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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 farmacogenètica: un fàrmac per a cada persona

Qui no ha sentit a algú queixar-se de que els medicaments receptats pels metges no li fan res? Pot ser això cert? No tots els fàrmacs serveixen per a la mateixa població. Segueix llegint i descobreix els secrets de la farmacogenètica.

INTRODUCCIÓ

El mateix que passa amb els nutrients, passa amb els fàrmacs. Un altre dels objectius de la medicina personalitzada és fer-nos veure que no tots els medicaments serveix per a totes les persones. No obstant, això no és nou perquè cap allà al 1900, el metge canadenc William Osler va reconèixer que existia una variabilitat intrínseca i pròpia de cada individu, de manera que cada persona reacciona de forma diferent davant d’un fàrmac. És així com anys més tard definiríem la farmacogenètica.

És important assenyalar que no és el mateix que la farmacogenómica, la qual estudia les bases moleculars i genètiques de les malalties per desenvolupar noves vies de tractament.

Abans de tot necessitem començar pel principi: què és un fàrmac? Doncs bé, un fàrmac és tota substància fisicoquímica que interactua amb l’organisme i el modifica, per tractar de curar, prevenir o diagnosticar una malaltia. És important saber que els fàrmacs regulen funcions que fan les nostres cèl·lules, però no són capaces de crear noves funcions.

A part de conèixer si un fàrmac és bo o no per a una persona, també s’ha de tenir en compte la quantitat d’aquest que s’ha d’administrat. I és que encara no coneixem l’origen de totes les malalties, és a dir, desconeixem la majoria de les causes moleculars i genètiques reals de les malalties.

La classificació de les malalties es basa principalment en símptomes i signes i no en les causes moleculars. A vegades, un mateix grup de patologies és agrupat, però entre ells existeix una base molecular molt diferent. Això comporta que l’eficàcia terapèutica sigui limitada i baixa. Davant els fàrmacs, podem manifestar una resposta, una resposta parcial, que no ens produeixi cap efecte o que l’efecte sigui tòxic (Figura 1).

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Figura 1. Efectivitat i toxicitat d’un fàrmac a la població. Els diferents colors mostren les diferents respostes (verd: efectiu i segur; blau: segur, però no efectiu; vermell: tòxic i no efectiu; groc: tòxic, però efectiu) (Font: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

ELS FÀRMACS AL NOSTRE COS

Els fàrmacs acostumen a fer el mateix recorregut pel nostre cos. Quan ens prenem un fàrmac, normalment per via digestiva, aquest és absorbit pel nostre cos i va a parar al torrent sanguini. La sang el distribueix als teixits diana on ha de fer efecte. En aquest cas parlem de fàrmac actiu (Figura 2). Però no sempre és així, sinó que a vegades necessita activar-se. És llavors quan parlem de profàrmac, el qual necessita fer escala al fetge abans d’aterrar al torrent sanguini.

La majoria de les vegades, el fàrmac que ingerim és actiu i no necessita passa a visitar al fetge.

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Figura 2. Diferència entre un profármac i un fármac actiu (Font: Agent of Chemistry – Roger Tam)

Una vegada que el fàrmac ja ha anat al teixit diana i ha interactuat amb les cèl·lules en qüestió, es produeixen deixalles del fàrmac. Aquestes restes continuen circulant per la sang fins a arribar al fetge, que els metabolitza per a expulsar-los per una de les dues vies d’expulsió: (i) la bilis i excreció junt amb els excrements o (ii) la purificació de la sang pels ronyons i la orina.

LA IMPORTÀNCIA DE LA FARMACOGENÈTICA

Un clar exemple de com segons els polimorfismes de la població hi haurà diferent variabilitat de resposta el trobem en els gens transportadors. La glicoproteïna P és una proteïna situada a la membrana de les cèl·lules, que actua com a bomba d’expulsió de xenobiòtics cap a l’exterior de la cèl·lula, és a dir, tots els compostos químics que no formen part de la composició dels organismes vius.

Els humans presentem un polimorfisme que ha estat molt estudiat. Depenent del polimorfisme que posseeixi cada individu, la proteïna transportadora tindrà una activitat normal, intermèdia o baixa.

En una situació normal, la proteïna transportadora produeix una excreció bastant alta del fàrmac. En aquest cas, la persona és portadora de l’al·lel CC (dues citosines). Però si només té una citosina, combinada amb una timina (totes dues són bases pirimidíniques), l’expressió del gen no és tant bona i l’activitat d’expulsió és menor, donant una situació intermèdia. En canvi, si una persona presenta dues timines (TT), l’expressió de la glicoproteïna P a la membrana de la cèl·lula serà baixa. Això suposarà una menor activitat del gen responsable i, conseqüentment, major absorció en sang ja que el fàrmac no és excretat. Aquest polimorfisme, el polimorfisme TT, és perillós pel pacient, ja que passa molt fàrmac a la sang, resultant tòxic pel pacient. Per tant, si el pacient és TT la dosis haurà de ser menor.

