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La insulina: punto a favor para los transgénicos

A pesar de los argumentos y posiciones en contra de los transgénicos, es innegable que la insulina es un gran éxito transgénico. Es imprescindible en algunos tipos de diabetes; y desde que se descubrió la esperanza de vida de las personas diabéticas ha aumentado más de 45 años. Por ello, conozcámosla en detalle.

RECORDATORIO DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética permite clonar, es decir, multiplicar fragmentos de ADN y producir las proteínas para las cuales estos genes codifican en organismos diferentes al de origen. Es decir, si en un organismo hay una alteración o mutación de un gen que impide que el código genético lo traduzca a proteínas, con las técnicas del ADN recombinante se obtiene un gen sin la mutación en otro organismo. Así, es posible obtener proteínas de interés en organismos diferentes del original del cual se extrajo el gen, mejorar cultivos y animales, producir fármacos y obtener proteínas que utilizan diferentes industrias en sus procesos de elaboración. En otros términos, mediante la ingeniería genética se obtienen los famosos transgénicos.

Ofrecen muchas posibilidades en el uso industrial de los microorganismos con aplicaciones que van desde la producción recombinante de fármacos terapéuticos y vacunas hasta productos alimentarios y agrícolas. Pero, además, tienen un papel prometedor en la medicina y en la cura de enfermedades.

Y es que la consecuencia de obtener un ADN recombinante, a partir de éste, se fabricará una nueva proteína, denominada proteína recombinante. Ejemplo de esto es el caso de la insulina.

¿QUÉ ES LA INSULINA?

La insulina es una hormona producida en el páncreas y con un papel importante en el proceso metabólico. Insulina proviene del latín insulae, que significa isla. Su nombre se debe a que dentro del páncreas, la insulina se produce en las isletas de Langerhans. El páncreas está relacionado con el funcionamiento general del organismo. Se sitúa en el abdomen y está rodeado por órganos como el hígado, el bazo, el estómago, el intestino delgado y la vesícula.

Gracias a ella utilizamos la energía de los alimentos que entran a nuestro cuerpo. Y esto ocurre porque permite que la glucosa ingrese en nuestro organismo. Es así como nos proporciona la energía necesaria para las actividades que debemos realizar, desde respirar hasta correr (Video 1).

Video 1. La insulina, la glucosa y tú (video en inglés con subtítulos en castellano) (Fuente: YouTube)

¿CÓMO FUNCIONA LA INSULINA?

La insulina ayuda a la glucosa a entrar a las células, como una llave que abre la cerradura de las puertas de la célula para que la glucosa, que es el azúcar en sangre, entre y sea utilizada como energía (Figura 1). Si la glucosa no puede entrar porque no hay la llave que abra la puerta, como pasa con las personas que sufren diabetes, se acumula la glucosa en la sangre. Una acumulación de azúcar en sangre puede causar complicaciones a largo plazo. Por eso es importante que las personas diabéticas se inyecten insulina.

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Figura 1. Esquema del funcionamiento de la insulina en las células (Fuente: Encuentra tu balance)

¿POR QUÉ INSULINA TRANSGÉNICA?

Primeramente, se utilizaba la insulina obtenida de animales como perros, cerdos o vacas. Pero aunque, sobre todo, la insulina de cerdo era muy similar a la humana, no era idéntica y contenía algunas impurezas. Este hecho provocaba rechazo y, en algunos casos, alergias. Además, al ser obtenida del páncreas de los cerdos, por cada páncreas sólo se conseguía insulina para el tratamiento de 3 días (a más del coste del cuidado del animal). El resultado era de bajo rendimiento y altos costes.

Pero con las insulinas de ADN recombinante se obtiene mayor cantidad a un menor coste. Por este motivo, actualmente, se obtiene la insulina original de un humano de la ingeniería genética, pese a que las insulinas animales siguen siendo una alternativa perfectamente aceptable.

Mediante la ingeniería genética se ha conseguido producir insulina a partir de la bacteria E. coli. Fue en 1978 cuando se consiguió obtener la secuencia de la insulina e introducirla en el interior de la bacteria para que ésta produjera la insulina. Es así como E. coli ha pasado de ser una bacteria corriente a una fábrica de producción de insulina. La insulina se extrae de la bacteria, se purifica y se comercializa como medicamento.

Las ventajas de la insulina “humana”, obtenida por ingeniería genética son el fácil mantenimiento de las bacterias, una mayor cantidad de producción y con menores costes. Además, la compatibilidad de esta insulina es del 100%, no obstante puede haber reacciones debido a otros componentes.

A escala industrial, la producción de proteínas recombinantes engloba diferentes etapas. Estas etapas son la fermentación, en que las bacterias son cultivadas en medios de cultivo nutritivo; la extracción para recuperar todas las proteínas de su interior, la purificación, que separa la proteína recombinante de las otras proteínas bacterianas; y finalmente la formulación, donde la proteína recombinante es modificada para conseguir una forma estable y estéril que puede administrarse terapéuticamente.

Cada una de las anteriores fases implica un manejo muy cuidadoso de los materiales y un estricto control de calidad para optimizar la extracción, la pureza, la actividad y la estabilidad del fármaco. Este proceso puede ser simple o más complejo dependiendo del producto y del tipo de célula utilizada. Aunque la complejidad del proceso aumentaría el costo final del producto, el valor no llegará a sobrepasar el gasto de aislar el compuesto desde su fuente original para llegar a cantidades medicinales, que es lo que hemos demostrado con la insulina. Es decir, que producir insulina humana tiene un coste menor que obtener la insulina de cerdos.

La ingeniería genética permite que numerosas proteínas potencialmente terapéuticas puedan elaborarse en grandes cantidades. Actualmente, existen más de 30 proteínas aprobadas para su uso clínico, además de cientos de genes de proteínas terapéuticas que se han expresado a nivel de laboratorio y que se siguen haciendo estudios para demostrar su adecuación clínica.

