Transponable elements: the jumping genes of our genome

In the same way that grasshoppers are jumping and moving through the field, there is a type of genes that jump through our genome and change its position. Our genome is not static, so read on to know everything about these kinds of genes.

THE DISCOVERY OF TRANSPONABLE ELEMENTS

Barbara McClintock discovered transposable elements, or also called mobile genetic elements because of their ability to move around the genome. The “jumping genes,” as this American geneticist christened them, changed the knowledge about genetics so far, since at first the scientific community did not believe in the idea that a DNA sequence could move on its own.

She had a special relationship with corn, a plant domesticated by man for 10,000 years and has become one of the three most cultivated cereals in the world. In addition, it is one of the most important staple foods since from it many derived products are made, such as flours and oils. Its great industrial value has made it have been studied in depth and its genome has been sequenced.

McClintock began studying the DNA of corn and observed that there were a number of genetic sequences that, without knowing how, changed position within the genome. Somehow, these sequences turned on or off the expression of other corn genes and this was observed with the naked eye; the grains of a corn cob could be of different colours (Figure 1), even within the same grain there were areas of various colours. Then McClintock sought the answer of how this was possible if the genes responsible for colour were inherited from the parents. The result was the discovery of the transposable elements, which led her to win the Nobel Prize in Medicine in 1983.

Figure 1. (A) P gene gives a purple grain. (B) A transponable element is inserted in the middle of the P gen and the grain has no pigmentation. (C) Corn cob wit some grains with P gene intact and others with P gene interrupted by a mobile genetic element. (Source: Porque biotecnología, adaptation)

EFFECTS OF THE CHANGE OF POSITION

When the transposable elements jump and change position they produce a loss of bases when leaving the place where they rested. This loss of some bases does not have “much” importance. But if the transposable element is inserted into a gene, there is an addition of a large number of bases that will cause the loose of gene’s function. For this reason, mobile genetic elements produce mutations because by jumping and changing their location, they alter the DNA sequence and prevent genes from encoding proteins through the genetic code. However, when they jump again, the gene regains its functionality and expresses itself as if nothing had happened.

Often, these jumping genes are considered parasites, because the cell cannot get rid of them. Although they can also bring benefits to the cell, such as transporting advantageous genes. The best known example is not found in humans, but in bacteria and their resistance to antibiotics such as penicillin, discovered by Alexander Fleming. The spread of antibiotic resistance is due to genes that encode enzymes that inactivate them, and that are located in mobile genetic elements. It is usually related to the horizontal transfer of genes, in which they can move from one cell to another as if they were bees that go from flower to flower. When this happens, the transposable element is introduced into a new cell and inserted into the genome of this new cell. That is when it will be faithfully transmitted to its progeny through the normal process of DNA replication and cell division.

TYPES OF TRANSPONABLE ELEMENTS

It is estimated that in the human genome there are 44% transposable elements, which can amount to 66% taking into account repeated fragments and short sequences derived from them. The consequence is that we have more than 1000 genes regulated, directly or indirectly, by sequences from transposable elements.

So far, two types of transposable elements are known: class I transposable elements or retrotransposons and class II transposable elements or DNA transposons. They are classified according to whether they require reverse transcription to jump and transpose or not.

Reverse transcription is similar to the transcription process, but with the difference that it occurs in reverse. That is, if in the classical transcription process a single strand of RNA is obtained from a double strand of DNA, in reverse transcription of an RNA molecule a DNA molecule is obtained. This is common in viruses such as HIV virus (AIDS) or hepatitis virus, but also in some class I transposable elements. These are very abundant and represent 90% of the transposable elements of our genome.

Instead, the others are class II transposable elements or DNA transposons. These are the elements that McClintock discovered in corn, with a 10% representation in our genome and responsible for the spread of antibiotic resistance in bacterial strains.

It should be noted that DNA transposons never use intermediaries, but are autonomous. They jump from one place of the genome to another by themselves, without any help. The mechanism they use is called “cut and paste” and is similar to the cut and paste we use on the computer. The DNA transposon cuts the DNA sequence that has end and look for another place to settle. Then there it also cuts the DNA sequence and is “hooked” (Figure 2).