Aquest exemple ens demostra que coneixent el genoma de cada individu i com actua segons el seu codi genètic en base a ell, podem saber si l’administració d’un fàrmac a un individu serà l’adequada o no. I en base a això, podem receptar un altre medicament que s’adapti millor a la genètica d’aquesta persona.

APLICACIONS DE LA FARMACOGENÈTICA

Les aplicacions d’aquestes disciplines de la medicina de precisió són moltes. Entre elles es troben optimitzar la dosi, escollir el fàrmac adequat, donar un pronòstic del pacient, diagnosticar-lo, aplicar la teràpia gènica, monitoritzar el progrés d’una persona, desenvolupar nous fàrmacs i predir possibles respostes adverses.

Els progressos que han tingut lloc en la genòmica, el disseny de fàrmacs, teràpies i diagnòstics per a les diferents patologies, han avançat notablement en els últims anys, i han donat pas al naixement d’una medicina més adaptada a les característiques de cada pacient. Ens trobem, per tant, al llindar d’una nova manera d’entendre les malalties i la medicina.

I això es produeix en una època en la que es vol deixar enrere el món de pacients que davant una malaltia o malestar són atesos i diagnosticats de la mateixa manera. Per rutina, se’ls prescriuen els mateixos medicaments i dosis. Per aquest motiu ha sorgit la necessitat d’una alternativa científica que, basada en el codi genètic, ofereix tractar al malalt de manera individualitzada.

REFERÈNCIES

  • 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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¿Qué es la terapia génica?

En los últimos años hemos oído hablar de la terapia génica y su potencial. ¿Pero sabemos bien qué es o en qué consiste? En este artículo quiero dar a conocer esta herramienta prometedora que puede curar algunas de las enfermedades que las terapias con medicamentos convencionales no pueden. Os hablaré de sus enfoques y también de sus elementos clave, donde encontramos los modelos animales.

INTRODUCCIÓN

Un clinical trial es un estudio clínico, es decir, un estudio experimental que se realiza en pacientes y sujetos sanos para evaluar la eficacia y/o seguridad de uno o varios procedimientos terapéuticos y, también, para conocer los efectos producidos en el organismo humano.

Desde el primer clinical trial hecho en humanos el 1990, la terapia génica ha generado grandes expectativas en nuestra sociedad. Después de más de 20 años, hay muchos protocolos de terapia génica en estado de clínica.

Antes de aplicar la terapia génica en humanos es necesario hacer estudios preclínicos, se tienen que hacer investigaciones in vitro o in vivo antes de probar los clinical trial en humanos. El objetivo de éstos es proteger a los humanos de los efectos tóxicos de las drogas que se estudian.

Un elemento importante de los estudios preclínicos son los animales modelos. Primeramente se tienen que hacer estudios con animales pequeños como el ratón. Si los resultados son satisfactorios, entonces se pasa a animales más grandes como los perros. Finalmente, si los estudios dan buenos resultados se pasa a animales superiores: primates o humanos.

¿QUÉ ES LA TERAPIA GÉNICA?

La terapia génica representa una herramienta prometedora para curar algunas enfermedades que con drogas convencionales no se puede. Esta terapia consiste en transferir material genético dentro de células o tejidos para prevenir o curar enfermedades.

Inicialmente la terapia génica se estableció para tratar pacientes con enfermedades hereditarias causadas por un defecto genético, pero ahora, actualmente, muchos de los esfuerzos de la terapia génica están focalizados en curar enfermedades poligénicas o no hereditarias con alta prevalencia (Video 1).

Video 1. Extracto del programa Redes (Tv2) donde se explica qué es la terapia génica (Fuente: YouTube)

ENFOQUES EN TERAPIA GÉNICA

Hay dos tipos de enfoques en terapia génica (Figura 1):

  • Terapia génica in vivo: introducir un gen terapéutico dentro de un vector que es administrado directamente al paciente. El vector transferirá el gen de interés en el tejido estimado para producir la proteína terapéutica.
  • Terapia génica ex vivo: transferir el vector que lleva el gen terapéutico a células cultivadas del paciente. Después, estas células genéticamente modificadas son reintroducidas al paciente donde expresaran la proteína terapéutica.
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Figura 1. In vivo: el gen terapéutico es insertado al vector, que será el encargado de transportalo al tejido diana (ej: hígado) a través de una inyección. Ex vivo: se extrae una muestra de células del paciente para cultivarlas y modificarlas genéticamente. Una vez hecho esto, se vuelven a reintroducir al paciente (Fuente: CliniGene – Gene Therapy European Network)

ASPECTOS CLAVE DE LA TERAPIA GÉNICA

Cuando diseñamos un enfoque de terapia génica hay algunos aspectos clave a tener en cuenta:

1/ GEN TERAPÉUTICO

Es el gen de interés que es introducido en el organismo para contrarrestar la enfermedad. Por un lado, para enfermedades causadas por la pérdida o disfunción de una sola proteína, el gen que se transfiere es fácilmente identificable, siendo sólo una copia correcta del gen la que causa la disfunción. Por otro lado, para enfermedades con origen más complejo, la elección del gen terapéutico es más complicada y se tendrán que hacer más estudios para conocer bien la enfermedad.