REFERENCIAS

  • Ramos, M. et al. El código genético, el secreto de la vida (2017) RBA Libros
  • Alberts, B. et al. Biología molecular de la célula (2010). Editorial Omega, 5a edición
  • Cooper, G.M., Hausman R.E. La Célula (2009). Editorial Marbán, 5a edición
  • Naukas
  • Vix
  • Foto portada: UniversList

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La realidad de las mutaciones

¿Recordáis las tortugas ninja? Leonardo, Raphael, Michelangelo y Donatello eran cuatro tortugas que sufrieron una mutación al ser bañadas con un líquido radioactivo. Por suerte o por desgracia, una mutación no nos puede convertir en tortugas ninja, pero sí que puede tener otros efectos. A continuación, os cuento qué son las mutaciones.

¿QUÉ SON LAS MUTACIONES?

Nuestro cuerpo es como una gran fábrica en la que nuestras células son los trabajadores. Éstas, gracias a su maquinaria interna, hacen que la fábrica se mantenga a flote con los menores problemas posibles. El funcionamiento constante de nuestras células las 24 horas del día durante los 365 días del año, causa que, a veces, se produzcan errores en su maquinaria. Esto genera imperfecciones en el código genético, las cuales generalmente pasan desapercibidas. Sí que es cierto que las células hacen todo lo posible para arreglar los fallos producidos, pero a veces son inevitables y conducen a la generación de enfermedades o, incluso, a la muerte de la célula si ésta se ve desbordada y no puede superar las adversidades.

Así pues, las mutaciones son estos pequeños errores, es decir, las mutaciones son cambios estables y heredables que alteran la secuencia del ADN. Este hecho hace que se introduzcan nuevas variantes genéticas en la población, generando diversidad genética.

Generalmente, las mutaciones acostumbran a ser eliminadas, pero ocasionalmente algunas pueden tener éxito y escaparse de los mecanismos de reparación del ADN de nuestras células. Sin embargo, sólo se mantienen estables y heredables en el ADN si afectan a un tipo de células, las células germinales.

Los organismos que nos reproducimos sexualmente tenemos dos tipos de células: germinales y somáticas. Mientras que las primeras transmiten la información genética de padres a hijos, las células somáticas forman el cuerpo del organismo. Debido a que la información de las células germinales, que son las que darán lugar a gametos (espermatozoides y ovocitos) pasa de generación a generación, éstas tienen que estar protegidas contra los diferentes cambios genéticos para poder salvaguardar cada individuo.

Debido a que la mayoría de las mutaciones son perjudiciales, ninguna especie puede permitir que se acumulen mutaciones en gran número en sus células germinales. Es por este motivo que no todas las mutaciones quedan fijadas en la población, sino que muchas de estas variantes suelen ser eliminadas. Ocasionalmente algunas sí que se pueden incorporar a todos los individuos de la especie.

La tasa de mutación es la frecuencia en la que se producen nuevas mutaciones en un gen. Cada especie tiene una tasa de mutación propia, modulada por la selección natural. Esto implica que cada especie se pueda enfrontar de manera distinta a los cambios producidos por el ambiente.

Las tasas de mutación espontaneas son muy bajas, del orden de     10-5-10-6 por gen y generación. De esta manera, las mutaciones no producen cambios rápidos en la población.

EL PAPEL DE LA SELECCIÓN NATURAL

Cambios de nucleótidos en las células somáticas pueden dar lugar a células variantes o mutantes, algunas de las cuales, a través de la selección natural, consiguen ser más ventajosas respecto a sus compañeras y proliferan muy rápido, dándonos como resultado, en el caso extremo, el cáncer, es decir, una proliferación celular descontrolada. Algunas de las células del cuerpo empiezan a dividirse sin detenerse y se diseminan a los tejidos de alrededor, proceso conocido como metástasis

Pero la mejor manera de entender el papel de la selección natural de la cuál hablaba el naturista Charles Darwin es con el ejemplo de las polillas moteadas (Biston betularia). En Inglaterra habitan dos tipos de polillas, las de color gris claro y las de color gris oscuro (Figura 1). Las primeras solían ser las más comunes, pero entre los años 1848 y 1898 se impusieron las polillas de color gris.

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Figura 1. Polillas moteadas (Biston betularia) de color gris clar y oscuro (Fuente: TorruBlog)

Este cambio se produjo al mismo tiempo que las ciudades se volvieron más industriales, en las cuales el carbón se convirtió en el combustible principal para las plantas eléctricas. El hollín de esta roca tiñó de gris oscuro el cielo, el suelo y los edificios de las ciudades. También se vieron afectados los troncos de los árboles, donde se camuflaban las polillas.

La consecuencia de este hecho fue que las polillas de color gris claro no podían esconderse de sus depredadores, en cambio, las que eran de color gris oscuro encontraron una salida exitosa camuflándose bien en los troncos tintados. Con el cambio de color de su escondite tenían más oportunidades de sobrevivir y reproducirse (Video 1).

Video 1. Polillas moteadas y la industrialización (en inglés) (Fuente: YouTube)

Este es un ejemplo claro de cómo los cambios del entorno influyen en la variabilidad de las frecuencias génicas, que varían en respuesta a nuevos factores en el medio ambiente.

TIPOS DE MUTACIONES

No existe un solo tipo de mutación, sino que hay varios tipos de mutación que pueden afectar la secuencia de ADN y, de rebote, el código genético. Sin embargo, no todas las mutaciones tienen el mismo efecto.