Figure 2. Mechanism of cutting and pasting (Source: SITN: science in the news)

It is currently known that the activity of transposable elements is a source of evolutionary innovation due to the generation of mutations, which could have been key both in the development of organisms and in different evolutionary phenomena such as speciation; the process by which a population of a given species gives rise to another or other species.

The vast majority of these mutations are deleterious to organisms, but some of them will lead to adaptive improvement and tend to spread throughout the population. We could put our hand in the fire and we probably wouldn’t burn to ensure that much of the variability that life shows around us originally comes from the displacement of mobile genetic elements or transposable elements.

(Main picture: ABC Canada)

Elementos transponibles: los genes saltarines de nuestro genoma

De la misma manera que los saltamontes van saltando y moviéndose por el campo, existen un tipo de genes que saltan por nuestro genoma y cambian de posición. Nuestro genoma no es estático, así que sigue leyendo para saberlo todo sobre este tipo de genes.

SU DESCUBRIMIENTO

Barbara McClintock fue la descubridora de los elementos transponibles o también llamados elementos genéticos móviles por su capacidad de moverse por el genoma. Los “genes saltarines”, tal y como los bautizó esta genetista americana, cambiaron el conocimiento que se tenía sobre la genética hasta el momento, ya que al principio no se creía en la idea de que una secuencia de ADN se pudiera desplazar por sí sola.

McClintock tenía una relación especial con el maíz, una planta domesticada por el hombre desde hace 10.000 años y que se ha convertido en uno de los tres cereales más cultivados del mundo. Además, es uno de los alimentos básicos más importantes ya que a partir de él se hacen muchos productos derivados, como harinas y aceites. Su gran valor industrial ha hecho que sea haya estudiado en profundidad y se haya secuenciado su genoma.

McClintock empezó a estudiar el ADN del maíz y observó que había una serie de secuencias genéticas que, sin saber cómo, cambiaban de posición dentro del genoma. De alguna manera, estas secuencias encendían o apagaban la expresión de otros genes del maíz y esto se observaba a simple vista; los granos de una mazorca de maíz podían ser de diferentes colores (Figura 1), incluso dentro del mismo grano había zonas de varios colores. Entonces McClintock buscó la respuesta de cómo era esto posible si los genes responsables del color se heredaban de los progenitores. El resultado fue el descubrimiento de los elementos transponibles, que le llevaron a ganar el premio Nobel de Medicina en el 1983.

Figura 1. (A) El gen P da un grano de color púrpura. (B) Un elemento transponible se inserta en medio del gen P y el grano no tiene pigmentación. (C) Mazorca de maíz con algunos granos con el gen P intacto y otros con el gen P interrumpido por un elemento genético móvil (Fuente: Porque biotecnología, adaptación)

EFECTOS DE SU CAMBIO DE POSICIÓN

Cuando los elementos transponibles saltan y cambian de posición producen una pérdida de bases al abandonar el lugar donde reposan. Esta pérdida de algunas bases no tiene “mucha” importancia. Pero si el elemento transponible se inserta en el interior de un gen se produce una adición de una gran cantidad de bases que harán que el gen pierda su función. Por esta razón, los elementos genéticos móviles producen mutaciones porque al saltar y cambiar su localización, alteran la secuencia del ADN e impiden que los genes puedan codificar proteínas mediante el código genético. Sin embargo, cuando vuelven a saltar el gen recupera su funcionalidad y vuelve a expresarse como si nada hubiera pasado.

A menudo, estos genes saltarines son considerados parásitos, ya que la célula no puede deshacerse de ellos. Aunque también pueden aportarle beneficios, como transportar genes ventajosos. El ejemplo que nos resultará más conocido no se encuentra en humanos, sino en las bacterias y su resistencia a los antibióticos como la penicilina, descubierta por Alexander Fleming. La propagación de la resistencia a antibióticos se debe a genes que codifican enzimas que los inactivan, y que se encuentran situadas en los elementos genéticos móviles. Habitualmente se relaciona con la transferencia horizontal de genes, en que se pueden desplazar de una célula a otra como si fueran abejas que van de flor en flor. Cuando esto sucede, el elemento transponible se introduce en una nueva célula y se inserta en el genoma de esta nueva célula. Es entonces cuando será fielmente transmitido a su progenie a través del proceso normal de replicación del ADN y de división celular.