2/ VECTOR

Es el vehículo por el cual el gen de interés es transportado a las células diana. El vector perfecto tendría que ser transferido a las células diana sin activar la respuesta inmunitaria, ya sea en contra de él mismo o del gen terapéutico. Por ahora no existe un vector universal para tratar cualquier enfermedad.

2.1/ VECTORES VIRALES

Este tipo de vectores deriva de los virus, pero esto no es un problema porque muchos o todos los genes virales son reemplazados por el gen terapéutico. Esto significa que los vectores virales no causan enfermedades patogénicas porque el gen es eliminado.

2.2/ VECTORES NO VIRALES

Este tipo de vectores no deriva de los virus, pero el gen terapéutico forma parte de un plásmido.

3/ CÉLULAS DIANA

Cualquier célula que tenga un receptor específico para un antígeno o anticuerpo, hormona, droga… El gen terapéutico tiene que ser dirigido a las células diana de un tejido específico.

4/ VÍAS DE ADMINISTRACIÓN

El gen terapéutico tiene que ser administrado a través de la vía más adecuada. El tipo de vía dependerá, igual que el vector, del tejido diana, el órgano a manipular o de la enfermedad a tratar.

5/ MODELOS ANIMALES

Son utilizados para ver qué pasa en un organismo vivo. Se utilizan principalmente en la investigación para conseguir el progreso de los conocimientos científicos, ya que muchos procesos celulares básicos son los mismos en todos los animales y, así, se puede entender lo que le pasa al cuerpo cuando tiene un defecto; como modelos para el estudio de una enfermedad, porque los seres humanos y los animales comparten muchas enfermedades y permiten saber cómo responde el sistema inmunológico; para desarrollar y probar métodos potenciales del tratamiento, siendo una parte esencial de la aplicación de la investigación biológica a problemas médicos reales y que permite la identificación de nuevas dianas para la intervención de la enfermedad; y, finalmente, para proteger la seguridad de las personas, animales y el medio ambiente, los investigadores han mesurado los efectos del compuesto beneficiosos y nocivos en el organismo, la identificación de posibles problemas y determinar la administración de la dosis.

La disponibilidad de modelos animales es clave en fases preclínicas, ya que permite la evaluación exhaustiva de la seguridad y la eficacia de los protocolos de terapia génica antes de cualquier ensayo clínico humano.

En un futuro próximo, la terapia génica será una alternativa eficaz a los esfuerzos farmacológicos y permitirá el tratamiento de muchas enfermedades en las que ahora mismo el tratamiento farmacológico no es adecuado. Así, la terapia génica es una herramienta terapéutica que nos ofrece un nombre ilimitado de posibilidades para conseguir y desarrollar terapias mejores y más efectivas para enfermedades que antes eran incurables.

REFERENCIAS

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Què és la teràpia gènica?

En els darrers anys hem sentit a parlar sobre la teràpia gènica i el seu potencial. Però sabem ben bé què és o en què consisteix? En aquest article vull donar a conèixer aquesta  eina prometedora que pot curar algunes de les malalties que les teràpies amb medicaments convencionals no poden. Us parlaré dels seus enfocaments i també dels seus elements clau, on trobem els models animals.

INTRODUCCIÓ

Un clinical trial és un estudi clínic, és a dir, un estudi experimental que es realitza en pacients i subjectes sans per avaluar l’eficàcia i/o seguretat d’un o varis procediments terapèutics i, també, per conèixer els efectes produïts en l’organisme humà.

Des del primer clinical trial fet en humans el 1990, la teràpia gènica ha generat grans expectatives en la nostra societat. Després de més de 20 anys, hi ha molts protocols de teràpia gènica en estat de clínica.

Abans d’aplicar la teràpia gènica en humans és necessari fer estudis pre-clínics, s’han de fer investigacions in vitro o in vivo abans de provar els clinical trials en humans. L’objectiu d’aquests és protegir els humans dels efectes tòxics de les drogues que s’estudien.

Un element important dels estudis pre-clínics són els animals models. Primer s’han de fer tests amb animals petits com el ratolí. Si els resultats són satisfactoris, llavors es passa a animals més grans com els gossos. Finalment, si els estudis donen bons resultats es passa a animals superiors: primats o humans.

QUÈ ÉS LA TERÀPIA GÈNICA?

La teràpia gènica representa una eina prometedora per curar algunes malalties que amb drogues convencionals no es pot. Aquesta teràpia consisteix en transferir material genètic dins de cèl·lules o teixits per prevenir o curar malalties.

Inicialment la teràpia gènica es va establir per tractar pacients amb malalties hereditàries causades per un defecte genètic, però ara, actualment, molts dels esforços de la teràpia gènica estan focalitzats en curar malalties poligèniques o no hereditàries amb alta prevalença (Vídeo 1, en castellà).