De mutaciones hay muchas y de diferentes tipos, que se clasifican por niveles mutacionales. Estos niveles se basan en la cantidad de material hereditario afectado por la mutación y van subiendo de rango según el número de genes implicados. Si la mutación sólo afecta a un gen hablamos de mutación génica, mientras que si afecta a un segmento cromosómico que incluye varios genes nos referimos a mutación cromosómica. Cuando la mutación afecta al genoma, afectando a cromosomas completos por exceso o por defecto, hablamos de mutación genómica.

Un ejemplo de mutación puntual lo encontramos en la fibrosis quística, una enfermedad genética hereditaria que produce una alteración en la secreción de mucosidades, afectando al sistema respiratorio y digestivo. Una mutación puntual afecta el gen que codifica para la proteína CFTR. Las personas afectadas reciben de ambos progenitores el gen defectuoso que, al no tener ninguna copia del gen buena, la proteína no será funcional. El resultado es que las secreciones producidas por el cuerpo humano son más espesas de lo habitual, produciendo una acumulación en las vías respiratorias.

REFERENCIAS

  • Ramos, M. et al. El código genético, el secreto de la vida (2017) RBA Libros
  • Alberts, B. et al. Biología molecular de la célula (2010). Editorial Omega, 5a edición
  • Cooper, G.M., Hausman R.E. La Célula (2009). Editorial Marbán, 5a edición
  • Bioinformática UAB
  • Webs UCM
  • Foto portada: Cine Premiere

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Enfermedades raras: la lucha contra el olvido

Estamos acabando el mes de febrero, y esto significa que el Día de las Enfermedades Raras se acerca. El síndrome de Marfan, el síndrome de Williams, el síndrome de DiGeorge, la enfermedad de Crohn, la anemia de Fanconi, la mucopolisacaridosis, entre muchas otras, componen la lista de estas enfermedades. Pero, ¿por qué se les llama enfermedades minoritarias o raras?

¿QUÉ SON LAS ENFERMEDADES MINORITARIAS?

Una enfermedad minoritaria es esa que afecta a menos de 1 de cada 2.000 personas. Aunque individualmente son raras, hay muchas enfermedades de este tipo (6.000-7.000), de manera que hay muchos pacientes afectados.

Aunque la definición de enfermedad minoritaria es la que acabo de decir, en la industria farmacéutica es esa enfermedad en la que no es rentable desarrollar un fármaco debido al bajo número de pacientes, la poca información disponible que hay, los diagnósticos deficientes, la falta de estudios clínicos y la difícil localización de pacientes. Es por este motivo que las propias familias crean sus propias fundaciones para conseguir el financiamiento para la investigación de estas enfermedades.

Hace unos años estas enfermedades eran socialmente olvidadas, pero, por suerte, actualmente ya son socialmente trascendentales y reconocidas.

Como he dicho, existen alrededor de unas 7.000 enfermedades minoritarias descritas y cada año se describen entre 150 y 250 de nuevas, gracias a las nuevas tecnologías.

Gran número de estas enfermedades afecta a niños, es decir, se manifiestan en edad temprana. Es preciso saber que la mayoría tienen una base genética, causadas por mutaciones en genes específicos como la fibrosis quística o varias distrofias musculares. Pero también hay que están relacionadas con factores ambientales, como algunos tipos de anemia por falta de vitaminas o debido a medicamentos. Este es el caso del mesotelioma maligno, un cáncer de mama, en el que más del 90% de los casos son debidos a la exposición de amianto. Sin embargo, aún hay muchas sin conocer su origen o datos de su prevalencia.

LAS ENFERMEDADES MINORITARIAS EN CIFRAS

El hecho de que estas enfermedades afecten a pocas personas y el desconocimiento de sus síntomas por parte del público y profesionales, se estima que el tiempo que transcurre entre la aparición de los primeros síntomas hasta el diagnóstico es de 5 años. En 1 de cada 5 casos pueden pasar más de 10 años hasta conseguir el diagnóstico correcto. Esto comporta no recibir soporte ni tratamiento o recibir un tratamiento inadecuado y empeorar la enfermedad.

No todos los centros hospitalarios tienen los medios para tratar a los afectados, por esto mismo se calcula que prácticamente la mitad de los sufrientes han tenido que desplazarse y viajar en los últimos 2 años fuera de su provincia a causa de su enfermedad, ya sea en busca de un diagnóstico o de un tratamiento.

Las enfermedades minoritarias suponen un coste económico importante. El coste del diagnóstico y del tratamiento supone alrededor del 20% de los ingresos anuales de cada familia afectada. Esto supone una media de más de 350€ por familia y mes, una cifra muy representativa del alto coste que supone la atención de las enfermedades raras. Los gastos a cubrir en la mayoría de los casos se relacionan con la adquisición de medicamentos y otros productos sanitarios, el tratamiento médico, las ayudas técnicas y la ortopedia, el transporte adaptado, la asistencia personal y la adaptación a la vivienda.

TRATAMIENTO PARA LAS ENFERMEDADES MINORITARIAS

Sólo el 1-2% de las enfermedades minoritarias tienen actualmente algún tipo de tratamiento, por lo tanto, queda mucho por investigar.

Existen 4 tipos básicos de tratamiento para las enfermedades genéticas raras:

TERAPIAS FARMACOLÓGICAS

Consiste en la modificación de una reacción bioquímica normal o patológica por un agente químico externo.

El desarrollo de un medicamento es un proceso muy caro y difícil de cuantificar. Actualmente se tienen que invertir muchos millones para que un nuevo fármaco llegue al paciente.