TIPOS DE ELEMENTOS TRANSPONIBLES

Se calcula que en el genoma humano hay un 44% de elementos transponibles, que puede ascender hasta el 66% teniendo en cuenta fragmentos repetidos y secuencias cortas derivadas de ellos. La consecuencia es que tenemos más de 1000 genes regulados, directa o indirectamente, por secuencias procedentes de elementos transponibles.

Hasta el momento se conocen dos tipos de elementos transponibles: los elementos transponibles de clase I o retrotransposones y los elementos transponibles de clase II o transposones de ADN. Se clasifican según si requieren transcripción inversa para saltar y transponerse o no.

La transcripción inversa es similar al proceso de transcripción, pero con la diferencia de que se produce en sentido inverso. Es decir, si en el proceso clásico de transcripción se obtiene una cadena simple de ARN a partir de una doble cadena de ADN, en la transcripción inversa de una molécula de ARN se obtiene una molécula de ADN. Esto es común en virus como el virus del VIH (sida) o el de la hepatitis, pero también en algunos elementos transponibles de clase I. Éstos son muy abundantes y representan el 90% de los elementos transponibles de nuestro genoma.

En cambio, los otros son los elementos transponibles de clase II o transposones de ADN. Se trata de los elementos que descubrió McClintock en el maíz, con una representación del 10% en nuestro genoma y responsables de la diseminación de la resistencia a antibióticos en cepas bacterianas.

Cabe destacar que los transposones de ADN nunca utilizan intermediarios, sino que son autónomos. Saltan de un lugar del genoma a otro por sí mismos, sin ningún tipo de ayuda. El mecanismo que utilizan se llama “cortar y pegar” y es similar al Ctrl+C y Ctrl+V que usamos en el ordenador. El transposón de ADN corta la secuencia de ADN que tiene a extremo y extremo y busca otro sitio donde aposentarse. Entonces allí también corta la secuencia de ADN y se “engancha” (Figura 2).

Figura 2. Mecanismo de corta y pega del transposón de ADN (Fuente: SITN: Science in the news)

Actualmente se sabe que la actividad de los elementos transponibles es una fuente de innovación evolutiva debido a la generación de mutaciones, que podría haber sido clave tanto en el desarrollo de los organismos como en distintos fenómenos evolutivos como la especiación; el proceso mediante el cual una población de una determinada especie da lugar a otra u otras especies.

La inmensa mayoría de estas mutaciones es deletérea para los organismos, pero algunas de ellas darán lugar a una mejora adaptativa y tenderán a propagarse por la población. Podríamos poner la mano en el fuego y probablemente no nos quemaríamos asegurando que gran parte de la variabilidad que muestra la vida a nuestro alrededor proviene originalmente del desplazamiento de los elementos genéticos móviles o elementos transponibles.

(Foto portada: ABC Canada)

Elements transposables: els gens saltadors del nostre genoma

De la mateixa manera que les llagostes van saltant i movent-se pel camp, existeixen un tipus de gens que salten pel nostre genoma i canvien de posició. El nostre genoma no és estàtic, així que segueix llegint per saber-ho tot sobre aquest tipus de gens.

EL SEU DESCOBRIMENT

Bàrbara McClintock va ser la descobridora dels elements transposables o també anomenats elements genètics mòbils per la seva capacitat de moure’s pel genoma. Els “gens saltadors”, tal i com els batejar aquesta genetista americana, van canviar el coneixement que es tenia sobre la genètica fins el moment, ja que el principio no es creia en la idea que una seqüència d’ADN pogués desplaçar-se per si sola.

McClintock tenia una relació especial amb el blat de moro, una planta domesticada per l’home des de fa 10.000 anys i que s’ha convertit en un dels tres cereals més cultivats al món. A més, és un dels aliments bàsics més importants ja que a partir d’ell es fa productes derivats, com farines i olis. El seu gran valor industrial ha fet que sigui estudiat en profunditat i s’hagi seqüenciat el seu genoma.