Vídeo 1. Extracte del programa Redes (Tv2) on s’explica què és la teràpia gènica (Font: YouTube)

ENFOCAMENTS EN TERÀPIA GÈNICA

Hi ha dos tipus d’enfocaments en teràpia gènica (Figura 1):

  • Teràpia gènica in vivo: introduir un gen terapèutic dins un vector que és administrat directament al pacient. El vector transferirà el gen d’interès en el teixit estimat per produir la proteïna terapèutica.
  • Teràpia gènica ex vivo: transferir el vector que porta el gen terapèutic a cèl·lules cultivades del pacient. Després, aquestes cèl·lules genèticament modificades són reintroduïdes al pacient on expressaran la proteïna terapèutica.
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Figura 1. In vivo: el gen terapèutic és inserit al vector, que serà l’encarregat de transportar-lo al teixit diana (ex: fetge) a través d’una injecció. Ex vivo: s’extreu una mostra de cèl·lules del pacient per cultivar-les i modificar-les genèticament. Un cop fet això es tornen a reintroduir al pacient (Font: CliniGene – Gene Therapy European Network)

ASPECTES CLAUS DE LA TERÀPIA GÈNICA

Quan dissenyem un enfocament de teràpia gènica hi ha alguns aspectes claus a tenir en compte:

1/ GEN TERAPÈUTIC

És el gen d’interès que és introduït a l’organisme per contrarestar la malaltia. Per una banda, per malalties causades per la pèrdua o disfunció d’una sola proteïna, el gen que es transfereix és fàcilment identificable, sent només una còpia correcta del gen la que causa la disfunció. Per altra banda, per malalties amb origen més complex, l’elecció del gen terapèutic és més complicada i s’hauran de fer més estudis per conèixer bé la malaltia.

2/ VECTOR

És el vehicle per el qual el gen d’interès és transportat a les cèl·lules diana. El vector perfecte hauria de ser transferit a les cèl·lules diana sense activar la resposta immunitària ja sigui en contra d’ell mateix o del gen terapèutic. Per ara no existeix un vector universal per tractar qualsevol malaltia.

2.1/ VECTORS VIRALS

Aquest tipus de vectors deriva dels virus, però això no és un problema perquè molts o tots els gens virals són reemplaçats pel gen terapèutic. Això significa que els vectors virals no causen malalties patogèniques perquè el gen és eliminat.

2.2/ VECTORS NO VIRALS

Aquest tipus de vectors no deriva dels virus, però el gen terapèutic forma part d’un plàsmid.

3/ CÈL·LULES DIANA

Qualsevol cèl·lula que tingui un receptor específic per un antigen o anticòs, hormona, droga… El gen terapèutic ha de ser dirigit a les cèl·lules diana d’un teixit específic.

4/ VIES D’ADMINISTRACIÓ

El gen terapèutic ha de ser administrat a través de la via més apropiada. El tipus de via dependrà, igual que el vector, del teixit diana, l’òrgan a manipular o de la malaltia a tractar.

5/ MODELS ANIMALS

Són utilitzats per veure què passa en un organisme viu. S’utilitzen principalment en la investigació per aconseguir el progrés dels coneixements científics, ja que molts processos cel·lulars bàsics són els mateixos en tots els animals i així es pot entendre el que li passa al cos quan té un defecte; com a models per a l’estudi d’una malaltia, perquè els éssers humans i els animals comparteixen moltes malalties i permeten saber com respon el sistema immunològic; per desenvolupar i provar mètodes potencials del tractament, sent una part essencial de l’aplicació de la investigació biològica a problemes mèdics reals i que permeti la identificació de noves dianes per a la intervenció de la malaltia; i, finalment, per protegir la seguretat de les persones, animals i el medi ambient, els investigadors han mesurat els efectes del compost beneficiosos i nocius en l’organisme, la identificació de possibles problemes i determinar l’administració de la dosi.

La disponibilitat de models animals és clau per fases preclíniques, ja que permet l’avaluació exhaustiva de la seguretat i l’eficàcia dels protocols de teràpia gènica abans de qualsevol assaig clínic humà.

En un futur pròxim, la teràpia gènica serà una efectiva alternativa als esforços farmacològics i permetrà el tractament de moltes malalties en les que ara mateix el tractament farmacològic sol no és adequat. Així, la teràpia gènica és una eina terapèutica que ens ofereix un nombre il·limitat de possibilitats per aconseguir i desenvolupar teràpies millors i més efectives per a malalties que abans eren incurables.

REFERÈNCIES

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La secuenciación del genoma humano

La genómica es una ciencia reciente, la cual ha tenido un importante auge en los últimos años, sobre todo gracias a las tecnologías avanzadas de secuenciación de ADN, a los avances en bioinformática y a las técnicas cada vez más sofisticadas para realizar análisis de genomas completos. Y de los genomas completos y su secuenciación os hablaré en este artículo, mencionando también el proyecto Genoma Humano, que permitió la secuenciación del genoma humano.