Pero, ¿qué es un medicamento? Un medicamento es una pequeña molécula orgánica, que típicamente tiene que ser:

  • Específica para resolver un problema molecular (ej: impedir una interacción anormal entre dos proteínas)
  • Muy activa y muy específica para su diana
  • Muy poco tóxica
  • Distribuirse bien por todo el organismo y llegar al tejido diana
  • Barato de producir o, al menos, que se pueda sintetizar en cantidades industriales
  • Estable
  • Nuevo (patentable)
  • Se tiene que comercializar

TERAPIA GÉNICA

Intenta corregir genes defectuosos responsables de enfermedades en la línea somática (no sexual), ya sea por:

  • Pérdida de función: incorporar el gen normal (ej: fenilcetonuria)
  • Ganancia de función: eliminar la mutación responsable, eliminando la proteína (ej: Huntington)

Limitaciones:

  • Se pueden corregir sólo las características reversibles de una enfermedad genética
  • El tamaño del ADN a incorporar en el genoma del paciente
  • Respuesta inmunitaria frente al vector vírico (retrovirus, adenovirus, adenoasociados)
  • Inactivación de un gen esencial que puede provocar un problema mayor que la enfermedad
  • Direccionalmente a células diana apropiadas

TERAPIA CEL·LULAR

Describe el proceso de introducir nuevas células en un tejido afectado, con o sin terapia génica previa. Es necesario introducir muchas células porque el tratamiento sea efectivo y, a veces, estas células pueden ir a tejidos no deseados o tener algún tipo de crecimiento anormal.

CIRUGÍA

Por ejemplo en defectos cardíacos congénitos.

DÍA DE LAS ENFERMEDADES RARAS

Para que las enfermedades raras lo dejen de ser, el último día de febrero se celebra el Día de las Enfermedades Raras, con el objetivo de sensibilizar y concienciar el público sobre las enfermedades poco frecuentes; así como también mostrar el impacto en la vida de los pacientes y reforzar su importancia como prioridad en la salud pública.

Se estableció el 2008 porque, según la Organización Europea de Enfermedades Raras (EURORDIS), el tratamiento de muchas enfermedades poco frecuentes es insuficiente, así como en las redes sociales para dar soporte a personas con enfermedades minoritarias y a sus familias. Además, mientras ya había numerosos días dedicados a personas que padecen enfermedades individuales (como el sida, el cáncer, etc.) antes no había un día para representar personas que padecen enfermedades minoritarias. Se escogió el 29 de febrero porque es un día “raro”. Pero se celebra el último día de febrero en años que no son bisiestos.

A continuación os dejo el video promocional del Día de las Enfermedades Raras del año 2015:

Video 1. Día de las Enfermedades Raras 2015 (Fuente: YouTube)

REFERENCIAS

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Del laboratorio a la gran pantalla (I)

A poco más de un mes para la gran gala del cine, los premios Oscar, os presento algunas películas relacionadas con la genética. Hay gran variedad de largometrajes, sobre todo de ciencia ficción, por este motivo este es el primero de varios artículos sobre cine. En este artículo nos centraremos en algunas películas basadas en enfermedades genéticas.

WONDER (2017)

Dirección: Stephen Chbosky

Reparto: Julia Roberts, Jacob Tremblay, Owen Wilson

Género: Drama

Sinopsis: August Pullman es un niño nacido con malformaciones faciales que, hasta ahora, le han impedido ir a la escuela. Auggie se convierte en el más improbable de los héroes cuando entra en quinto grado del colegio local, con el apoyo de sus padres. La compasión y la aceptación de sus nuevos compañeros y del resto de la comunidad serán puestos a prueba, pero el extraordinario viaje de Auggie los unirá a todos y demostrará que no puedes camuflarte cuando has nacido para hacer algo grande.

Relación con la genética: El protagonista de esta película padece el síndrome de Treacher Collins, una malformación craneofacial congénita rara y que afecta a dos de cada 100.000 nacimientos. En gran parte de los casos, se debe a una mutación genética del cromosoma 5. Concretamente, en el gen TCOF1, implicado en el desarrollo de huesos y otros tejidos de la cara.

Vídeo 1. Tráiler Wonder (Fuente: YouTube)

LOS OJOS DE JULIA (2010)

Dirección: Guillem Morales

Reparto: Belén Rueda, Lluís Homar, Julia Gutiérrez Caba

Género: Terror

Sinopsis: Julia regresa a Bellevue con su marido para visitar a su hermana, que está casi ciega debido a una enfermedad degenerativa de la que intentó operarse sin éxito. Al llegar, descubren que se ha suicidado. Julia no sólo debe afrontar la pérdida de su hermana, sino también la pérdida de toda esperanza para detener su inminente ceguera, pues ella sufre la misma enfermedad y parece compartir su mismo destino.

Relación con la genética: Tanto Julia como su hermana padecen retinosis pigmentaria. Esta enfermedad provoca la pérdida progresiva de visión, afectando a la retina, que es la capa de tejido sensible a la luz en la parte posterior del ojo.

Los primeros síntomas acostumbran a ser la pérdida de visión nocturna y dificulta guiarse con poca luz. Más tarde, la enfermedad produce la aparición de puntos ciegos en la visión lateral. Con el paso del tiempo, estos puntos ciegos se van juntando produciendo una visión de túnel (Figura 1). Finalmente, esto desemboca en una ceguera.

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Figura 1. Comparación de visión normal (izquierda) y visión túnel de una persona que padece retinosis pigmentaria (derecha) (Fuente: EyeHealthWeb)

El patrón de herencia puede ser autosómico dominante, recesivo o ligado al cromosoma X. En el primer caso, con una sola copia del gen alterado en cada célula es suficiente para causar la enfermedad. La mayoría de las personas con retinosis pigmentaria autosómica dominante tienen un padre afectado y otros miembros de la familia con el trastorno.

Vídeo 2. Tráiler Los ojos de Julia (Fuente: YouTube)

LA DECISIÓN DE ANNE (2009)

Dirección: Nick Cassavetes

Reparto: Cameron Díaz, Abigail Breslin, Alec Baldwin

Género: Drama

Sinopsis: La vida de Sara y Brian Fitzgerald cambia radicalmente cuando a su hija Kate le diagnostican una leucemia. La única esperanza de salvación es recurrir a la ingeniería genética para tener otro hijo, Anne. Entre ella y Kate se establece una relación muy estrecha, sobre todo porque ambas tienen que someterse a diversos tratamientos médicos y compartir largas estancias en el hospital. Sin embargo, cuando Anne cumple once años contrata a un abogado para emanciparse médicamente.

