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Organismos modelo en genética

Para los científicos es básico trabajar con modelos para descubrir qué pasa en un organismo completo, que es más complejo que la suma de sus partes. Es por este motivo que hay ciertos organismos, que por sus características, es fácil utilizarlos como modelos en ciencia. A continuación os presento las 7 especies más utilizadas como organismos genéticos modelo.

¿QUÉ ES UN ORGANISMO MODELO?

Los organismos genéticos modelo son organismos de fácil estudio, que gracias a ellos podemos estudiar fenómenos importantes y extrapolarlos al organismo que nos interese. Como dijo Jacques Monod, premio Nobel de Medicina el 1965, “lo que es válido para las bacterias lo es para los elefantes”.

Estos se caracterizan por:

  • Fácil mantenimiento: no supone un gran coste tenerlos en el laboratorio.
  • Ciclo biológico rápido: en pocas horas o días se completa su ciclo biológico.
  • Alto número de descendientes: tienen un alto número de hijos en poco tiempo.
  • Genoma sencillo: tienen pocos genes.

Los organismos modelo se utilizan para obtener información sobre otras especies que son más difíciles de estudiar directamente. Estos son ampliamente estudiados debido a que son fáciles de mantener y reproducir en un entorno de laboratorio y tienen ventajas experimentales particulares (Vídeo 1).

Vídeo 1. Organismos modelo: bien explicado (Fuente: YouTube)

Los más utilizados son: Drosophila melanogaster (mosca de la fruta), Mus musculus (ratón doméstico), Escherichia coli (bacteria del colon), Arabidopsis thaliana (mala hierba de los prados), Caenorhabditis elegants (gusano), Sacharomyces cerevisiae (levadura del pan) i Danio rerio (pez).

DROSOPHILA MELANOGASTER

La Drosophila melanogaster (Figura 1) es más conocida como la mosca de la fruta o del vinagre. Seguramente habéis visto en vuestras cocinas, volando sobre fruta madura o en descomposición inicial, y sobre líquidos edulcorados o alcohólicos.

Es uno de los animales más conocidos, se conoce cada una de sus partes del cuerpo y las diferentes etapas de su ciclo vital hasta la formación de animal adulto. Puede vivir 30 días y el proceso de huevo a adulto dura 7 días. Además, se secuenció su genoma en el 2000.

En investigación tiene un papel destacado en la biomedicina ya que se utiliza para estudiar aspectos relacionados con el cáncer, las enfermedades neurodegenerativas o la drogadicción.

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Figura 1. Drosophila melanogaster (Fuente: YourGenome)

MUS MUSCULUS

Mus musculus (Figura 2) es el nombre científico del ratón común, el mamífero más utilizado en el laboratorio. El ratón adulto llega a medir (de la nariz hasta la cola) entre 7,5 y 10 cm de largo y pesa entre 10 y 25 gramos. Su período de gestación es de 19-21 días y tienen entre 3 y 14 crías.

Su genoma se secuenció por completo el año 2002. Este fenómeno generó una gran expectación por tratarse de un mamífero que tiene una gran relevancia científica para la especie humana.

Los ratones de laboratorio no están dentro de las leyes generales de protección de los animales, pero se siguen unos protocolos y normas bioéticas.

Se utiliza como modelo en muchos campos, como en la investigación de enfermedades cardiovasculares, diabetes, trastornos neurológicos, cáncer… y en ingeniería genética.

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Figura 2. Mus musculus (Fuente: eLife)

ESCHERICHIA COLI

Escherichia coli (Figura 3) es el organismo más conocido en el ámbito científico. Es una bacteria que vive en la parte más baja de los intestinos de los animales de sangre caliente, incluyendo los pájaros y mamíferos, y es necesaria para la correcta digestión de los alimentos. Su genoma fue secuenciado el 1997 y se pudo observar que el número de genes que lo conforman es una séptima parte del número de genes en el ser humano.