¿POR QUÉ SECUENCIAMOS?

La secuenciación es el conjunto de métodos y técnicas bioquímicas cuya finalidad es la determinación del orden de los nucleótidos (A, T, C y G). Su objetivo es obtener todos los nucleótidos ordenados del ADN de un organismo.

Los primeros organismos que se secuenciaron fueron dos bacterias, Haemophilus influenzae y Mycoplasma genitalium en el 1995. Sólo un año después se secuenció el genoma de un hongo (Saccharomyces cerevisiae).

A partir de aquí nace el proyecto de secuenciación de eucariotas: en 1998 se secuencia Caenorhabditis elegans (nematodo), en 2000 Drosophila melanogaster (mosca de la fruta) y en 2001 el genoma humano.

Pero ¿por qué secuenciamos? En el caso del genoma humano, hay la necesidad de conocerlo para que ayude a paliar o evitar enfermedades.

Algunos de los organismos que se han secuenciado son organismos modelos, los cuales tienen:

  • Importancia médica: hay organismos patógenos y conocemos las enfermedades que pueden causar.
  • Importancia económica: los organismos que los humanos consumimos, con técnicas moleculares los podemos mejorar.
  • Estudio de la evolución: en el año 2007 se secuenciaron más de 11 especies de Drosophila y se intentó entender la relación evolutiva de los cromosomas de éstas. También se ha hecho en mamíferos (Proyecto ENCORE).

¿QUÉ ENTENDEMOS POR GENOMA SECUENCIADO?

El genoma humano tiene 46 cromosomas, es decir, 23 parejas de cromosomas (22 parejas de cromosomas autosómicos y 1 pareja de cromosomas sexuales, XX o XY dependiendo de si es mujer u hombre).

El tamaño del genoma humano secuenciado es de 32.000Mb, es decir, los 23 cromosomas más el cromosoma Y.

El genoma humano se obtuvo de la mezcla de genomas humanos para obtener una representación del genoma de toda la humanidad.

PARADOJAS QUE ENCONTRAMOS EN EL GENOMA

Una paradoja es un hecho que parece contrario a la lógica. Con los genomas encontramos dos claras paradojas.

La primera paradoja hace referencia al valor C, el valor que representa la cantidad de ADN en el genoma. Como sería de esperar, cuanto más grande y complejo sea el organismo, más grande será el tamaño de su genoma. Pero esto no es así ya que no existe esta correlación. Esto se debe a que el genoma no solamente contiene genoma codificante y proteínas, sino que también contiene ADN repetitivo. Además, los genomas más compactados se encuentran en organismos menos complejos.

La segunda paradoja hace referencia al valor G, el valor que representa el número de genes. Tampoco encontramos correlación entre el número de genes y la complejidad. Un ejemplo claro es que en el genoma humano hay alrededor de 20.000 genes y Arabidopsis thaliana  (planta herbácea) tiene 25.000 genes. La explicación se encuentra en el mundo del ARN, que es más complejo de lo que se pensaba y tiene que ver con la regulación de los genes.

EL PROYECTO GENOMA HUMANO

El proyecto de secuenciación del genoma humano ha sido el mayor proyecto de investigación biomédica de la historia. Con un presupuesto de 3 mil millones de dólares y la participación de un Consorcio Público Internacional, formado por EEUU, Reino Unido, Japón, Francia, Alemania, China y otros países, tenía como objetivo último la consecución de la secuencia completa del genoma humano.

Empezó en 1990, pero la cosa se complicó cuando, en 1999, apareció en escena una empresa privada, Celera Genomics, presidida por el científico Craig J. Venter, que lanzó el reto de conseguir la secuencia humana en un tiempo récord, antes de lo previsto por el Consorcio Público.

Al final se decidió dejarlo en tablas. El Consorcio Público aceleró el proceso y obtuvo el borrador casi al mismo tiempo. El 26 de Junio de 2000, en un acto en la Casa Blanca con el presidente Bill Clinton, se encontraron los dos máximos representantes de las partes en competición, Craig Venter por Celera, y el director del Consorcio Público, Francis Collins. Se anunció de forma conjunta la consecución de dos borradores de la secuencia completa del genoma humano (Video 1, en inglés). Fue un momento histórico, como el descubrimiento de la doble hélice o la primera vez que el hombre pisó la Luna.

Video 1. Acto del anuncio del Genoma Humano en la Casa Blanca (Fuente: YouTube)

Las publicaciones correspondientes de ambas secuencias no aparecieron hasta febrero de 2001. El Consorcio Público publicó su secuencia en la revista Nature, mientras que Celera lo hizo en Science (Figura 1). Tres años después, en 2004, el Consorcio publicó la versión final o completa del genoma humano.

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Figura 1. Portadas de las publicaciones de la secuencia borrador del genoma humano en las revistas NatureScience en febrero de 2001 (Fuente: Bioinformática UAB)

GENOMAS PERSONALES

El genoma que se obtuvo en 2001 es el genoma de referencia. A partir de aquí se ha entrado en la era de los genomas personales, con nombre y apellidos. Craig Venter fue el primero que secuenció su genoma y el siguiente fue James Watson, uno de los descubridores de la doble hélice.

