Arxiu de la categoria: GENÈTICA

Híbrids i lladres d’esperma: cleptons amfibis

En biologia un híbrid és el resultat de la reproducció de dos progenitors d’espècies genèticament diferents, tot i que en la majoria de casos els híbrids o no són viables o són estèrils. Però a vegades, en algunes espècies d’amfibis els híbrids no només són viables, sinó que a més formen noves espècies amb característiques especials. En aquesta entrada us posem dos casos d’híbrids d’amfibis que formen el que es coneix com un cleptó i que posen en dubte el concepte tradicional d’espècie.

QUÈ ÉS UN CLEPTÓ?

Un cleptó o kleptó (abreviat kl.) és una espècie que depèn d’una altra espècie per a completar el seu cicle reproductiu. L’orígen de la paraula cleptó vé del grec “kleptein” que vol dir “robar”, ja que el cleptó “roba” a l’altra espècie per a poder reproduïr-se. En el cas dels amfibis, els cleptons s’han originat per fenòmens d’hibridació. Les potents feromones sexuals del amfibis i els cors de múltiples espècies en el cas dels anurs, provoquen que a vegades mascles i femelles de diferents espècies intentin aparellar-se. Tanmateix els híbrids només són viables entre espècies properament emparentades.

Dintre de les diferents espècies cleptó hi podem trobar dos mètodes diferents segons el tipus de concepció: els zigocleptons, en els que hi ha una fusió del material genètic de l’òvul i de l’espermatozou, i els ginocleptons, en els que l’òvul necessita estimulació per part de l’espermatozou però no incorpora el seu material genètic.

Els diferents cleptons d’amfibis solen estar constituïts principalment per femelles (hi han molts pocs mascles o cap) que utilitzen l’esperma d’una altra espècie per perpetuar el cleptó. Com que els cleptons d’amfibis a vegades depenen de vàries espècies emparentades, això pot fer que es creïn “complexes d’espècies” on vàries espècies molt semblants presentin zones d’hibridació i relacions molt complicades entre elles. A continuació us posem dos exemples de cleptons, un en anurs europeus i un en urodels americans.

HIBRIDOGÈNESI EN GRANOTES VERDES

Les granotes verdes europees (gènere Pelophylax) formen el que es coneix com a “complexe hibridogenètic” en el qual els híbrids de diferents espècies formen cleptons que no es poden reproduïr entre sí, sinó que han de reproduïr-se amb un membre de l’espècie progenitora, “robant” o “parasitant” el seu esperma per a sobreviure.

Pelophylax_esculentus_-_Amplexus_01
Foto de Bartosz Cuber de dues granotes comestibles (Pelophylax kl. esculentus) en amplexe. Aquest híbrid és el més conegut tant per la seva àmplia distribució, com per ser considerat una delicadesa a França.

En l’hibridogènesi de les granotes verdes el material genètic dels dos progenitors es combina per a formar l’híbrid resultant (zigocleptó). Aquests híbrids (normalment sempre femelles) tindran la meitat del genoma d’una espècie i la meitat de l’altre. Tanmateix, al no poder reproduïr-se amb altres híbrids semblant, durant la gametogènesi s’elimina el material genètic d’una de les espècies progenitores. Així, al aparellar-se amb un individu de l’espècie de la qual ha eliminat el material genètic, tornaran a formar un híbrid.

Hybirds
Esquema sobre la dotació genètica dels diferents cleptons de Pelophylax. En aquest complex hibridogenètic hi intervenen quatre espècies “naturals”: la granota comuna europea (Pelophylax ridibundus, genoma RR), la granota de Lessona (Pelophylax lessonae, genoma LL), la granota verda ibèrica (Pelophylax perezi, genoma PP) i la granota italiana (Pelophylax bergeri, genoma BB).

La granota comestible comuna (Pelophylax kl. esculentus, genoma RL) prové de la hibridació entre la granota comuna europea i la granota de Lessona. La granota comestible italiana (Pelophylax kl. hispanicus, genoma RB) prové d’un híbrid entre la granota comuna europea i la granota italiana. Finalment la granota de Graf (Pelophylax kl. grafi, genoma RP) prové de la hibridació de la granota comestible comuna (en la qual s’elimina l’ADN de la granota de Lessona de les gàmetes) i la granota verda ibèrica.

Hybridogenesiisisisi
Esquemes de Darekk2 sobre els processos hibridogenètics dels diferents cleptons de granotes europees. Els cercles grans indiquen el genoma dels individus i els cercles petits el material genètic de les gàmetes.

Com veiem la dotació genètica de la granota comuna europea és la que es troba present en tots tres cleptons. Aquests cleptons eliminen el material genètic de l’espècie amb la que comparteixen l’hàbitat de les seves gàmetes i mantenen el de la granota comuna europea (R). Així per exemple, la granota comestible (P. kl. esculentus) elimina dels seus òvuls l’ADN de la granota de Lessona (L), amb la qual es troba en la seva distribució natural i s’hi reprodueix, donant a més granotes comestibles (RL). La granota comuna europea rarament es reprodueix amb algún dels híbrids i si ho fa, surten granotes comunes europees normals.