Relación con la genética: Las leucemias son el primer tipo de cáncer en el que se describieron alteraciones genéticas, como las translocaciones, que son las más frecuentes (más del 50% de los casos). Además, éstas tienen valor pronóstico y diagnóstico elevado. Existen muchos tipos de leucemias, por lo tanto es un grupo diverso de cánceres hematológicos, que afectan células de la sangre y médula ósea. Es el tipo de cáncer más frecuente en niños; sin embargo afecta a más adultos que niños.

Una primera clasificación es en base al linaje: linfoide (células formadoras de sangre) o mieloide (células de la médula ósea). A la vez, estás (linfoides o mieloides) también se clasifican según la presentación clínica: aguda (síntomas en corto período de tiempo y síntomas graves) o crónica (el tiempo es más largo).

En adultos son más frecuentes la leucemia mieloide aguda (AML) y la leucemia linfocítica crónica (CLL), mientras que en niños es la leucemia linfoblástica aguda (ALL).

Vídeo 3. Tráiler La decisión de Anne (Fuente: YouTube)

EL ACEITE DE LA VIDA (1992)

Dirección: George Miller

Reparto: Nick Nolte, Susan Sarandon, Peter Ustinov

Género: Drama

Sinopsis: Lorenzo comienza a desarrollar a los tres años una grave enfermedad neurológica para la cual no existe ningún tratamiento conocido. En muy poco tiempo, el niño queda postrado en la cama: no puede andar, ni ver ni hablar. Sus padres, sin embargo, no se rinden y luchan sin tregua hasta agotar todos los recursos a su alcance. A pesar de que ninguno de los dos es médico, empiezan a estudiar genética, biología, neurología… y buscan ayuda en todos los frentes médicos posibles.

Relación con la genética: Lorenzo padece adrenoleucodistrofia (ADL) o también conocida como la enfermedad de Schilder. Es una enfermedad que afecta principalmente a niños varones, ya que tiene un patrón de herencia ligado al cromosoma X. Es en este cromosoma dónde se localiza el gen ABCD1, involucrado en el transporte de los ácidos grasos de cadena muy larga en los peroxisomas (orgánulos que participan en el metabolismo de los ácidos grasos).

Afecta principalmente al sistema nervioso y las glándulas suprarrenales, que son pequeñas glándulas localizadas en la parte superior de cada riñón. En este trastorno, se produce un deterioro de la mielina, el recubrimiento que aísla los nervios en el cerebro y la médula espinal, lo que reduce la capacidad de los nervios de transmitir información al cerebro. Además, el daño a la capa externa de las glándulas suprarrenales causa una escasez de ciertas hormonas, dando como resultado debilidad, pérdida de peso, cambios en la piel, vómitos y coma.

Vídeo 4. Tráiler El aceite de la vida (Fuente: YouTube)

REFERENCIAS

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Descifrando el código genético

De la misma manera que Alan Turing descodificó Enigma, la máquina de cifrado que utilizaba el ejército alemán en la Segunda Guerra Mundial, varios científicos consiguieron descifrar el código genético. La solución a este entramado ha permitido entender cómo funcionan las células y hacer posible la manipulación genética.  

INTRODUCCIÓN

Un código es una serie de símbolos que por separado no representan nada, pero al combinarlos pueden generar un lenguaje comprensible solo para aquellos quienes lo entiendan. Esto es lo que pasa con el código genético.

Aunque nos parezca mentira, todos los seres vivos (a excepción de algunas bacterias) biológicamente funcionamos de la misma manera. Y es que ya lo decía Jacques Monod, que todo lo que se constata como veraz para E. coli también debe ser cierto para los elefantes.

Desde las células de la ballena azul, el animal más grande del planeta, hasta las células de un colibrí, pasando por los seres humanos, son iguales. Esto es gracias al código genético, que permite que la información de cada gen sea transmitida a las proteínas, las ejecutoras de esta información.

Este flujo de información fue nombrado por Francis Crick en 1958 como el dogma central de la biología (Figura 1). En él afirmaba que la información fluye del ADN al ARN, y después del ARN a las proteínas. Es así como se transmite y expresa la información genética unidireccionalmente. Sin embargo, posteriormente se añadieron modificaciones. Crick afirmaba que sólo el ADN puede duplicarse y transcribirse a ARN. No obstante, se ha visto que en virus también se produce la replicación de su ARN y que éste puede realizar una transcripción inversa para generar ADN de nuevo.

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Figura 1. Dogma central de la biología. En rojo se muestra el camino que señaló Francis Crick (replicación del ADN, transcripción a ARN y traducción a proteínas); y en gris las modificaciones posteriores (Fuente: Quora)

LOS 3 LENGUAJES DE LAS CÉLULAS

En el interior de las células se hablan tres idiomas diferentes, pero que se pueden llegar a relacionar mediante el código genético.

El que ya conocemos es el lenguaje del ácido desoxirribonucleico (ADN), enrollado en una doble cadena y compuesto por 4 letras que corresponden a las bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G).

Otro lenguaje muy parecido a este último es el del ARN. Difiere del ADN principalmente en tres aspectos: (i) se compone de una cadena única en vez de ser de doble cadena, (ii) sus azúcares son ribosas en vez de desoxirribosas (de ahí el nombre de ácido ribonucleico) y (iii) contiene la base uracilo (U) en vez de T. Ni el cambio de azúcar ni la sustitución de U por T altera el apareamiento con la base A, por lo que la síntesis de ARN puede ser realizada de manera directa sobre un molde de ADN.