En las últimas décadas, esta bacteria se ha convertido en un instrumento más del laboratorio, sobretodo en el campo de la biología molecular. Gracias a ella, se ha llegado al conocimiento de los fundamentos de la biología moderna y que han merecido el reconocimiento de diferentes premios Nobel, como los procesos de recombinación genética de las bacterias transcripción del ARN, replicación del ADN y de la regulación génica.

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Figura 3. Escherichia coli (Fuente: Public Health England)

ARABIDOPSIS THALIANA

Es una planta (Figura 4) anual que se introdujo en los laboratorios hace unos 40 años. Puede completar todo su ciclo vital en seis semanas. El tallo central florífero crece en unas tres semanas desde la germinación y las flores de manera natural se autopolinizan. En el laboratorio, puede crecer dentro de placas o tiestos bajo luz fluorescente o en invernaderos.

Igual que la Drosophila melanogaster, su genoma se secuenció el año 2000 y fue el primer genoma de planta secuenciado.

Actualmente, los investigadores intentan descubrir los secretos que hay detrás de su desarrollo, crecimiento o floración.

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Figura 4. Arabidopsis thaliana (Fuente: Biology pages)

CAENORHABDITIS ELEGANS

Es un gusano de tierra (Figura 5) de 1 mm de largo que vive en ambientes atemperados. Aunque hace más de 40 años que lo podemos encontrar en el laboratorio, en las últimas décadas ha conseguido el prestigio de organismos más tradicionales, como la Drosophila melanogaster o Mus musculus. La secuencia de su genoma como primer organismo pluricelular se publicó el 1998 y a día de hoy se considera completa.

En la investigación ha ayudado en el conocimiento de las causas del envejecimiento, de la muerte celular y de la estructura del genoma.

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Figura 5. Caenorhabditis elegans (Fuente: Society for mucosal immunology)

SACHAROMYCES CEREVISIAE

Sacharomyces cerevisiae es una levadura (Figura 6), la levadura del pan, del vino y de la cerveza. Su secuenciación, concretamente de la cepa S288C, se completó el año 1996, después de cuatro años de un proyecto liderado por la Unión Europea y la participación de más de 100 laboratorios de todo el mundo. Fue el primer organismo eucariota en ser secuenciado y actualmente es el genoma eucariota más conocido. Esto ha hecho que ganara peso y se haya convertido en un potente modelo biológico de organismos eucariotas.

Se utiliza sobretodo en investigación biotecnológica, mejorando e innovando los procesos de panificación y de producción de bebidas alcohólicas.

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Figura 6. Sacharomyces cerevisiae (Fuente: Fratelli Pasini)

DANIO RERIO

Es un pez cebra (Figura 7), un pez tropical de agua dulce y que seguro que para los amantes de los acuarios es conocido. Genéticamente hablando, es más similar a la especie humana que la Drosophila melanogaster o Caenorhabditis elegans y es más fácil de manipular, mantener y criar que Mus musculus. Es capaz de producir entre 300 y 500 huevos por puesta y puede llegar a vivir hasta 5 años. El borrador de la secuenciación de su genoma se publicó en el 2002.

Hace poco más de 30 años que se introdujo como especie modelo para la investigación en el campo de la biología del desarrollo y la genética. Se utiliza mucho para el estudio de la biología humana.

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Figura 7. Danio rerio (Fuente: NCBI)

(Foto portada: eLife)

 

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Del laboratorio a la gran pantalla (II)

Como ya os dije en el anterior artículo sobre genética y cine, hay una gran variedad de largometrajes que tocan la genética. En el siguiente artículo tocaremos la ciencia ficción, con dos películas muy conocidas. ¡Cuidado: spoilers!