SALAMANDRES AMB VARIS GENOMES

Les salamandres del gènere Ambystoma, generalment conegudes com a salamandres talp, són un gènere endèmic d’Amèrica del Nord i són els únics representants actuals de la família Ambystomatidae. Cinc d’aquestes espècies formen l’anomenat “complexe Ambystoma, en el qual aquestes espècies contribueixen a la composició genètica d’un llinatge unisexual de salamandres que es reprodueixen per ginogènesi (ginocleptó). Basant-se en l’ADN mitocondrial de les poblacions unisexuals, es creu que aquest complexe prové d’un fenòmen d’hibridació de fa uns 2,4-3,9 milions d’anys.

ambystomert complexx
Aquest complexe està format per les següents cinc espècies: la salamandra de punts blaus (Ambystoma laterale de genoma LL, foto de Fyn Kynd Photography), la salamandra de Jefferson (Ambystoma jeffersonianum de genoma JJ, foto de Vermont Biology), la salamandra de Texas (Ambystoma texanum de genoma TT, foto de Greg Schechter), la salamandra de rierol (Ambystoma barbouri de genoma BB, foto de Michael Anderson) i la salamandra tigre (Ambystoma tigrinum de genoma TiTi, foto de Carla Isabel Ribeiro).

En la ginogènesi d’aquest llinatge compost únicament per femelles, l’òvul necessita l’activació per part d’un espermatozou per començar a dividir-se i desenvolupar-se, tot i que abans ha de duplicar el seu material genètic mitjançant un procés d’endomitosi per evitar la formació de zigots haploïdes (amb la meitat d’informació genètica) inviables. Tanmateix, com en els rèptils partenogenètics, a la llarga la falta de recombinació genètica pot passar factura als individus. Per això, aquest llinatge unisexual de salamandres té la capacitat d’incorporar ocasionalment el genoma sencer dels mascles de quatre de les espècies que formen el complexe (actualment no s’ha vist que la salamandra de rierol s’aparelli amb cap individu unisexual).

ginogino
Esquema de Bi, Bogart & Fu (2009) en el que veiem els diferents camins que pot pendre la reproducció ginogenètica de les salamandres talp.

Aquests individus no barregen el genoma adquirit, sinó que el sumen al seu. Això fa que dins d’aquest llinatge hi puguem trobar individus diploïdes, triploïdes, tetraploïdes i fins i tot pentaploïdes (tot i que com més augmenta la ploïdia menys viables són els individus), depenent de la quantitat de genomes diferents que hagin anat incorporant les generacions anteriors.

mes ibrids
Dins del cleptó, la combinació més comuna són triploïdes basats en la salamandra de punts blaus i la de Jefferson, amb els genomes LLJ (esquerra, imatge de David Misfud) i JJL (dreta, imatge de Nick Scobel), tot i que el nombre de combinacions és increïblement gran, fet pel qual els científics no han pogut assignar un nom científic vàlid a aquest grup d’orígen híbrid.

A diferència de les granotes verdes, resulta molt difícil definir un nom científic dins del cleptó de Ambystoma, ja que els genomes de les diferents espècies es poden trobar en diferents combinacions i proporcions en els diferents individus unisexuals.

REFERÈNCIES

Durant l’elaboració d’aquesta entrada s’han utilitzat les següents fonts:

Difusió-català

Anuncis

Síndrome de Marfan: com viure d’una malaltia rara

Què tenen en comú el president estadunidenc Abraham Lincoln, el pintor grec El Greco o l’actor espanyol Javier Botet? Doncs que tots ells tenien o tenen la síndrome de Marfan. Aquesta està inclosa dins les malalties rares (menys d’1 cas per cada 2.000 habitants). En aquest article us explicaré què els passa a les persones que la pateixen i, també, l’exemple d’una persones afectada i com li ha sabut treure profit a la seva síndrome.

QUÈ ÉS LA SÍNDROME DE MARFAN?

La síndrome de Marfan és una malaltia rara del teixit connectiu, és a dir, el teixit que s’estén per tot l’organisme i té com a missió unir els teixits, omplir els buits entre els òrgans… Com que el teixit connectiu es troba en tot el cos, els pacients amb síndrome de Marfan tenen diversos problemes en múltiples òrgans (ossos, ulls, cor, vasos sanguinis, sistema nerviós, pell i pulmons).

El seu nom és degut al metge francès Bernard Jean Antoine Marfan que, en el 1896, va detectar el cas d’una nena de 5 anys que tenia uns llargs braços desproporcionats respecte al seu cos i els dits de les mans i els peus molt prims i llargs.

S’engloba dins les malalties rares perquè afecta a 1 de cada 5.000 persones. Una malaltia rara és aquella que afecta a un número petit de persones en comparació amb la població general.

EN QUÈ ES CARACTERITZEN LES PERSONES AFECTADES?

Les característiques clíniques les podem agrupar principalment en sistema esquelètic, sistema cardiovascular i sistema ocular.

Les característiques del sistema esquelètic són les més visuals i entre elles trobem (Figura 1):

  • Dolicostenomèlia: extremitats desproporcionadament llargues en comparació amb la llargada del tronc. Això comporta que siguin més alts del que s’esperaria pel seu background genètic.
  • Aracnodactília: dits de les mans i els peus anormalment llargs i prims, semblants a  les potes d’una aranya.
  • Cara llarga i estreta.
  • Escoliosi: desviació de la columna vertebral en forma de S o C.
  • Creixement excessiu de les costelles que pot empènyer l’estèrnum cap endins (pectus excavatum) o cap enfora (pectus carinatum).
fig caract.jpg
Figura 1. Nen amb síndrome de Marfan, on se li pot observar clarament pectus excavatum, dolicostenomèlia i aracnodactília (Font: National Marfan Foundation)

Les característiques del sistema cardiovascular són la principal font de morbiditat i mortalitat primerenca. La dilatació de l’artèria aorta és la més freqüent i greu, però també trobem esquinçament i ruptura de l’aorta, prolapse de la vàlvula mitral o de la tricúspide…

Finalment, dins del sistema ocular les característiques que tenim són ectòpia lentis (desplaçament de la lent des del centre de la pupil·la) o miopia. També hi ha un alt risc de despreniment de retina, glaucoma i aparició primerenca de cataractes.