McClintock va començar a estudiar l’ADN del blat de moro i va observar una sèrie de seqüències genètiques que, sense saber com, canviaven de posició dins del genoma. D’alguna manera, aquestes seqüències encenien o apagaven l’expressió d’altres gens del blat de moro i això s’observava a simple vista (Figura 1); els grans de la panotxa podien ser de diferents colors, inclús dins del mateix gra hi havia zones de varis colors. Llavors, McClintock va buscar la resposta de com era possible si els gens responsables del color s’heretaven dels progenitors. El resultat va ser el descobriments dels elements transposables, que van fer que guanyés el premi Nobel de Medicina el 1983.

Figura 1. (A) El gen P dóna un gra de color lila. (B) Un element transposable s’insereix enmig del gen P i el gra no té pigmentació. (C) La panotxa amb alguns gran amb el gen P intacte i altres amb el gen P interromput per un element genètic mòbil (Font: Porque biotecnología, adaptació)

EFECTES DEL CANVI DE POSICIÓ

Quan els elements transposables salten i canvien de posició produeixen una pèrdua de bases a l’abandonar el seu lloc on reposaven. Aquesta pèrdua d’algunes “bases” no té molta importància. Però si l’element transposable s’insereix a l’interior d’un gen es produeix una addició d’una gran quantitat de bases que faran que el gen perdi la seva funció. Per aquesta raó, els elements genètics mòbils produeixen mutacions perquè al saltar i canviar de localització, alteren la seqüència de l’ADN i impedeixen que els gens puguin codificar proteïnes mitjançant el codi genètic. No obstant, quan tornen a saltar el gen recupera la seva funcionalitat i torna a expressar-se com si no hagués passat res.

Sovint aquests gens són considerats paràsits, ja que la cèl·lula no pot desfer-se d’ells. Tot i que també pot aportar-li beneficis, com transportar gens avantatjosos. L’exemple que ens resultarà més conegut no es troba en humans, sinó en els bacteris i la seva resistència als antibiòtics com la penicil·lina, descoberta per Alexander Fleming. La propagació de la resistència a antibiòtics es deu a gens que codifiquen enzims que els inactiven, i que es troben situats en els elements genètics mòbils. Habitualment es relaciona la transferència horitzontal de gens, en què es poden desplaçar d’una cèl·lula a una altra com si fossin abelles que van de flor en flor. Quan això succeeix, l’element transposable s’introdueix a una nova cèl·lula i s’insereix al genoma d’aquesta nova cèl·lula. És llavors quan es transmetrà als seus progenitors a través del procés normal de replicació de l’ADN i de divisió cel·lular.

TIPUS D’ELEMENTS TRANSPOSABLES

Es calcula que en el genoma humà hi ha un 44% d’elements transposables, que pot ascendir fins el 66% tenint en compte fragments repetits i seqüències curtes derivades d’ells. La conseqüència és que tenim més de 1000 gens regulats, directa o indirectament, per seqüències procedents d’elements transposables.

Fins el moment es coneixen dos tipus d’elements transposables: els elements transposables de classe I o retrotransposons i els elements transposables de classe II o transposons d’ADN. Es classifiquen segons si requereixen transcripció inversa per saltar i transposar-se o no.

La transcripció inversa és similar al procés de transcripció, però amb la diferència de que es produeix en sentit invers. És a dir, si en el procés clàssic de transcripció s’obté una cadena simple d’ARN a partir d’una doble cadena d’ADN, en la transcripció inversa d’una molècula d’ARN s’obté una molècula d’ADN. Això és comú en virus com el virus del VIH (sida) o el de l’hepatitis, però també en alguns elements transposables de classe I. Aquests són molt abundants i representen el 90% dels elements transposables del nostre genoma.

En canvi, els altres són els elements transposables de classe II o transposons d’ADN. Es tracta dels elements que va descobrir McClintock en el blat de moro, amb una representació del 10% en el nostre genoma i responsables de la disseminació de la resistència a antibiòtics en soques bacterianes.

Cal destacar que els transposons d’ADN mai utilitzen intermediaris, sinó que són autònoms. Salten d’un lloc del genoma a un altre per si mateixos, sense cap tipus d’ajuda. El mecanisme que utilitzen s’anomena “tallar i enganxar” i és similar al Ctrl+C y Ctrl+V que utilitzem a l’ordinador. El transposó d’ADN talla la seqüència d’ADN que té a extrem i extrem per aposentar-se en un altre lloc. Llavors allà també talla la seqüència d’ADN i s’hi “enganxa” (Figura 2).