El último lenguaje que nos resta por conocer es el de las proteínas, formado por 20 aminoácidos. Los aminoácidos constituyen todas y cada una de las proteínas de cualquier organismo vivo. El orden de los aminoácidos que forman la cadena de la proteína determina su función (Figura 2).

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Figura 2. Tabla de los 20 aminoácidos (Fuente: Compound Interest)

EL CÓDIGO GENÉTICO

Como venimos diciendo, el código genético son las reglas que sigue la secuencia de nucleótidos de un gen, a través del intermediario ARN, para ser traducida a una secuencia de aminoácidos de una proteína. Existen varios tipos de ARN, pero el que nos interesa es el ARN mensajero (ARNm), imprescindible en el proceso de transcripción.

Las células decodifican el ARN leyendo sus nucleótidos en grupos de tres (Figura 3). Como que el ARNm es un polímero de cuatro nucleótidos diferentes hay 64 combinaciones posibles de tres nucleótidos (43). Esto nos lleva a una de las características del código genético: está degenerado. Esto significa que hay varios tripletes para un mismo aminoácido (codones sinónimos). Por ejemplo la prolina es codificada por los tripletes CCU, CCC, CCA y CCG.

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Figura 3. El código genético, con la tabla de los 20 aminoácidos (Fuente: BioNinja)

El código genético no es ambiguo ya que cada triplete tiene su propio significado. Todos los tripletes tienen sentido, o bien codifican un aminoácido en particular o bien indican terminación de lectura. La mayoría de los aminoácidos se codifican por al menos dos codones. La metionina y el triptófano son los únicos aminoácidos que se codifican sólo por un codón. Pero cada codón codifica sólo para un aminoácido o señal de stop. Además, es unidireccional, todos los tripletes se leen en sentido 5’-3’.

El codón AUG sirve como codón de inicio en el que comienza la traducción. Sólo hay un codón de inicio que codifica para el aminoácido metionina, mientras que existen tres codones de stop (UAA, UAG y UGA). Estos codones hacen que el polipéptido (polímero formado por cadenas largas de aminoácidos) se libere del ribosoma, lugar donde ocurre la traducción.

La posición del codón de inicio determina el punto dónde comenzará la traducción del ARNm y su marco de lectura. Este último punto es importante porque la misma secuencia de nucleótidos puede codificar polipéptidos completamente diferentes dependiendo del marco en el que se lea (Figura 4). Sin embargo, sólo una de las tres pautas de lectura de un ARNm codifica la proteína correcta. El desplazamiento en el marco de lectura provoca que el mensaje ya no tenga sentido.

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Figura 4. Posibles marcos de lectura (Fuente: marcoregalia.com)

Como decíamos al principio, una de las principales características del código genético es que es universal, ya que casi todos los seres vivos lo utilizan (a excepción de algunas bacterias). Esto es importante porque un código genético compartido por tan diversos organismos proporciona una importante evidencia de un origen común de la vida en la Tierra. Las especies de la Tierra de hoy en día probablemente evolucionaron de un organismo ancestral en el cual ya se encontraba presente el código genético. Debido a que es esencial para la función celular, debería tender a permanecer sin cambios en las especies a través de las generaciones. Este tipo de proceso evolutivo puede explicar la notable similitud del código genético en los organismos presentes en la actualidad.

A pesar de que el ser humano en sí continua siendo un enigma para la ciencia, la revolución del desciframiento del código genético ha permitido adentrarnos en el funcionamiento de nuestro cuerpo, en concreto el de nuestras células, y traspasar las fronteras hacia la manipulación genética.

REFERENCIAS

  • Alberts, B. et al. Biología molecular de la célula (2010). Editorial Omega, 5a edición
  • Cooper, G.M., Hausman R.E. La Célula (2009). Editorial Marbán, 5a edición
  • Gotta Love Cells
  • BioNinja
  • Foto portada: eldiario.es

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Los priones: unas proteínas especiales

¿Recordáis el caso de las vacas locas? Hace unos años causó mucho alboroto ya que la enfermedad que afectaba a estos animales se transmitía a las personas. Más tarde se descubrió que la causa fueron los llamados priones. A continuación os explico qué son y las enfermedades que ocasiona. 

¿QUÉ SON LOS PRIONES?

Los priones son proteínas, pero con características diferentes. Las proteínas son moléculas formadas por aminoácidos, que se unen por enlaces peptídicos. Todas las proteínas están compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Se encuentran prácticamente presentes en todas las células del cuerpo y participan en todos los procesos biológicos que se producen. Mientras que el ADN transporta la información genética de la célula, las proteínas ejecutan las tareas dirigidas por esta información.

De todas las macromoléculas, las proteínas son las más variadas. A cada célula hay miles de proteínas diferentes, con una amplia gama de funciones. Entre ellas, la de ser componentes estructurales de células y tejidos, actuar en el transporte y almacenamiento de pequeñas moléculas, transmitir la información entre células y proporcionar una defensa delante de una infección. No obstante, la función fundamental de las proteínas es actuar como enzimas, que catalizan casi todas las reacciones químicas en los sistemas biológicos.

Los priones, pues, son proteínas con características patógenas e infecciosas (Vídeo 1). No son virus ni organismos vivos, sino proteínas sin ácido nucleico, es decir, sin ADN. Se encuentran principalmente en la superfície de células del sistema nervioso central, sobre todo en neuronas; aunque también están situadas en otros tejidos corporales de animales adultos. Se han detectado niveles significativos en el corazón y músculo esquelético, y en menor medida en otros órganos, excepto el hígado y el páncreas.