QUIN PAPER HI JUGA LA GENÈTICA?

La síndrome de Marfan és deguda a una mutació en el gen de la fibril·lina 1 (FBN1), que codifica per la fibrina, un component essencial del teixit connectiu. Aquest gen es localitza en el cromosoma 15 i la severitat de la malaltia dependrà de la part que afecti. Això significa que no hi ha dos tipus de Marfan iguals. Hi ha alguns que tenen alteracions físiques més pronunciades, cosa que facilita el diagnòstic. Però altres afectats no se’ls veuen signes externs i això fa que la malaltia passi inadvertida fins que és massa tard.

Té una herència autosòmica dominant, és a dir, un al·lel alterat és dominant sobre l’al·lel normal i només cal una còpia perquè s’expressi la malaltia. Apareix en totes les generacions i un fill d’un pare afectat té un 50% de probabilitats de patir aquesta síndrome. Tot i això, també pot aparèixer per mutacions de novo en el gen FBN1 (mutacions espontànies). La probabilitat d’aquestes mutacions és baixa i es presenta en el 25% de tots els casos de la síndrome de Marfan.

HI HA TRACTAMENT?

Com en la majoria de les malalties rares no existeix cap tractament, però sí que es pot pal·liar el dolor i símptomes que causa la síndrome.

Les complicacions s’han d’anticipar i prevenir. El tractament és actuar sobre els efectes cardiovasculars, principalment per evitar el risc de dilatació de l’artèria aorta.

Es fan avaluacions cardiològiques periòdiques, reparació de grans vasos o reemplaçament quan estigui indicat, reemplaçament de la vàlvula cardíaca, rehabilitació mèdica i avaluacions ortopèdiques per minimitzar l’escoliosi i evitar esports de contacte.

COM ES POT VIURE DE LA SÍNDROME DE MARFAN?

Al llarg de la història molts personatges coneguts han patit la síndrome de Marfan. Es diu que la tendència de Doménikos Theotokópoulos “El Greco” per pintar els humans de manera allargada era degut a que ell tenia síndrome de Marfan. Però no és l’únic cas conegut, ja que el músic Niccolò Paganini o l’integrant de la banda The Ramones, Joe Ramone, també la tenien.

I és que depenent de la malaltia genètica que es pateixi pot ser difícil viure amb ella. Però hi ha algunes persones que n’han sabut treure profit.

Aquest és el cas de l’actor espanyol Javier Botet. Se’l coneix pel paper de la nena Medeiros a la saga Rec (Jaume Balagueró i Paco Plaza) o el de mama a Mamá (Andrés Muschietti), entre d’altres. Tot i que el seu cas és complicat, ja que ha passat per quiròfan cinc vegades, ha sabut aprofitar el seu aspecte i característiques físiques per caracteritzar personatges diabòlics (Vídeo 1, no apte per a persones sensibles!!).

Vídeo 1. Test de moviment de l’actor Javier Botet en la pel·lícula Mamá (Font: YouTube)

L’exemple d’aquest noi ens demostra que sempre hem de veure el got mig ple i saber donar la volta a una situació, que d’entrada, ens pot semblar complicada.

REFERÈNCIES

MireiaRamos-catala

Com s’aplica l’enginyeria genètica en plantes?

Durant anys, mitjançant el creuament, s’han aconseguit plantes amb una característica desitjada després de moltes generacions. La biotecnologia accelera aquest procés i permet als científics agafar només els gens desitjats d’una planta, aconseguint així els resultats buscats en només una generació. L’enginyeria genètica ens permet fer tot això. En aquest article explicaré en què consisteix i la seva metodologia.

QUÈ ÉS L’ENGINYERIA GENÈTICA?

L’enginyeria genètica és una branca de la biotecnologia que consisteix a modificar les característiques hereditàries d’un organisme mitjançant l’alteració del seu material genètic. Habitualment s’utilitza per aconseguir que determinats microorganismes, com ara bacteris o virus, augmentin la síntesi de compostos, formin compostos nous o s’adaptin a medis diferents. És una eina més segura i més eficient pel millorament d’espècies que els mètodes tradicionals (creuaments), ja que elimina gran part de l’aleatorietat i l’atzar. D’altra banda, la biotecnologia moderna també esdevé una nova tecnologia, en disposar de la facultat de modificar els atributs dels organismes vius mitjançant la introducció de material genètic preparat in vitro.

Es podria definir com el conjunt de metodologies que permeten transferir gens d’un organisme a un altre i expressar-los (produir proteïnes per a les quals aquests gens codifiquen) en organismes diferents al d’origen. L’ADN que combina fragments d’organismes diferents s’anomena ADN recombinant. En conseqüència, les tècniques que utilitza l’enginyeria genètica es denominen tècniques d’ADN recombinant.

A dia d’avui hi ha molts més organismes vegetals modificats genèticament que no pas animals. Per aquesta raó explicaré l’enginyeria genètica basant-me en plantes.

ENGINYERIA GENÈTICA vs. MÈTODES TRADICIONALS

Aquesta metodologia té tres avantatges fonamentals respecte de les tècniques convencionals de millora genètica basades en la hibridació:

  • Els gens que s’han d’incorporar poden venir de qualsevol espècie, emparentada o no (per exemple un gen d’una bactèria es pot incorporar al genoma de la soja).
  • A la planta millorada genèticament s’hi pot introduir un únic gen nou preservant la resta dels gens de la planta original a la seva descendència.
  • Aquest procés de modificació endarrereix molt menys els terminis que no pas la millora per encreuament.