GATTACA (1997)

Dirección: Andrew Niccol

Reparto: Ethan Hawke, Uma Thurman, Jude Law

Género: Ciencia ficción

Sinopsis: Ambientada en una sociedad futura, en la que la mayor parte de los niños son concebidos in vitro y con técnicas de selección genética. Vincent, uno de los últimos niños concebidos de modo natural, nace con una deficiencia cardíaca y no le auguran más de treinta años de vida. Se le considera un inválido y, como tal, está condenado a realizar los trabajos más desagradables. Su hermano Anton, en cambio, ha recibido una espléndida herencia genética que le garantiza múltiples oportunidades. Desde niño, Vincent sueña con viajar al espacio, pero sabe muy bien que nunca será seleccionado. Durante años ejerce toda clase de trabajos hasta que un día conoce a un hombre que le proporciona la clave para formar parte de la élite: suplantar a Jerome, un deportista que se quedó paralítico por culpa de un accidente. De este modo, Vincent ingresa en la Corporación Gattaca, una industria aeroespacial, que lo selecciona para realizar una misión en Titán. Todo irá bien, gracias a la ayuda de Jerome, hasta que el director del proyecto es asesinado y la consiguiente investigación pone en peligro los planes de Vincent.

Relación con la genética: GATTACA es la película “genética” por excelencia. Empezando por el título, éste está formado por las iniciales de las cuatro bases nitrogenadas que conforman el ADN (guanina, adenina, timina y citosina). Además, la forma helicoidal del ADN se repite en varios momentos del largometraje, como en las escaleras de casa de Vincent.

El principal tema que trata es el de la selección genética, todos los niños que nacen han sido seleccionados genéticamente, muy ligado a la bioética. La idea de esta selección es llegar a la eugenesia, es decir, mejorar la población mediante la selección de los “mejores” humanos. Este concepto lo podemos relacionar con la Alemania de Hitler, quién creía que los alemanes pertenecían a un grupo superior de razas llamado “ario”. Hitler decía que la raza aria alemana había sido mejor dotada que las demás y que esa superioridad biológica destinaba a los alemanes a estar al mando de un imperio en Europa Oriental.

Aunque hoy en día la selección genética es vigente y es utilizada para evitar enfermedades, no se aplica con los mismos fines que los de la película. En la actualidad, se decide realizar selección genética después de haber estudiado la familia y realizado el adecuado consejo genético. Éste tiene como objetivo ayudar a los pacientes y a sus familias a evitar el dolor y el sufrimiento causado por una enfermedad genética, y no se tiene que confundir con el objetivo eugénico de reducir la incidencia de enfermedades genéticas o la frecuencia de alelos considerados deleterios en la población.

Esto está muy relacionado con la discriminación genética, caso también expuesto en el filme. Gattaca se sitúa en un posible futuro en el cual la genética, intentando mejorar la calidad de vida de la sociedad, provoca un movimiento de discriminación.

Cuando hablamos de discriminación acostumbramos a pensar en la discriminación racial. Ésta se define como el trato distinto o excluyente a una persona por motivos de origen racial o étnico, lo que constituye una vulneración de los derechos fundamentales de las personas, así como un ataque a su dignidad. El racismo ha estado presente en toda la historia de la humanidad, especialmente en el siglo XX con la discriminación racial en Estados Unidos y con el Apartheid en Sudáfrica.

De un tiempo a esta parte la discriminación genética ha ido cogiendo peso. Ocurre cuando las personas son tratadas de manera diferente por su empresa o compañía de seguros porque tienen una mutación genética que causa o aumenta el riesgo de un trastorno hereditario. El miedo a la discriminación es una preocupación común entre las personas que se hacen pruebas genéticas y es un problema actual que concierne a la población, porque tu propio genoma no tiene que ser un currículum vitae que te abra o cierre puertas como pasa en la película. Vincent entra a trabajar en Gattaca después de realizar una prueba de orina y un análisis de sangre, ya que en Gattaca no eligen a los trabajadores por su capacidad ni habilidad sino por su ADN.

No obstante, la película termina con la frase “No hay gen para el espíritu humano”. Esto significa que, aunque la sociedad en la que se sitúa Gattaca se basa en la modificación genética, ésta no afecta en la moralidad y carácter final de las personas porque no existe forma de relacionar genéticamente al espíritu, sólo el cuerpo tiene la información genética.