Vídeo 1. ¿Qué son los priones? (Fuente: YouTube)

LA PROTEÍNA PRIÓNICA CELULAR

En las enfermedades causadas por los priones se produce un cambio de configuración en la proteína priónica celular PrPc (Figura 1). Esta proteína ejerce un papel protector para las células y las ayuda a responder frente a la deficiencia de oxígeno. La consecuencia de los priones sobre esta proteína es la alteración de su funcionalidad, dando lugar a la proteína de configuración alterada PrPSc. No obstante, las dos configuraciones de esta proteína tienen la misma secuencia de aminoácidos. Su secreto es que, aunque sean proteínas, están mal dobladas, es decir, su conformación es errónea.

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Figura 1. A la izquierda la proteína normal PrPc y a la derecha la proteína PrPSc con la configuración alterada (Fuente: Searching for the Mind with Jon Lieff, M. D.)

ENFERMEDADES PRIÓNICAS

Las enfermedades priónicas son procesos neurodegenerativos, producidos por el metabolismo aberrante de una proteína priónica. Éstas afectan a seres humanos y animales y tienen una evolución clínica fatal, con la muerte como final.

Aunque existen varias enfermedades priónicas, los síntomas y manifestaciones clínicas son compartidos (Tabla 1). Entre las manifestaciones clínicas destacan la demencia, ataxia (descoordinación en el movimiento de las partes del cuerpo), insomnio, paraplegías y conductas anormales. El cerebro adquiere un aspecto espongiforme, es decir, un aspecto de esponja. Esto es debido a la acumulación de las proteínas priónicas a las neuronas, donde se forman las placas amiloides.

Las placas amiloides son causadas por la acumulación del péptido amiloide, una proteína esencial para el funcionamiento celular en todo el cuerpo. Se cree que esta acumulación en el cerebro genera toxicidad para las células nerviosas.

Hasta el momento no hay ningún tratamiento que cure, mejore o controle los síntomas y signos de estas afecciones.

Tabla 1. Enfermedades priónicas y sus manifestaciones clínicas (Fuente: Rubio, T. & Verdecia, M. Enfermedades priónicas. MEDISAN 2009; 13(1))

ENFERMEDAD SÍNTOMAS EDAD DURACIÓN
Creutzfeldt-Jacob

Demencia

Ataxia

< 60 años

1 mes – 10 años

(media 1 año)

Kuru

Ataxia

Demencia

40 años (29-60) 3 meses – 1 año
Insomnio familiar fatal Insomnio

No autonomía

Ataxia

Demencia

45 años (35-55) 1 año

ENFERMEDAD DE CREUTZFELDT-JACOB

Durante el siglo XVIII, los ganaderos europeos describieron una enfermedad neurodegenerativa que afectaba a ovejas y cabras, llamada scrapie (temblor). Los animales afectados se frotaban de manera compulsiva contra rocas, árboles o vallas, provocando que se les cayera la lana. Además, el cerebro de estos animales tenía aspecto de esponja, donde se derivó el término espongiforme.

Pero no fue hasta principios del siglo XX, en 1920, que los neurólogos Creutzfeldt y Jakob describieron los primeros casos de encefalopatía espongiforme en humanos (Figura 2). De aquí el nombre que se le puso a la enfermedad.

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Figura 2. Comparación de dos cerebros: el de la izquierda pertenece a una persona afectada por la enfermedad Creutzfeldt-Jacob y el otro, a una persona sana (Fuente: Health & Medical Information)

Se produce una pérdida de memoria, falta de coordinación y deterioro de las habilidades mentales. Los problemas de equilibrio son comunes y a menudo se producen desde el principio. Muchos pacientes pierden autonomía y son incapaces de cuidarse de ellos en estadios posteriores de la enfermedad.

A causa de la naturaleza priónica de la enfermedad, cualquier síntoma es posible y depende del área del cerebro que está siendo afectada.

KURU

El kuru es una enfermedad muy rara, que se encuentra entre personas de Nueva Guinea. El principal factor de riesgo para contraer esta enfermedad es el consumo de tejido cerebral humano, el cual puede contener partículas infecciosas.

Es por este motivo que se asocia a personas que practican una forma de canibalismo, en que se comen los cerebros de personas muertas como parte de un ritual funerario. Aunque esta práctica cesó en 1960, se han reportado casos de kuru años más tarde.

INSOMNIO FAMILIAR FATAL

Es una enfermedad familiar y hereditaria, en que los afectados padecen insomnio progresivo. El cerebro humano necesita dormir y descansar, y el insomnio permanente (que no se puede tratar con fármacos) acaba provocando la muerte de los pacientes.

El insomnio se produce debido a una alteración permanente e irreversible del ciclo vigília-sueño, que se caracteriza por la incapacidad del paciente para desarrollar un patrón del sueño REM y No REM.

REFERENCIAS

  • Alberts, B. et al. (2016). Biología molecular de la célula. Barcelona: Omega.
  • Rubio, T. & Verdecia, M. Enfermedades priónicas. MEDISAN 2009; 13(1)
  • Wemheuer, W. M. et al. Similarities between Forms of Sheep Scrapie and Creutzfeldt-Jakob Disease Are Encoded by Distinct Prion Types. Am J Pathol. 2009; 175(6): 2566–2573
  • Manual MSD
  • Early Clinical Trial
  • MedlinePlus
  • Foto portada: Canal44

MireiaRamos-castella

De la medicina tradicional a la medicina personalizada

Desde la prehistoria, donde la medicina tuvo sus comienzos con plantas, minerales y partes de animales; hasta día de hoy, la medicina ha evolucionado a pasos de gigante. Gran parte de la “culpa” de este hecho se la debemos a la genética, que nos permite hablar de medicina personalizada. De este tipo de medicina es de la que trata el siguiente artículo.

LA EVOLUCIÓN DE LAS ENFERMEDADES

Para hablar de medicina debemos conocer primero las enfermedades. Pero no podemos pensar que todas las enfermedades son genéticas, sino que existen enfermedades relacionadas con cambios anatómicos, fruto de nuestra evolución.