D’aquesta forma es poden modificar propietats de les plantes de manera més àmplia, més precisa i més ràpida.

Amb el creuament tradicional es genera un híbrid que combina a l’atzar gens d’ambdós organismes parentals, entre ells el gen d’interès que codifica pel tret desitjat. Amb les tècniques de la biotecnologia es passen un o alguns gens, que codifiquen una característica específica coneguda. La nova planta està integrada amb tots els gens originals de la planta i un gen introduït de manera precisa i dirigida (Figura 1).

fig1CAT.jpg
Figura 1. (A) Mètode tradicional on, mitjançant el creuament, s’obté una nova varietat. Aquesta porta el gen d’interès (vermell), però també altres gens a l’atzar. (B) Amb l’enginyeria genètica obtenim una nova varietat de la planta comercial amb el gen d’interès (vermell) de qualsevol altra espècie (Font: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

METODOLOGIA DE L’ENGINYERIA GENÈTICA

L’obtenció d’un organisme transgènic a través de tècniques d’enginyeria genètica implica la participació d’un organisme que dóna el gen d’interès i un organisme receptor del gen que expressarà la nova característica desitjada. Les etapes i tècniques del procés són les següents:

0/ DECIDIR L’OBJECTIU: REALITZAR UN KNOCK-IN O UN KNOCK-OUT

Tècnica KNOCK-OUT:

El bloqueig de gens o knock-out és la tècnica que consisteix en suprimir l’expressió d’un gen, substituint-lo per una versió mutada de si mateix, sent aquesta còpia no funcional. Aquesta tècnica permet fer que un gen deixi d’expressar-se.

Tècnica KNOCK-IN:

La tècnica del knock-in és el procés oposat al del knock-out. Es reemplaça un gen per una versió modificada de si mateix, el qual produeix una variació en la funció resultant d’aquest.

En l’àmbit de la medicina, el knock-in de gens s’ha aplicat com estratègia per substituir o mutar els gens que causen malalties com la Corea de Huntington, per tal d’ajudar a crear una teràpia exitosa.

1/ CORROBORAR QUE EXISTEIX UN GEN QUE CODIFICA PER LA CARACTERÍSTICA D’INTERÈS

Primer s’ha de comprovar que la característica que interessa prové d’un gen, ja que així serà més fàcil transferir-la a un organisme que no la té.

2/ CLONAR EL GEN D’INTERÈS

És un procés complex, però a trets generals, els passos que es segueixen són els següents:

  • Extreure ADN
  • Buscar un gen entre tots els gens d’aquest ADN
  • Seqüenciar-lo
  • Construir un vector recombinant

L’ADN d’interès s’insereix en un plàsmid, una molècula d’ADN circular amb replicació autònoma. Els més utilitzats són els plàsmids d’origen bacterià (Vídeo 1).

Vídeo 1. “Clonación plásmido traducido”. Explicació de la utilització de plàsmids en el procés de clonació  com a vector (Font: YouTube)

El desenvolupament d’aquestes tècniques va ser possible gràcies a la descoberta dels enzims de restricció. Aquests enzims reconeixen seqüències específiques, de poques bases, i tallen l’ADN per aquest punt. Els extrems generats es poden segellar amb l’enzim lligasa i així obtenir una molècula d’ADN nova, anomenada recombinant (Figura 2).

adnrecombi
Figura 2. (1) ADN del plàsmid. (2) ADN d’un altre organisme. (3a, 3b) Es talla l’ADN amb un enzim de restricció. (4) L’enzim de restricció reconeix la seqüència AATT i talla entre els nucleòtids A i T de les cadenes d’ADN. (5) Es posen en contacte els dos ADNs perquè es formin molècules recombinants. (6) Un enzim lligasa uneix els extrems de l’ADN per tal de tenir una nova molècula (Font: GeoPaloma)

3/ CARACTERITZAR EL GEN D’INTERÈS

Coneixent la seqüència del gen es pot comparar aquesta seqüència amb la de gens ja coneguts a través de la bioinformàtica, per tal de determinar a quin gen s’assembla i assignar-li una possible funció. Després d’haver predit la funció del gen clonat es confirma la funció in vivo, normalment transferint-lo a un organisme model.

4/ MODIFICAR EL GEN D’INTERÈS

Si es desitja es pot agregar (promotor, introns…) o mutar seqüències dins de la regió codificant perquè es pugui expressar en el sistema d’interès.

5/ TRANSFORMACIÓ D’UN ORGANISME AMB EL GEN D’INTERÈS

Un cop acabada la construcció genètica amb el gen i el promotor desitjat, s’insereix l’ADN recombinant a les cèl·lules de l’individu que es vol modificar.

6/ CARACTERITZACIÓ DE L’OGM

Un cop obtingut l’OGM (Organisme Genèticament Modificat) s’analitza des del punt de vista molecular i biològic. En l’anàlisi molecular cal demostrar, entre altres, si té una (o més) còpies del transgen o com i a quins teixits s’expressa el gen. En l’anàlisi biològic es mira si compleix l’objectiu pel qual s’ha dissenyat.

REFERÈNCIES

 

MireiaRamos-catala

Genòmica nutricional: Alimentació a la carta

Quan Hipòcrates va dir “que el teu aliment sigui la teva medicina, i que la teva medicina sigui el teu aliment” ja sabia que l’alimentació té una influència decisiva en la nostra salut. I d’això ens parla la genòmica nutricional, de la qual parlaré en aquest article; una nova ciència apareguda en la era post genòmica, conseqüència de la seqüenciació del genoma humà (totes les seqüències d’ADN que caracteritzen a un individu) i els avenços tecnològics que permeten l’anàlisi de grans quantitats d’informació complexa.