Figura 2. Mecanisme de tallar i enganxar del transposó d’ADN (Font: SITN: Science in the news)

Actualment es coneix que l’activitat dels elements transposables és una font d’innovació evolutiva degut a la generació de mutacions, que podria haver sigut clau tant en el desenvolupament dels organismes com en diferents fenòmens evolutius com la especiació; el procés mitjançant el qual una població d’una determinada espècie dona lloc a una o altres espècies.

La immensa majoria d’aquestes mutacions és deletèria pels organismes, però algunes d’elles donen lloc a una millora adaptativa i tendiran a propagar-se per la població. Podríem posar la mà al foc i probablement no ens cremaríem assegurant que gran part de la variabilitat que mostra la vida al nostre voltant prové originalment del desplaçament dels elements genètics mòbils o elements transposables.

(Foto portada: ABC Canada)

From lab to big screen (II)

As I told you in the previous article on genetics and cinema, there is a wide variety of films that talk about genetics. In the next article we will talk about science fiction, with two well-known films. Beware: spoilers!

GATTACA (1997)

Director: Andrew Niccol

Cast: Ethan Hawke, Uma Thurman, Jude Law

Genre: Science fiction

Story line: Vincent is one of the last “natural” babies born into a sterile, genetically-enhanced world, where life expectancy and disease likelihood are ascertained at birth. Myopic and due to die at 30, he has no chance of a career in a society that now discriminates against your genes, instead of your gender, race or religion. Going underground, he assumes the identity of Jerome, crippled in an accident, and achieves prominence in the Gattaca Corporation, where he is selected for his lifelong desire: a manned mission to Saturn’s 14th moon (titan). Constantly passing gene tests by diligently using samples of Jerome’s hair, skin, blood and urine, his now-perfect world is thrown into increasing desperation, his dream within reach, when the mission director is killed – and he carelessly loses an eyelash at the scene! Certain that they know the murderer’s ID, but unable to track down the former Vincent, the police start to close in, with extra searches, and new gene tests. With the once-in-a-lifetime launch only days away, Vincent must avoid arousing suspicion, while passing the tests, evading the police, and not knowing whom he can trust.

Relation with genetics: GATTACA is the “genetic” film par excellence. Starting with the title, this is formed by the initials of the four nitrogenous bases that make up DNA (guanine, adenine, thymine and cytosine). In addition, the helical shape of the DNA is repeated in several moments of the film, as in the stairs of Vincent’s house.

The main issue is about genetic selection, all children born have been genetically selected, closely linked to bioethics. The idea of ​​this selection is to reach eugenics, that is, to improve the population by selecting the “best” humans. This concept can be related to the Hitler’s Germany, who believed that Germans belonged to a superior group of races called “Aryan”. Hitler said that German Aryan race had been better endowed than the others and that this biological superiority destined Germans to oversee an empire in Eastern Europe.

Although nowadays genetic selection is valid and is used to avoid diseases, it is not applied with the same purposes as those of the film. At present, it is decided to carry out genetic selection after having studied the family and carried out the appropriate genetic counselling. It aims to help patients and their families avoid the pain and suffering caused by a genetic disease and should not be confused with the eugenic objective of reducing the incidence of genetic diseases or the frequency of alleles considered to be deleterious in the population.

This is very related to the genetic discrimination, case also exposed in the film. Gattaca is situated in a possible future in which genetics, trying to improve the quality of life of society, causes a movement of discrimination.

When we talk about discrimination, we tend to think about racial discrimination. This is defined as the different or exclusive treatment of a person for reasons of racial or ethnic origin, which constitutes a violation of the fundamental rights of individuals, as well as an attack on their dignity. Racism has been present throughout the history of mankind, especially in the twentieth century with racial discrimination in the United States and apartheid in South Africa.

For some time now, genetic discrimination has been gaining weight. It happens when people are treated differently by their company or insurance company because they have a genetic mutation that causes or increases the risk of a hereditary disorder. Fear of discrimination is a common concern among people who undergo genetic testing, and is a current problem that concerns the population because your own genome does not have to be a curriculum vitae that opens or closes doors as happens in the film. Vincent goes to work in Gattaca after performing a urine test and a blood test, since in Gattaca they do not choose workers for their ability or ability but for their DNA.

