica, el OGM se analiza desde el punto de vista del objetivo (en este ejemplo, si el maíz resulta efectivamente resistente a los insectos) y desde el punto de vista que sea necesario acorde al OGM en cuestión. Si será utilizado como alimento y se lo cultivará a campo, entonces se deberá hacer el análisis de riesgo alimentario y ambiental 

Hasta el momento se ha utilizado la ingeniería genética para producir, entre otras aplicaciones:

•	Vacunas, por ejemplo contra la hepatitis B
•	Fármacos, como la insulina y la hormona del crecimiento humano, tanto en células transformadas y crecidas in vitro como en bacterias recombinantes y animales transgénicos
•	Enzimas para disolver manchas, como las que se usan en los detergentes en polvo, mayormente por medio de microorganismos recombinantes (transgénicos) que crecen en biorreactores.
•	Enzimas para la industria alimenticia, como las empleadas en la elaboración del queso y en la obtención de jugos de fruta, entre otras.
•	Plantas resistentes a enfermedades, entre otras características http://www.porquebiotecnologia.com.ar

La biologia Total 

Hace un par de dias casi por casualidad di con esto de la Biologia Total, que no es mas que una ciencia por la cual se identifica al ser humano, sus enfermedades y sus comportamientos a un todo que va más allá de la simple sintomatología. El concepto reúne el conocimiento de varias disciplinas científicas y la observación de los seres, vegetales, animales y humanos, a través de la evolución biológica de la vida en el planeta. 

Y ya que yo quede encantado y maravillado con este enfoque natural y practico de ver la medicina, los dejo con un articulo de Enrique Bouron, Profesor y Conferencista de la Biología Total de los Seres Vivos. Tambien les comparto una de sus interesantes conferencias sobre Decodificación biológica.

Saludos y hasta la proxima

La Biología Total por Enrique Bouron

La Biología Total de los Seres Vivientes es la reunión de varios conceptos científicos que nos permite comprender la mecánica emocional que da origen a las enfermedades y los comportamientos. La simpleza y precisión con que el cerebro biológico actúa en pos de lograr su único objetivo, el mantenernos vivos en el instante siguiente, explica en todos los casos la aparición de respuestas biológicas inhabituales, que solemos llamar “enfermedades” o “patologías”. 

Nada en la Naturaleza escapa a las leyes biológicas y mucho menos las enfermedades. Todas son programas perfectos de supervivencia perfectamente orquestados y definidos por el cerebro. 

Si tomamos en cuenta la cantidad de seres vivientes que se enferman rara vez mientras que los seres humanos coleccionamos patologías de todo tipo, es fácil comprender que lo que nos diferencia de los otros seres vivientes debe estar al origen de las mismas. 

Por supuesto, una intoxicación externa producirá un conflicto biológico puro, como ingerir sustancias tóxicas, comer en demasía o la falta de comida, o la falta de líquido o el exceso de frío o de calor. Pero un conflicto psicológico va a explicar la gran mayoría de los conflictos biológicos. 

La razón de tal situación es la automatización de los reflejos de supervivencia de nuestro cerebro que analiza todo dato que recibe del organismo, ya sea a través de los sentidos, de los sensores celulares y, a diferencia del resto de los seres vivientes, de su pensamiento analítico. Para el cerebro automático, el tener el estómago obstruido por un bolo alimenticio demasiado grande y difícil de digerir es un dato que recibe de los sensores de las células estomacales. La solución es producir células de alta performance en la producción de ácido clorhídrico para poder digerir lo que obstruye y pone en peligro la vida del ser viviente. Ese grupo de células es llamada en medicina “cáncer” y tratado como una anarquía natural. 

La Biología Total demuestra que no solamente no es una anarquía sino que además es de una precisión extraordinaria. 

El cerebro automático no piensa, solo colecciona y analiza datos con los cuales generará programas especiales de supervivencia en caso de ser necesarios. Para él, es lo mismo que los sensores de sus células estomacales le digan: “no puedo digerir” a que lo haga la mente cuando una situación de fuerte estrés que supera el nivel de tolerancia al estrés es vivida con la siguiente interpretación racional: “no puedo digerir… lo que me hicieron”. El cerebro, automáticamente, enviará la orden de generar la solución biológica de supervivencia para el “no puedo digerir”, es decir, un adenocarcinoma. 

Ninguna enfermedad es anárquica, todas tienen orígenes precisos y aunque no siempre esos orígenes son evidentes y fáciles de encontrar, siempre responden a una tonalidad conflictiva en función de la vivencia que se dió a ese conflicto. 

Mientras creamos que las enfermedades son maldiciones, lo seguirán siendo. Cuando comprendamos que son solo programas biológicos que pueden ser desactivados, enfermaremos mucho menos.

Conferencia de Biología Total / Decodificación biológica
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