EN QUÈ CONSISTEIX LA GENÒMICA NUTRICIONAL?

L’objectiu de la genòmica nutricional és estudiar les interaccions dels gens amb elements de la dieta humana, modificant el metabolisme cel·lular i generant canvis en els perfils metabòlics que poden estar associats amb la susceptibilitat i risc de desenvolupar malalties.

Aquest estudi vol millorar la salut i prevenir malalties basant-se en canvis en la nutrició. És important no entendre-ho com que els aliments o nutrients específics causen una resposta determinada a certs gens.

Quan parlem de la dieta hem de distingir entre el que són els nutrients i els aliments. Els nutrients són els compostos que formaran part del nostre cos, mentre que els aliments són el que ingerim. Aquests poden portar molts nutrients o només un de sol (com és la sal).

NUTRIGENÒMICA vs. NUTRIGENÈTICA

Dins la genòmica nutricional trobem la nutrigenòmica i la nutrigenètica, però tot i que pel seus noms ens pugui semblar que volen dir el mateix no és així (Figura 1).

La nutrigenòmica estudia com els aliments afecten als nostres gens i a la seva expressió. En canvi, la nutrigenètica estudia com els polimorfismes genètics condicionen com un mateix reacciona davant dels aliments.

fig1cat
Figura 1. Representació esquemàtica de la diferència entre nutrigenòmica i nutrigenètica (Font: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

LA NUTRIGENÒMICA EN DETALL

Els nutrients poden afectar a les vies metabòliques i a la homeòstasi (equilibri) del nostre cos. Si s’altera aquest equilibri poden aparèixer malalties cròniques o càncer, però també pot passar que una malaltia que ja tinguem sigui més o menys greu. És a dir, l’alteració de l’equilibri pot donar a l’aparició, progressió o gravetat de malalties.

L’objectiu de la nutrigenòmica és que no es trenqui la homeòstasi i descobrir la dieta òptima dins una sèrie d’alternatives nutricionals.

Així doncs evitarà alteracions en el genoma, en l’epigenoma i/o en l’expressió dels gens.

ALTERACIONS EN EL GENOMA

Els radicals lliures són subproductes que oxiden lípids, proteïnes o ADN. Aquests es poden generar als mitocondris, uns orgànuls que tenim dins les cèl·lules i produeixen energia; però també en podem incorporar per agents externs (tabac, alcohol, alimentació, productes químics, radiació).

En quantitats adequades ens aporten beneficis, però en excés són tòxics (poden produir la mort de les nostres cèl·lules).

Els antioxidants neutralitzen els radicals lliures. Però d’on podem aconseguir aquests antioxidants? Hi ha aliments que els contenen, com ens mostra la Taula 1.

taula1cat
Taula 1. Exemple d’antioxidants i d’alguns aliments on els podem trobar (Font: ZonaDiet)

La manera com cuinem els aliments o la seva cocció és important perquè no se’ns generin radicals lliures. En les barbacoes, al posar la carn en foc viu, els greixos i sucs de la carn cauen al foc causant flames. Això produeix més flama i es generen PAH (un tipus de radicals lliures). Aquests s’adhereixen a la superfície de la carn i al menjar-nos-la ens pot provocar dany al nostre ADN.

ALTERACIONS EN L’EPIGENOMA

L’epigenoma és la informació epigenètica global d’un organisme, és a dir, els canvis en l’expressió dels gens que són heretables, però que no són deguts a un canvi en la seqüència de l’ADN.

Els canvis epigenètics poden dependre de la dieta, envelliment o fàrmacs. El fet que es produeixin canvis que no hi haurien de ser donen lloc a malalties com càncer, malalties autoimmunes, diabetis…

Per exemple, quan tenim hipometilació, en general, les citosines que hauríem de tenir metilades no ho estan. Què significa això? La hipometilació fa que els gens es silenciïn i no es puguin expressar. Per tant, necessitem que l’ADN estigui metilat. Una forma de metilar-lo és amb aliments rics en àcid fòlic.

ALTERACIONS EN L’EXPRESSIÓ GÈNICA

Hi ha agents, com els raigs UV, que activen vies que afecten l’expressió gènica. Es produeix una cascada que activa gens relacionats amb la proliferació cel·lular, no diferenciació de les cèl·lules i que les cèl·lules sobrevisquin quan haurien de morir. Tot això ens provocarà càncer.

S’ha vist que hi ha aliments que, pels seus components, poden contrarestar l’activació d’aquestes vies, impedint que la transducció de senyals es doni. En són exemple la curcumina (curri), EGCG (te verd) o resveratrol (vi negre).

REFERÈNCIES

MireiaRamos-catala

La por a fer anys

Quan som nens esperem amb ànsies el dia del nostre aniversari. Aquell dia de l’any que ens pertany, en el qual amics i familiars ens omplen de regals i bufem les espelmes esperant que es compleixin tots els nostres desitjos. Amb el pas dels anys, els regals disminueixen i s’agraeix més que es recordin d’un mateix. Però aquell dia tan especial ve lligat a la por a fer-se gran i envellir. En aquest article us parlaré sobre què és l’envelliment i la seva genètica.

INTRODUCCIÓ

Rembrandt Harmensz van Rijn (1606 – 1669) va ser un pintor holandès, considerat un dels grans mestres barrocs de la pintura i el gravat. A aquest pintor li agradava autoretratar-se (Figura 1). Té molts autoretrats en els quals el pas del temps és evident en el seu rostre i també el seu envelliment.