Se tardó 13 años en secuenciar el genoma de referencia (HGP). Con el de Craig Venter se tardó mucho menos y con el de James Watson apenas unos meses.

APLICACIONES CLÍNICAS DE LA SECUENCIACIÓN

Sin llegar a secuenciar el genoma entero se han identificado genes causantes de enfermedades. El exoma no es el genoma entero, sino la parte del genoma que corresponde a los exones.

Un ejemplo es el caso de Nicholas Volker (Figura 2), el primer caso de medicina genómica. Este niño tenía una enfermedad inflamatoria intestinal grave e intratable de causa desconocida. Con la secuenciación del exoma se permitió descubrir una mutación en el gen XIAP del cromosoma X, que sustituye un aminoácido funcionalmente importante por otro. Un trasplante de médula de hueso le salvó la vida al paciente.

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Figura 2. Nicholas Volker con su libro One in a Billion, que cuenta su historia (Fuente: Rare & Undiagnosed Network)

REFERENCIAS

  • L. Pray. Eukaryotic genome complexity. Nature Education 2008; 1(1):96
  •  Brown. Genomes 3, 3rd edition (2007)
  • Bioinformática UAB
  • BT.com
  • E. A. Worthey et al. Making a definitive diagnosis: Successful clinical application of whole exome sequencing in a child with intractable inflammatory bowel disease. Genetics in Medicine 2011; 13, 255-262
  • Foto portada: Noticias InterBusca

MireiaRamos-castella

La seqüenciació del genoma humà

La genòmica és una ciència recent que ha tingut un important auge en els últims anys, sobretot gràcies a les tecnologies avançades de seqüenciació d’ADN, als avenços en bioinformàtica i a les tècniques cada cop més sofisticades per a realitzar anàlisis de genomes complets. I dels genomes complets i la seva seqüenciació és del que us parlaré en aquest article, fent esment al Projecte Genoma Humà, que va permetre la seqüenciació del genoma humà.

PER QUÈ SEQÜENCIEM?

La seqüenciació és el conjunt de mètodes i tècniques bioquímiques que tenen com a finalitat la determinació de l’ordre dels nucleòtids (A, T, C i G). El seu objectiu és obtenir tots els nucleòtids ordenats de l’ADN d’un organisme.

Els primers organismes que es van seqüenciar van ser dues bactèries, Haemophilus influenzae i Mycoplasma genitalium en el 1995. Només un any després es va seqüenciar el genoma d’un fong (Saccharomyces cerevisiae).

A partir d’aquí neix el projecte de seqüenciació d’eucariotes: el 1998 es seqüencia Caenorhabditis elegans (nematode), el 2000 Drosophila melanogaster (mosca de la fruita) i el 2001 el genoma humà.

Però, per què seqüenciem? En el cas del genoma humà hi ha la necessitat de conèixer-lo per ajudar a pal·liar o evitar malalties.

Alguns dels organismes que s’han seqüenciat són organismes models, els quals tenen:

  • Importància mèdica: hi ha organismes patògens i coneixem les malalties que poden causar.
  • Importància econòmica: els organismes que els humans consumim, amb tècniques moleculars els podem millorar.
  • Estudi de l’evolució: en l’any 2007 es van seqüenciar més d’11 espècies de Drosophila i es va intentar entendre la relació evolutiva dels cromosomes d’aquestes. També s’ha fet en mamífers (Projecte ENCORE).

QUÈ ENTENEM PER GENOMA SEQÜENCIAT?

El genoma humà té 46 cromosomes, és a dir, 23 parelles de cromosomes (22 parelles de cromosomes autosòmics i 1 parella de cromosomes sexuals, XX o XY depenent de si és dona o home).

La mida del genoma humà és de 32.000Mb, és a dir, els 23 cromosomes més el cromosoma Y.

El genoma humà es va obtenir de la barreja de genomes humans per obtenir una representació del genoma de tota la humanitat.

PARADOXES QUE TROBEM EN EL GENOMA

Una paradoxa és un fet que sembla contrari a la lògica. Amb els genomes trobem dues clares paradoxes.

La primera paradoxa fa referència al valor C, el valor que representa la quantitat d’ADN del  genoma. Com seria d’esperar, com més gran i complex sigui l’organisme, més gran serà la mida del seu genoma. Però això no és així ja que no existeix aquesta correlació. Això és degut a que el genoma no solament conté genoma codificant i proteïnes, sinó que també conté ADN repetitiu. A més, els genomes més compactats es troben en organismes menys complexos.

La segona paradoxa fa referència al valor G, el valor que representa el número de gens. Tampoc trobem una correlació entre el número de gens i la complexitat. Un exemple clar és que en el genoma humà hi ha al voltant de 20.000 gens i Arabidopsis thaliana (planta herbàcia) té 25.000 gens. L’explicació es troba en el món de l’ARN, que és més complex del que es pensava i té a veure amb la regulació dels gens.