El chimpancé es el animal actual más cercano a nosotros, los humanos, con el que compartimos el 99% de nuestro genoma. A pesar de esto, los humanos tenemos características fenotípicas muy particulares como el cerebro más desarrollo, tanto a tamaño como a expansión de la corteza cerebral; piel sudorosa sin pelo, postura bípeda y dependencia prolongada de las crías, que permite la transmisión de conocimientos durante más tiempo; entre otras.

Posiblemente, la postura bípeda fue clave para que se produjera pronto la divergencia entre el linaje de chimpancé y el de humanos; y también es la razón de la aparición de algunas enfermedades relacionadas con factores anatómicos. Entre ellas encontramos hernias, hemorroides, varices, desórdenes de la columna, como hernias de los discos intervertebrales; osteoartritis en la articulación de la rodilla, prolapso uterino y dificultades en el parto.

El hecho de que la pelvis se remodelara (Figura 1) y fuera más estrecha resultó en problemas obstétricos millones de años después, cuando el cerebro se expandió y, por consecuencia, el cráneo también. Las cabezas de los fetos eran más largas y grandes dificultando el parto. Esto explica porque los partos de los humanos son más largos y prolongados en comparación con los de los chimpancés y otros animales.

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Figura 1. Comparación de la pelvis en humanos y chimpancés en postura bípeda (Fuente: Libros maravillosos – La especie elegida (capítulo 5))

La evolución hacia la vida moderna nos ha comportado muchos cambios en todos los sentidos. En comparación con nuestros antepasados cazadores y recolectores (Figura 2), nuestra dieta ha cambiado mucho y no tiene nada que ver con lo que comen el resto de primates. Para estos últimos, la fruta representa la mayoría de la ingesta, pero para nosotros lo es la carne roja. Además, somos los únicos animales que seguimos alimentándonos de leche pasado el período de lactancia.

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Figura 2. Imagen de humanos cazadores y recolectores (Fuente: Río Verde en la historia)

Si al cambio en la dieta le añadimos el sedentarismo y la poca actividad física de los humanos modernos, puede ayudar a explicar la gravedad y frecuencia de algunas enfermedades humanas modernas.

El estilo de vida también puede producirnos afectaciones. Por ejemplo la miopía, que su tasa es mayor en individuos occidentales que leen mucho o hacen actividades de visión cercana, en comparación a individuos de pueblos aborígenes.

Otro ejemplo claro es la alteración en la etapa reproductiva femenina. Actualmente las mujeres tienen hijos cada vez más tarde. Esto también va ligado a una disminución de la duración de la lactancia materna. Estos cambios, que socialmente se pueden considerar positivos, tienen efectos negativos sobre la salud de los órganos reproductivos. Está demostrado que la combinación de menarquia precoz, la lactancia limitada o inexistente y una menopausia más tardía son los principales factores de riesgo para cáncer de mama y ovario.

Los seres humanos cada vez vivimos más años y queremos la mejor calidad de vida. Es fácil que a mayor longevidad aparezcan más enfermedades, por el deterioro del organismo y de sus células.

LA EVOLUCIÓN DE LA MEDICINA

La historia de la medicina es la historia de la lucha de los hombres contra la enfermedad y, desde comienzos de este siglo, también es la historia del esfuerzo humano por mantener la salud.

Los conocimientos científicos de la medicina los hemos adquirido basándonos en la observación y en la experiencia, pero no siempre ha sido así. Nuestros antepasados experimentaron las enfermedades y el temor a la muerte antes de poderse hacer una imagen racional de ellas, y la medicina de entonces se hallaba inmersa en un sistema de creencias, mitos y ritos.

Pero en los últimos años ha nacido la genómica personalizada, que te dice tus factores de riesgo. Esto abre una puerta a la medicina personalizada, que ajusta los tratamientos a los pacientes dependiendo de su genoma (Figura 3). Utiliza la información de los genes y proteínas de una persona para prevenir, diagnosticar y tratar una enfermedad, y todo gracias a la secuenciación del genoma humano.

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Figura 3. La medicina personalizada pretende tratar a las personas individualmente, según su genoma (Fuente: Indiana Institute of Personalized Medicine)

Los métodos moleculares que hacen posible la medicina de precisión, incluyen pruebas de variación de genes, proteínas y nuevos tratamientos dirigidos a mecanismos moleculares. Con los resultados de estas pruebas y tratamientos se puede determinar el estado de la enfermedad, predecir el estado futuro de la misma, la respuesta al medicamento y el tratamiento o, incluso, el papel de los alimentos que ingerimos en determinados momentos, lo que resulta de gran ayuda a los médicos a individualizar el tratamiento de cada paciente.

Para ello tenemos a nuestro alcance la nutrigenética y la nutrigenómica, que al igual que la farmacogenética y la farmacogenómica, ayudan al avance de una medicina cada vez más dirigida. Por lo tanto, estas disciplinas son hoy en día uno de los pilares de la medicina personalizada, ya que supone tratar cada paciente de forma individualizada y a medida.

La evolución hacia la medicina de precisión es personalizada, preventiva, predictiva y participativa. Cada vez hay más acceso a la información y el paciente es más proactivo, adelantándose a los problemas, previniéndolos o estar preparados para enfrentarlos eficientemente.

REFERENCIAS

  • Varki, A. Nothing in medicine makes sense, except in the light of evolution. J Mol Med (2012) 90:481–494

  • Nesse, R. and Williams, C. Evolution and the origins of disease. Sci Am. (1998) 279(5):86-93

  • Mackenbach, J. The origins of human disease: a short story on “where diseases come from”. J Epidemiol Community Health. (2006) 60(1): 81–86
  • Foto portada: Todos Somos Uno

MireiaRamos-castella