However, the film ends with the sentence “There is no gene for the human spirit”. This means that, although the society in which Gattaca is located is based on genetic modification, it does not affect the morality and final character of people because there is no way to genetically relate to the spirit, only the body has the genetic information.

Video 1. Trailer Gattaca (Source: YouTube)

JURASSIC PARK (1993)

Director: Steven Spielberg

Cast: Sam Neill, Laura Dern, Jeff Goldblum

Genre: Science fiction

Story line: Huge advancements in scientific technology have enabled a mogul to create an island full of living dinosaurs. John Hammond has invited four individuals, along with his two grandchildren, to join him at Jurassic Park. But will everything go according to plan? A park employee attempts to steal dinosaur embryos, critical security systems are shut down and it now becomes a race for survival with dinosaurs roaming freely over the island.

Relation with genetics: In the first film of this saga, from dinosaur’s fossils scientists extract DNA to be able to clone dinosaurs. The cloned dinosaurs will be part of the Jurassic park on which the film is based.

It is true that DNA can be extracted from bones, widely used in forensic genetics. Same as the issue of cloning, which was known by the Dolly sheep, the first large animal cloned from an adult cell in July 1996. But the film goes further and raises the possibility of reintroducing, in today’s world, extinct species and challenge natural selection.

Video 2. Trailer Jurassic Park (Source: YouTube)

REFERENCES

• FilmAffinity
• SensaCine
• Fotogramas
• La mano del extranjero
• TeleSur
• United States Holocaust Memorial Museum

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

• FilmAffinity
• SensaCine
• Fotogramas
• La mano del extranjero
• TeleSur
• United States Holocaust Memorial Museum

Del laboratori a la gran pantalla (II)

Com ja vaig comentar en l’anterior article sobre genètica i cinema, hi ha una gran varietat de llargmetratges que toquen la genètica. En el següent article parlarem de la ciència ficció, amb dues pel·lícules molt conegudes. Atenció: spoilers!

GATTACA (1997)

Direcció: Andrew Niccol

Repartiment: Ethan Hawke, Uma Thurman, Jude Law

Gènere: Ciència ficció

Sinopsi: Ambientada en una societat futura, en la que la major part dels nens són concebuts in vitro i amb tècniques de selecció genètica. Vincent, un dels últims nens concebuts de manera natural, neix amb una deficiència cardíaca i no li auguren més de trenta anys de vida. Se’l considera un invàlid i, com a tal, està condemnat a realitzar els treballs més desagradables. El seu germà Anton, en canvi, ha rebut una esplèndida herència genètica que li garanteix múltiples oportunitats. Des de nen, Vincent somia amb viatjar a l’espai, però sap molt bé que mai serà seleccionat. Durant anys exerceix tota classe de feines fins que un dia coneix a un home que li proporciona la clau per formar part de l’elit: suplantar a Jerome, un esportista que es va quedar paraplègic per culpa d’un accident. D’aquesta manera, Vincent ingressa a la Corporació Gattaca, una indústria aeroespacial, que el selecciona per realitzar una missió a Titan. Tot anirà bé, gràcies a l’ajuda de Jerome, fins que el director del projecte és assassinat i la consegüent investigació posa en perill els plans de Vincent.

Relació amb la genètica: GATTACA és la pel·lícula “genètica” per excel·lència. Començant pel títol, aquest està format per les inicials de les quatre bases nitrogenades que conformen l’ADN (guanina, adenina, timina i citosina). A més, la forma helicoidal de l’ADN es repeteix en varis moments del llargmetratge, com en les escales de la casa de Vincent.

El principal tema que tracta és el de la selecció genètica, tots els nens que neixen han sigut seleccionats genèticament, molt lligat a la bioètica. La idea d’aquesta selecció és arribar a la eugenèsia, és a dir, millorar la població mitjançant la selecció dels “millors” humans. Aquest concepte el podem relacionar amb l’Alemanya de Hitler, qui creia que els alemanys pertanyien a un grup superior de races anomenat “ari”. Hitler deia que la raça alemanya havia sigut més dotada que les demés i que aquesta superioritat biològica destinava als alemanys a estar al capdamunt d’un imperi a Europa Oriental.