EL PROJECTE GENOMA HUMÀ

El projecte de seqüenciació del genoma humà ha sigut el major projecte d’investigació biomèdica de la història. Amb un pressupost de 3 mil milions de dòlars i la participació d’un Consorci Públic Internacional, format per EEUU, Regne Unit, Japó, França, Alemanya, Xina i altres països, tenia com a objectiu la consecució de la seqüencia completa del genoma humà.

Va començar el 1990, però la cosa es va complicar quan, el 1999, va aparèixer en escena una empresa privada, Celera Genomics, presidida pel científic Craig Venter, que va llençar el repte d’aconseguir la seqüència humana en un temps rècord, abans del previst pel Consorci Públic.

Al final es va deixar en empat. El Consorci Públic va accelerar el procés i va obtenir l’esborrany quasi al mateix temps. El 26 de juny del 2000, en un acte a la Casa Blanca amb el president Bill Clinton, es van trobar els dos màxims representants de les parts en competició: Craig Venter per Celera i el director del Consorci Públic, Francis Collins. Es va anunciar de forma conjunta la consecució de dos esborranys de la seqüència completa del genoma humà (Vídeo 1, en anglès). Va ser un moment històric, com el descobriment de la doble hèlix o la primera vegada que l’home va trepitjar la Lluna.

Vídeo 1. Acte de l’anunci del Genoma Humà a la Casa Blanca (Font: YouTube)

Les publicacions corresponents d’ambdues seqüències no van aparèixer fins el febrer del 2001. El Consorci Públic va publicar la seva seqüència a la revista Nature, mentre que Celera ho va fer a Science (Figura 1). Tres anys després, el 2004, el Consorci va publicar la versió final o completa del genoma humà.

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Figura 1. Portades de les publicacions de la seqüència esborrany del genoma humà en les revistes NatureScience el febrer de 2001 (Font: Bioinformática UAB)

GENOMES PERSONALS

El genoma que es va obtenir el 2001 és el genoma de referència. A partir d’aquí s’ha entrat a l’era dels genomes personals, amb nom i cognoms. Craig Venter va ser el primer que va seqüenciar el seu genoma i el següent va ser James Watson, un dels descobridors de la doble hèlix.

Es va trigar 13 anys en seqüenciar el genoma de referència (HGP). Amb el de Craig Venter es va trigar molt menys i amb el de Watson només uns mesos.

APLICACIONS CLÍNIQUES DE LA SEQÜENCIACIÓ

Sense arribar a seqüenciar el genoma sencer s’han identificat gens causants de malalties. L’exoma no és el genoma sencer, sinó la part del genoma que correspon als exons.

Un exemple és el cas de Nicholas Volker (Figura 2), el primer cas de medicina genòmica. Aquest nen tenia una malaltia inflamatòria intestinal greu i intractable de causa desconeguda. Amb la seqüenciació de l’exoma es va permetre descobrir una mutació en el gen XIAP del cromosoma X, que substitueix un aminoàcid funcionalment important per un altre. Un transplantament de medul·la òssia li va salvar la vida al pacient.

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Figura 2. Nicholas Volker amb el seu llibre One in a Billion, que explica la seva història (Font: Rare & Undiagnosed Network)

REFERÈNCIES

  • L. Pray. Eukaryotic genome complexity. Nature Education 2008; 1(1):96
  •  Brown. Genomes 3, 3rd edition (2007)
  • Bioinformática UAB
  • BT.com
  • E. A. Worthey et al. Making a definitive diagnosis: Successful clinical application of whole exome sequencing in a child with intractable inflammatory bowel disease. Genetics in Medicine 2011; 13, 255-262
  • Foto portada: Noticias InterBusca

MireiaRamos-catala

Síndrome de Marfan: cómo vivir de una enfermedad rara

¿Qué tienen en común el presidente estadounidense Abraham Lincoln, el pintor griego El Greco o el actor español Javier Botet? Pues que todos ellos tenían o tienen el síndrome de Marfan. Éste se incluye dentro de las enfermedades raras (menos de 1 caso por cada 2.000 habitantes). En este artículo os explicaré qué les pasa a las personas que lo sufren y, también, el ejemplo de una persona afectada y cómo le ha sabido sacar provecho a su síndrome.

¿QUÉ ES EL SÍNDROME DE MARFAN?

El síndrome de Marfan es una enfermedad rara del tejido conectivo, es decir, el tejido que se extiende por todo el organismo y tiene como misión unir los tejidos, rellenar los huecos entre los órganos… Como que el tejido conectivo se encuentra en todo el cuerpo, los pacientes con síndrome de Marfan tienen diversos problemas en múltiples órganos (huesos, ojos, corazón, vasos sanguíneos, sistema nervioso, piel y pulmones).

Su nombre se debe al médico francés Bernard Jean Antoine Marfan que, en 1896, detectó el caso de una niña de 5 años que tenía unos largos brazos desproporcionados respecto a su cuerpo y los dedos de las manos y los pies muy delgados y largos.