1365579245_0
Figura 1. Autoretrats de Rembrandt (Font: El Mundo)

La paraula envelliment acostumem a relacionar-la amb el verb guanyar (guanyar vivències, guanyar experiència, guanyar arrugues) i amb el verb perdre (perdre pèl, perdre gent estimada, perdre capacitats). Però, què és realment l’envelliment?

L’envelliment és un procés en el qual es produeix un deteriorament dels mecanismes homeostàtics. La homeòstasis és el sistema de regulació i control de les constants del medi intern de l’organisme (pH que tenim a la sang, la pressió d’oxigen…) i tots els òrgans i aparells del nostre cos formen part de mecanismes homeostàtics.

Llavors, a l’envellir, en el nostre organisme passa el següent: disminueixen les funcions orgàniques, com passa a l’estómac, que funciona pitjor i costa més digerir; i és més difícil l’adaptació, la gent gran es deshidrata més fàcilment. Tot això va lligat a una atròfia tissular i disminució del recanvi cel·lular, ja que l’equilibri entre cèl·lules que es formen i cèl·lules que es destrueixen es perd amb l’edat.

L’envelliment és un procés fisiològic, no una malaltia, tot i que en aquesta situació fisiològica sí que es produeix una major quantitat de successos patològics.

ENVELLIMENT vs. SENESCÈNCIA

A vegades, quan es parla d’envelliment és fàcil confondre-ho amb el terme senescència. L’envelliment fa referència a tot l’organisme, mentre que la senescència és el procés de l’envelliment en la part cel·lular i orgànica.

Quan la cèl·lula pateix un estímul senescent es produeix una aturada en el cicle cel·lular i dany en l’ADN. Això significa que la cèl·lula para de créixer perquè el seu ADN està danyat. La disminució de la proliferació cel·lular, per exemple en la medul·la òssia pot provocar anèmies.

Les cèl·lules d’un teixit poden entrar en senescència degut a la radiació UV i es generen una sèrie de proteïnes que activen el reclutament de cèl·lules immunitàries macrofàgiques. Aquestes cèl·lules macrofàgiques, al formar part del sistema immunitari, s’encarreguen d’eliminar altres cèl·lules perjudicials per l’organisme. Aleshores maten a les cèl·lules senescents i deixen forats, que són coberts per noves cèl·lules. Això és el que passa a la pell normal.

Si aquest procés es dóna en una pell vella, queden cèl·lules senescents que no poden morir perquè no hi ha suficients macròfags. Llavors el teixit s’aprimarà per la seva incapacitat de formar noves cèl·lules.

LES 9 CLAUS DE L’ENVELLIMENT

Hi ha una sèrie de factors, entre els que s’inclouen factors genètics i epigenètics, que contribueixen a l’envelliment (Figura 2):

  1. Inestabilitat genòmica: ha d’haver un equilibri entre les lesions de l’ADN i les vies de reparació. S’ha de reparar l’ADN perquè no hi hagi un fenotip senescent en la cèl·lula.
  2. Escurçament dels telòmers: són els extrems dels cromosomes i es van escurçant a cada divisió cel·lular. Quan són molt curts la cèl·lula mor.
  3. Alteracions epigenètiques: com l’ambient influeix en l’expressió dels gens.
  4. Pèrdua de l’equilibri proteic: hi ha canvis en la capacitat de degradació del proteasoma, un complex que elimina les proteïnes no necessàries o danyades.
  5. Pèrdua de sensibilització als nutrients i alteracions metabòliques: les persones grans no controlen bé les seves ganes de menjar, o mengen molt o mengen molt poc. No tenen una bona sensibilitat als senyals de sacietat i apetit. El mateix passa amb la sensació de set. Les persones grans mai tenen set i això pot provocar la seva deshidratació.
  6. Recanvi mitocondrial: els mitocondris subministren energia per l’activitat cel·lular.
  7. Senescència cel·lular: es produeixen processos de dany cel·lular.
  8. Esgotament de les cèl·lules mare: la formació de cèl·lules mare disminueix. En les cèl·lules musculars no hi ha noves cèl·lules per reparar les fibres musculars i el múscul cada vegada es va fent més petit, provocant que la persona estigui cada vegada més dèbil.
  9. Mecanismes de comunicació cel·lular alterats: les diferents vies cel·lulars no funcionen bé.
hallmarks aging
Figura 2. Les 9 claus de l’envelliment (Font: The Hallmarks of Aging)

Es poden proposar una sèrie d’alternatives o intervencions en cada un dels factors mencionats abans que podrien allargar la vida mitja de l’organisme, però encara no es disposa de les eines necessàries per avaluar tots els factors que poden estar implicats en l’envelliment, tot i que s’hagi avançat molt durant els últims anys.

No obstant, la interpretació de què és patològic i què no ho és suposa un dels principals reptes a resoldre.

REFERÈNCIES

  • F. Rodier, J. J. Campisi. Four faces of cellular senescence. Cell Biol. 2011; 192(4), 547-56
  • Daniel Muñoz-Espín, Manuel Serrano. Cellular senescence: from physiology to pathology. Nat. Rev. Molecular Cell Biology 2014; 15, 482-496
  • C. López-Otin, M. A. Blasco, L. Partridge, M. Serrano, G. Kroemer. The Hallmarks of Aging. Cell 2013

MireiaRamos-catala

21 de març: dia mundial de la síndrome de Down

El dia 21 de març es celebra el Dia Mundial de la Síndrome de Down. Aquesta síndrome és una combinació cromosòmica natural que sempre ha format part de la condició humana. Existeix en totes les regions del món i, habitualment, té efectes variables en els estils d’aprenentatge, les característiques físiques o la salut. Afecta a 1 de cada 700 nens, fent que sigui l’anomalia cromosòmica més freqüent i la primera causa de discapacitat intel·lectual. Amb aquest article pretenc donar a conèixer una mica més aquesta síndrome.