Vídeo 1. Tráiler Gattaca (Fuente: YouTube)

PARQUE JURÁSICO (1993)

Dirección: Steven Spielberg

Reparto: Sam Neill, Laura Dern, Jeff Goldblum

Género: Ciencia ficción

Sinopsis: El multimillonario John Hammond consigue hacer realidad su sueño de clonar dinosaurios del Jurásico y crear con ellos un parque temático en una isla remota. Antes de abrirlo al público, invita a una pareja de eminentes científicos y a un matemático para que comprueben la viabilidad del proyecto. Pero las medidas de seguridad del parque no prevén el instinto de supervivencia de la madre naturaleza ni la codicia humana.

Relación con la genética: En la primera película de esta saga, a partir de fósiles de dinosaurios extraen el ADN para poder clonarlos. Los dinosaurios clonados formarán parte del parque jurásico en el que se basa la película.

Es cierto que se puede extraer ADN a partir de huesos, muy utilizado en la genética forense. Igual que el tema de la clonación, el cual fue conocido por la oveja Dolly, el primer gran animal clonado a partir de una célula adulta en julio de 1996. Pero la película va más allá y plantea la posibilidad de reimplantar, en el mundo actual, especies ya extinguidas y desafiar la selección natural.

Vídeo 2. Tráiler Parque Jurásico (Fuente: YouTube)

REFERENCIAS

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La farmacogenética: un fármaco para cada persona

¿Quién no ha escuchado a alguien quejarse de que los medicamentos recetados por los médicos no le hacen nada? ¿Puede ser cierto esto? No todos los fármacos sirven para la misma población. Sigue leyendo y descubre los secretos de la farmacogenética. 

INTRODUCCIÓN

Lo mismo que sucede con los nutrientes, pasa con los fármacos. Otro de los objetivos de la medicina personalizada es hacernos ver que no todos los medicamentos sirven para todas las personas. Sin embargo, no nos viene de nuevo porque hacia 1900, el médico canadiense William Osler reconoció que existía una variabilidad intrínseca y propia de cada individuo, de forma que cada uno reacciona de forma diferente ante un fármaco. Es así como años más tarde definiríamos la farmacogenética.

Es importante señalar que no es lo mismo que la farmacogenómica, la cual estudia las bases moleculares y genéticas de las enfermedades para desarrollar nuevas vías de tratamiento.

Antes de todo necesitamos empezar por el principio: ¿qué es un fármaco? Pues bien, un fármaco es toda sustancia fisicoquímica que interactúa con el organismo y lo modifica, para tratar de curar, prevenir o diagnosticar una enfermedad. Es importante saber que los fármacos regulan funciones que hacen nuestras células, pero no son capaces de crear nuevas funciones.

A parte de conocer si un fármaco es bueno o no para una persona, también se tiene que tener en cuenta la cantidad que se debe administrar de él. Y es que todavía no conocemos el origen de todas las enfermedades, es decir, desconocemos la mayoría de las causas moleculares y genéticas reales de las enfermedades.

La clasificación de las enfermedades se basa principalmente en síntomas y signos y no en las causas moleculares. A veces, un mismo grupo de patologías es agrupado, pero entre ellos existe una base molecular muy diferente. Esto comporta que la eficacia terapéutica sea limitada y baja. Frente a los fármacos, podemos manifestar una respuesta, una respuesta parcial, que no nos produzca ningún efecto o que el efecto sea tóxico (Figura 1).

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Figura 1. Efectividad y toxicidad de un fármaco en la población. Los diferentes colores muestran las diferentes respuestas (verde: efectivo y seguro; azul: seguro, pero no efectivo; rojo: tóxico y no efectivo; amarillo: tóxico, pero efectivo) (Fuente: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

LOS FÁRMACOS EN NUESTRO CUERPO

Los fármacos acostumbran a hacer el mismo recorrido por nuestro cuerpo. Cuando nos tomamos un fármaco, normalmente por vía digestiva, éste es absorbido por nuestro cuerpo y va a parar al torrente sanguíneo. La sangre lo distribuye a los tejidos diana donde tiene que hacer efecto. En este caso hablamos de fármaco activo (Figura 2). Pero esto no siempre es así, sino que a veces necesita activarse. Es entonces cuando hablamos de profármaco, el cual necesita hacer escala en el hígado antes de aterrizar al torrente sanguíneo.