Se engloba dentro de las enfermedades raras porque afecta a 1 de cada 5.000 personas. Una enfermedad rara es aquella que afecta a un número pequeño de personas en comparación con la población general.

¿EN QUÉ SE CARACTERIZAN LAS PERSONAS AFECTADAS?

Las características clínicas las podemos agrupar principalmente en sistema esquelético, sistema cardiovascular y sistema ocular.

Las características del sistema esquelético son las más visuales y entre ellas encontramos (Figura 1):

  • Dolicostenomelia: extremidades desproporcionadamente largas en comparación con la longitud del tronco. Esto comporta que sean más altos de lo que se esperaría de su background genético.
  • Aranodactilia: dedos de las manos y de los pies anormalmente largos y delgados, parecidos a las patas de una araña.
  • Cara larga y estrecha.
  • Escoliosis: desviación de la columna vertebral en forma de S o C.
  • Crecimiento excesivo de las costillas que puede empujar el esternón para dentro (pectus excavatum) o para fuera (pectus carinatum).
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Figura 1. Niño con síndrome de Marfan, donde se le puede observar claramente pectus excavatum, dolicostenomelia y aracnodactília (Fuente: National Marfan Foundation)

Las características del sistema cardiovascular son la principal fuente de morbididad y mortalidad temprana. La dilatación de la arteria aorta es la más frecuente y grave, pero también encontramos desgarro y ruptura de la aorta, prolapso de la válvula mitral o de la tricúspide…

Finalmente, dentro del sistema ocular las características que tenemos son ectopia lentis (desplazamiento de la lente desde el centro de la pupila) o miopía. También hay un alto riesgo de desprendimiento de retina, glaucoma y aparición temprana de cataratas.

¿QUÉ PAPEL JUEGA LA GENÉTICA?

El síndrome de Marfan es debido a una mutación en el gen de la fibrilina 1 (FBN1), que codifica para la fibrina, un componente esencial del tejido conectivo. Este gen se localiza en el cromosoma 15 y la severidad de la enfermedad dependerá de la parte afectada. Esto significa que no hay dos tipos de Marfan iguales. Hay algunos que tienen alteraciones físicas más pronunciadas, cosa que facilita el diagnóstico. Pero hay otros afectados que no se les ven signos externos y esto hace que la enfermedad pase inadvertida hasta que sea demasiado tarde.

Tiene una herencia autosómica dominante, es decir, un alelo alterado es dominante sobre el alelo normal y sólo necesita una copia para que se exprese la enfermedad. Aparece en todas las generaciones y un hijo de un padre afectado tiene un 50% de probabilidades de sufrir este síndrome. Sin embargo, también puede aparecer por mutaciones de novo en el gen FBN1 (mutaciones espontáneas). La probabilidad de estas mutaciones es baja y se presenta en el 25% de todos los casos de síndrome de Marfan.

¿HAY TRATAMIENTO?

Como en la mayoría de las enfermedades raras no existe ningún tratamiento, pero sí que se puede paliar el dolor y síntomas que causa el síndrome.

Las complicaciones se tienen que anticipar y prevenir. El tratamiento es actuar sobre los efectos cardiovasculares, principalmente para evitar el riesgo de dilatación de la arteria aorta.

Se hacen avaluaciones cardiológicas periódicas, reparación de grandes vasos o reemplazamiento cuando sea indicado, reemplazamiento de la válvula cardíaca, rehabilitación médica y avaluaciones ortopédicas para minimizar la escoliosis y evitar deportes de contacto.

¿CÓMO SE PUEDE VIVIR DEL SÍNDROME DE MARFAN?

A lo largo de la historia muchos personajes conocidos han sufrido el síndrome de Marfan. Se dice que la tendencia de Doménikos Theotokópoulos “El Greco” para pintar humanos de manera alargada se debía a que él tenía el síndrome de Marfan. Pero no es el único caso conocido, ya que el músico Niccolò Paganini o el integrante de la banda The Ramones, Joe Ramone, también lo tenían.

Y es que dependiendo de la enfermedad genética que se tenga puede ser difícil vivir con ella. Pero hay algunas personas que han sabido sacarle provecho.

Este es el caso del actor español Javier Botet. Se le conoce por su papel de la niña Medeiros en la saga Rec (Jaume Balagueró y Paco Plaza) o el de mama en Mamá (Andrés Muschietti), entre otros. Aunque su caso es complicado, ya que ha pasado por quirófano cinco veces, ha sabido aprovechar su aspecto y características físicas para caracterizar personajes diabólicos (Vídeo 1, ¡no apto para personas sensibles!).

Vídeo 1. Test de movimiento del actor Javier Botet en la película Mamá (Fuente: YouTube)

El ejemplo de este chico nos demuestra que siempre tenemos que ver el vaso medio lleno y saber dar la vuelta a una situación, que de entrada, nos puede parecer complicada.

REFERENCIAS

MireiaRamos-castella