Tot i que avui en dia la selecció genètica és vigent i és utilitzada per evitar malalties, no s’aplica amb els mateixos fins que els de la pel·lícula. Actualment, es decideix realitzar selecció genètica després d’haver estudiat a la família i realitzar l’adequat consell genètic. Aquest té com a objectiu ajudar als pacients i a les seves famílies a evitar el dolor i el patiment causat per una malaltia genètica, i no s’ha de confondre amb l’objectiu eugènic de reduir la incidència de malalties genètiques o la freqüència d’al·lels considerats deleteris a la població.

Això està molt relacionat amb la discriminació genètica, cas també exposat a la pel·lícula. Gattaca es situa en un possible futur en el qual la genètica, intentant millorar la qualitat de vida de la societat, provoca un moviment de discriminació.

Quan parlem de discriminació acostumem a pensar en la discriminació racial. Aquesta es defineix com el tracte diferent o excloent a una persona per motius d’origen racial o ètnic, el que constitueix una vulneració dels drets fonamentals de les persones, així com un atac a la seva dignitat, El racisme ha estat present en tota la història de la humanitat, especialment en el segle XX amb la discriminació racial a Estats Units i amb l’Apartheid a Sudàfrica.

Des de fa un temps, la discriminació genètica ha anat agafant pes. Ocorre quan les persones són tractades de manera diferent per la seva empresa o companyia d’assegurances perquè tenen una mutació genètica que causa o augmenta el risc d’un trastorn hereditari. La por a la discriminació és una preocupació comú entre les persones que fan proves genètiques i és un problema actual que preocupa a la població, perquè el teu propi genoma no ha de ser un currículum vitae que t’obri o tanqui portes com passa a la pel·lícula. Vincent entra a treballar a Gattaca després de realitzar una prova d’orina i una analítica de sang, ja que a Gattaca no escullen als treballadors per la seva capacitat ni habilitat sinó pel seu ADN.

No obstant, la pel·lícula acaba amb la frase “No hi ha gen per a l’esperit humà”. Això significa que, tot i que la societat en la que es situa Gattaca es basa en la modificació genètica, aquesta no afecta a la moralitat i caràcter final de les persones perquè no existeix forma de relacionar genèticament a l’esperi, només el cos té informació genètica.

Video 1. Tràiler Gattaca (Font: YouTube)

PARC JURÀSSIC (1993)

Direcció: Steven Spielberg

Repartiment: Sam Neil, Laura Dern, Jeff Goldblum

Gènere: Ciència ficció

Sinopsi: El multimilionari John Hammond aconsegueix fer realitat el seu somni de clonar dinosaures del Juràssic i crear amb ells un parc temàtic en una illa remota. Abans d’obrir-lo al públic, convida a una parella d’eminents científics i a un matemàtic perquè provin la viabilitat del projecte. Però les mesures de seguretat del parc no preveuen l’instint de supervivència de la mare naturalesa ni la cobdícia humana.

Relació amb la genètica: A la primera pel·lícula d’aquesta saga, a partir de fòssils de dinosaures extrauen l’ADN per poder clonar-los. Els dinosaures clonats formaran part del parc juràssic en el que es basa la pel·lícula.

És cert que es pot extraure ADN a partir d’ossos, molt utilitzat en la genètica forense. Igual que el tema de la clonació, el qual va ser conegut per l’ovella Dolly, el primer gran animal clonat a partir d’una cèl·lula adulta el juliol de 1996. Però la pel·lícula va més enllà i planteja la possibilitat de reimplantar, en el món actual, espècies ja extingides i desafiar la selecció natural.

Video 2. Tràiler Parc Juràssic (Font: YouTube)

REFERÈNCIES

• FilmAffinity
• SensaCine
• Fotogramas
• La mano del extranjero
• TeleSur
• United States Holocaust Memorial Museum

Pharmacogenetics: a drug for each person

Sometimes, some people say that the medications prescribed by doctors are not good. Can this be true? Not all drugs work for the same population. Keep reading and discover the secrets of pharmacogenetics.

INTRODUCTION

The same that happens with nutrients, happens with drugs. Another objective of personalized medicine is to make us see that not all medicines are for everyone. However, it does not come again because around 1900, the Canadian physician William Osler recognized that there was an intrinsic and specific variability of everyone, so that each one reacts differently to a drug. This is how, years later, we would define pharmacogenetics.