PER QUÈ S’ANOMENA AIXÍ?

El seu nom es deu al metge anglès John Langdon Down que, el 1866, va descriure un grup de pacients amb discapacitat intel·lectual que mostraven característiques físiques molt semblants. Aquests pacients patien la síndrome de Down.

No obstant, ja existien obres d’art on es mostraven persones amb síndrome de Down (Figura 1), però és Langdon Down el primer en agrupar-los en una subcategoria dins dels individus amb deterioració cognitiva.

quadre oli
Figura 1. “L’adoració del nen Jesús” (1515). Aquesta pintura a l’oli, feta per un deixeble de Jan Joest van Kalkar, mostra a dues persones amb síndrome de Down (Font: Arte y síndrome de Down)

S’anomena síndrome perquè les persones afectades expressen un conjunt de símptomes o signes coneguts, que poden aparèixer junts, tot i que el seu origen és desconegut. Encara que els trets físics siguin comuns, cada persona amb síndrome de Down és un individu únic i pot presentar les característiques en diferents graus o no.

PER QUINS TRETS ES CARACTERITZEN?

  • Hipotonia: baix to muscular, falta de força als músculs
  • Orelles petites
  • Fissures palpebrals obliqües: forma característica dels ulls, inclinats cap amunt
  • Nas petit
  • Braquicefàlia: part del darrere del cap plana, sense curvatura
  • Mans amb plec simià: les línies que formen una M a la palma de la mà estan fusionades (Figura 2)
  • Tendència a l’obesitat
mans
Figura 2. (1) Plecs palmars esperats formant una M i (2) plec simià, característic de síndrome de Down (Font: Incidencia de nacimientos pretérmino y de término con peso bajo al nacer y existencia de línea Sydney)

Quan són petits presenten retard en assolir capacitats com seure amb independència, deambular, primeres paraules…

QUIN PAPER JUGA LA GENÈTICA?

El 1959, el metge francès, Jérôme Lejeune va veure que les persones amb síndrome de Down en comptes de tenir 46 cromosomes a cada cèl·lula en tenien 47. Aquest cromosoma de més era el 21 (Figura 3). L’article Per què m’assemblo als meus pares? ens recorda què és un cromosoma.

cariotip
Figura 3. Cariotip masculí de síndrome de Down (Font: Mireia Ramos, Cerba Internacional SAE)

Aleshores, la síndrome de Down o trisomia 21, que és com se la va començar a anomenar llavors, és conseqüència d’un cromosoma 21 extra. Però tenir un cromosoma 21 de més pot ser degut a tres fenòmens.

NO DISJUNCIÓ

És la causa majoritària, representant un 95% dels casos. Es deu a un error en el procés de divisió cel·lular. És a dir, en el moment en què la cèl·lula del progenitor s’ha de dividir perquè el fill hereti només un cromosoma 21, hi ha un error i el fill hereta els dos cromosomes 21 d’aquest progenitor. Com a conseqüència tindrà 3 cromosomes 21: un per part d’un progenitor i dos, que no s’han pogut separar, per part de l’altre progenitor.

TRANSLOCACIÓ

En el moment de la divisió cel·lular, d’un dels progenitors, un cromosoma 21 s’uneix a un altre cromosoma, majoritàriament a un cromosoma 14. Aleshores, el fill tindrà 3 cromosomes 21: un per part d’un progenitor i 2, el que ha de rebre i el que està enganxat al cromosoma 14, per part de l’altre progenitor.

Representa el 4% dels casos i és important identificar-la per evitar que la parella, si vol tenir un altre fill, transmeti la translocació.

MOSAICISME

És la causa menys freqüent ja que representa un 1% dels casos. Es produeix una no disjunció després de la fecundació, però no en totes les cèl·lules. Això provoca que hi hagi cèl·lules amb 46 cromosomes i cèl·lules amb 47, formant un mosaic.

Les cèl·lules amb 47 cromosomes tindran un cromosoma 21 extra.

TENIR UN FILL AMB SÍNDROME DE DOWN

S’ha vist que l’edat de la mare està relacionada amb tenir un fill amb síndrome de Down, és a dir, com més gran sigui la mare augmenta la probabilitat de tenir un fill amb síndrome de Down. Hi ha un augment progressiu als 30-35 anys i a partir dels 38 la incidència és exponencial.

Com que és la trisomia més acceptada per la naturalesa, en les proves d’embaràs es mira de forma rutinària. Si es detecta que el fetus té síndrome de Down la parella pot triar si seguir endavant o parar l’embaràs.

Les persones amb síndrome de Down cada cop estan més integrades a la nostra societat. D’acord que el seu coeficient intel·lectual és de 45-48, quan el rang estàndard volta els 100, però la integració escolar amb un suport especial és altament beneficiosa i poden arribar fins a un coeficient intel·lectual de 70.

Cada cop hi ha més empreses que ofereixen llocs de treball per a ells i això no ens hauria d’estranyar, perquè al cap i a la fi només tenen un cromosoma de més (Figura 4).

4304e69d1725dd0d283aa42997ae1837
Figura 4. “Calma, només és un cromosoma de més” (Font: Pinterest)

REFERÈNCIES

MireiaRamos-catala

“Jo sóc el teu pare… o no”

Recordeu la cèlebre frase que Darth Vader va dir a Luke Skywalker, a Star Wars? Doncs bé, del total de proves de paternitat que es realitzen a l’any, a Espanya, més del 25% dels casos no la poden dir. I és que ja ho diu el refrany: “fills de les meves filles, néts meus seran; però fills dels meus fills, en dubte estaran”. En aquest article us parlaré sobre el diagnòstic de paternitat i la seva evolució.