La mayoría de las veces, el fármaco que ingerimos es activo y no necesita pasar a visitar al hígado.

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Figura 2. Diferencia entre un profármaco y un fármaco activo (Fuente: Agent of Chemistry – Roger Tam)

Una vez el fármaco ya ha ido al tejido diana y ha interactuado con las células en cuestión, se producen desechos del fármaco. Estos desechos continúan circulando por la sangre hasta llegar al hígado, quien los metaboliza para expulsarlos por una de las dos vías de expulsión: (i) la bilis y excreción junto con los excrementos o (ii) la purificación de la sangre por los riñones y la orina.

LA IMPORTANCIA DE LA FARMACOGENÉTICA

Un claro ejemplo de cómo según los polimorfismos de la población habrá diferente variabilidad de respuesta lo encontramos en los genes transportadores. La glicoproteína P es una proteína situada en la membrana de las células, que actúa como bomba de expulsión de xenobióticos hacia el exterior de la célula, es decir, todos los compuestos químicos que no formen parte de la composición de los organismos vivos.

Los humanos presentamos un polimorfismo que ha sido muy estudiado. Dependiendo del polimorfismo que posea cada individuo, la proteína transportadora tendrá una actividad normal, intermedia o baja.

En una situación normal, la proteína transportadora produce una excreción bastante alta del fármaco. En este caso, la persona es portadora del alelo CC (dos citosinas). Pero si sólo tiene una citosina, combinada con una timina (ambas son bases pirimidínicas), la expresión del gen no es tan buena y la actividad de expulsión es menor, dando una situación intermedia. En cambio, si una persona presenta dos timinas (TT), la expresión de la glicoproteína P en la membrana de la célula será baja. Esto supondrá una menor actividad del gen responsable y, consecuentemente, mayor absorción en sangre ya que el fármaco no es excretado. Este polimorfismo, el polimorfismo TT, es peligroso para el paciente, ya que pasa mucho fármaco a la sangre, resultando tóxico para el paciente. Por lo tanto, si el paciente es TT la dosis tendrá que ser menor.

Este ejemplo nos demuestra que conociendo el genoma de cada individuo y cómo actúa su código genético en base a él, podemos saber si la administración de un fármaco a un individuo será la adecuada o no. Y en base a esto, podemos recetar otro medicamento que se adapte mejor a la genética de esta persona.

APLICACIONES DE LA FARMACOGENÉTICA

Las aplicaciones de estas disciplinas de la medicina de precisión son muchas. Entre ellas se encuentran optimizar la dosis, escoger el fármaco adecuado, dar un pronóstico del paciente, diagnosticarlos, aplicar la terapia génica, monitorizar el progreso de una persona, desarrollar nuevos fármacos y predecir posibles respuestas adversas.

Los progresos que han tenido lugar en la genómica, el diseño de fármacos, terapias y diagnósticos para las diferentes patologías, han avanzado notablemente en los últimos años, y ha dado paso al nacimiento de una medicina más adaptada a las características de cada paciente. Nos encontramos, por lo tanto, en el umbral de una nueva manera de entender las enfermedades y la medicina.

Y esto se produce en una época en la que se quiere dejar atrás el mundo de pacientes que ante una dolencia o malestar son atendidos y diagnosticados de la misma forma. Por rutina, se les prescriben los mismos medicamentos y dosis. Por este motivo ha surgido la necesidad de una alternativa científica que, basada en el código genético, ofrece tratar al enfermo de manera individualizada.

REFERENCIAS

  • Goldstein, DB et al. (2003) Pharmacogenetics goes genomic. Nature Review Genetics 4:937-947
  • Roden, DM et al. (2002) The genetic basis of variability in drug responses. Nature Reviews Drug Discovery 1:37-44
  • Wang, L (2010) Pharmacogenomics: a system approach. Syst Biol Med 2:3-22
  • Ramos, M. et al. (2017) El código genético, el secreto de la vida. RBA Libros
  • Foto portada: Duke Center for Applied Genomics & Precision Medicine

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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

MireiaRamos-castella2

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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