INTRODUCCIÓ

Les proves de paternitat tenen com a objectiu provar que un home és el pare biològic d’un nen.

Poden haver moltes raons per voler fer una prova de paternitat (Figura 1), ja sigui per a fins personals com legals, com poden ser causes de filiació (saber de qui ets fill), impugnació de resultats de paternitat, fills no reconeguts…

01patern-300x204
Figura 1. Dubtes sobre la paternitat (Font: Infogen)

I és que si abans eren majoritàriament les dones qui reclamaven aquestes proves, avui en dia cada cop més homes les sol·liciten per evitar pagar la pensió de manutenció després d’un divorci o d’una infidelitat.

EVOLUCIÓ DEL DIAGNÒSTIC DE PATERNITAT

La discussió sobre qui és el pare d’un individu no és un assumpte nou, ja que trobem registres de disputes de paternitat ja en temps de l’imperi Romà.

Els mètodes per resoldre aquests conflictes han variat molt. Inicialment, les proves es basaven en la semblança física. Sí que és cert que darrere aquestes semblances hi ha una transmissió hereditària de caràcters, però el desconeixement del mecanisme de transmissió i la poca objectivitat a l’hora de comparar-los resultaven de poca utilitat.

Als anys 20 es podia excloure la paternitat a través de la determinació dels grups sanguinis. Això significa que si el fill és del grup sanguini B, el pare no podrà ser A si la mare és 0, tal com es mostra a la Taula 1. El grup sanguini de la mare sí que donarà el del fill, ja que considerem que la mare ha donat a llum al fill i per això no qüestionem la seva maternitat.

taula grups sanguinis
Taula 1. Determinació dels grups sanguinis dels fills segons el grup sanguini dels pares (Font: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

Però, tot i que amb el grup sanguini es pogués excloure la paternitat, els tribunals no ho admetien com a prova temps enrere. És el que li va passar a Charlie Chaplin quan Joan Barry va acusar-lo de ser el pare del seu fill. Les anàlisis de sang excloïen a Chaplin com a pare ja que el seu grup sanguini era diferent al del possible fill, però el tribunal no ho va acceptar. Finalment, Chaplin va haver de pagar la manutenció del fill de Barry. Aquest cas va impulsar l’aprovació de noves lleis i de les proves forenses.

chaplin judici
Figura 2. Chaplin i Barry en el judici per la paternitat del fill de Barry (Font: GettyImages)

En l’actualitat, la prova de paternitat consisteix en l’estudi de les cèl·lules del pare i les del suposat fill a través de proves d’ADN, les quals permeten saber si hi ha relació genètica entre aquestes dues persones per la semblança que ha d’existir entre ambdues mostres i, per tant, confirmar o negar la paternitat. Però aquestes proves no només serveixen per confirmar si el pare legal és també el pare biològic.

COM ES DETERMINA LA PATERNITAT GENÈTICAMENT?

La identificació d’individus basada en l’estudi de l’ADN es pot realitzar a partir de pràcticament qualsevol mostra biològica (sang, mucosa bucal, cabell, orina, dents o inclús material biològic degradat). És per aquest motiu que aquest anàlisi no només és útil per a l’estudi de paternitat  i altres parentius, sinó que també s’utilitza en estudis forenses, en investigacions històriques i estudis antropobiològics.

La prova d’ADN es realitza analitzant seqüències del genoma molt variables, és a dir, que entre els individus d’una població poden tenir diferents formes anomenades al·lels. El que s’analitza per a determinar la paternitat són el que anomenem polimorfismes genètics, és a dir, que en la població hi hagi dues o més formes (variants al·lèliques) per a un mateix gen. Aquestes variants polimòrfiques són hereditàries i, per tant, el fill presentarà una combinació de polimorfismes determinada que haurà heretat dels seus progenitors.

En paternitat s’analitzen polimorfismes de repetició, és a dir, varia el número de vegades que tenim repetida la seqüència. Aquesta seqüència té una ubicació física identificable i l’anomenem marcador genètic.

Per a cada marcador una persona tindrà dos al·lels, un matern i l’altre patern, i aquesta combinació d’al·lels que rebem dels nostres pares és el genotip.

Per entendre-ho millor fixem-nos en la Figura 3. Els números a sota de cada individu mostren el seu genotip. Aquest genotip estarà format per dos al·lels, on cada al·lel indica el número de repeticions del polimorfisme.

cas
Figura 3. Diferència en la interpretació d’una prova de paternitat on concorda el suposat pare i el fill (cas A), respecte a una exclusió de paternitat (cas B) (Font: DNAProfile)

Un cop tenim els resultats per als diferents marcadors analitzats es procedeix, finalment, a determinar la paternitat o no de la mostra estudiada. Si el suposat pare concorda amb el fill s’haurà de fer un estudi bioestadístic per estimar la probabilitat de paternitat, és a dir, mirar quants homes a l’atzar podrien concordar amb el fill. Però si el suposat pare no concorda amb el fill s’estableix una exclusió i el resultat és inqüestionable.

REFERÈNCIES

  • Lorente J.A., Lorente M. El ADN y la identificación en la investigación criminal y en la paternidad biológica. Editorial Comares
  • E. Huguet, Á. Carracedo, M. Gené. Introducción a la investigación biològica de la paternidad. Promociones y publicaciones universitarias 1988
  • Infogen
  • Pruebas de paternidad: información básica
  • DNAProfile

MireiaRamos-catala