It is important to point out that it is not the same as pharmacogenomics, which studies the molecular and genetic bases of diseases to develop new treatment routes.

First, we need to start at the beginning: what is a drug? Well, a drug is any physicochemical substance that interacts with the body and modifies it, to try to cure, prevent or diagnose a disease. It is important to know that drugs regulate functions that our cells do, but they are not capable of creating new functions.

Apart from knowing if a drug is good or not for a person, you also have to take into account the amount that should be administered. And we still do not know the origin of all diseases, that is, we do not know most of the real molecular and genetic causes of diseases.

The classification of diseases is based mainly on symptoms and signs and not on molecular causes. Sometimes, the same group of pathologies is grouped, but among them there is a very different molecular basis. This means that the therapeutic efficacy is limited and low. Faced with drugs, we can manifest a response, a partial response, that produces no effect or that the effect is toxic (Figure 1).

Figure 1. Drug toxicity. Different colours show possible responses (green: drug not toxic and beneficial; blue: drug not toxic and not beneficial; red: drug toxic but not beneficial; yellow: drug toxic but beneficial) (Source: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

DRUGS IN OUR BODY

Drugs usually make the same journey through our body. When we take a drug, usually through the digestive tract, it is absorbed by our body and goes to the bloodstream. The blood distributes it to the target tissues where it must take effect. In this case we talk about active drug (Figure 2). But this is not always the case, but sometimes it needs to be activated. That’s when we talk about a prodrug, which needs to stop in the liver before it reaches the bloodstream.

Most of the time, the drug we ingest is active and does not need to visit the liver.

Figure 2. Difference between prodrug and active drug (Source: Agent of Chemistry – Roger Tam)

Once the drug has already gone to the target tissue and has interacted with target cells, drug waste is produced. These wastes continue to circulate in the blood to the liver, which metabolizes them to be expelled through one of the two routes of expulsion: (i) bile and excretion together with the excrement or (ii) purification of the blood by the kidneys and the urine.

THE IMPORTANCE OF PHARMACOGENETICS

A clear example of how according to the polymorphisms of the population there will be different response variability we find in the transporter genes. P glycoprotein is a protein located in the cell membrane, which acts as a pump for the expulsion of xenobiotics to the outside of the cell, that is, all chemical compounds that are not part of the composition of living organisms.

Humans present a polymorphism that has been very studied. Depending on the polymorphism that everyone possesses, the transporter protein will have normal, intermediate or low activity.

In a normal situation, the transporter protein produces a high excretion of the drug. In this case, the person is a carrier of the CC allele (two cytokines). But if you only have one cytosine, combined with one thymine (both are pyrimidine bases), the expression of the gene is not as good, and the expulsion activity is lower, giving an intermediate situation. In contrast, if a person has two thymines (TT), the expression of the P glycoprotein in the cell membrane will be low. This will suppose a smaller activity of the responsible gene and, consequently, greater absorption in blood since the drug is not excreted. This polymorphism, the TT polymorphism, is dangerous for the patient, since it passes a lot of drug to the blood, being toxic for the patient. Therefore, if the patient is TT the dose will have to be lower.

This example shows us that knowing the genome of each individual and how their genetic code acts based on it, we can know if the administration of a drug to an individual will be appropriate or not. And based on this, we can prescribe another medication that is better suited to this person’s genetics.

 APPLICATIONS OF THE PHARMACOGENETICS

The applications of these disciplines of precision medicine are many. Among them are optimizing the dose, choosing the right drug, giving a prognosis of the patient, diagnosing them, applying gene therapy, monitoring the progress of a person, developing new drugs and predicting possible adverse responses.

The advances that have taken place in genomics, the design of drugs, therapies and diagnostics for different pathologies, have advanced markedly in recent years, and have given way to the birth of a medicine more adapted to the characteristics of each patient. We are, therefore, on the threshold of a new way of understanding diseases and medicine.

And this occurs at a time when you want to leave behind the world of patients who, in the face of illness or discomfort, are treated and diagnosed in the same way. By routine, they are prescribed the same medications and doses. For this reason, the need has arisen for a scientific alternative that, based on the genetic code, offers to treat the patient individually.

REFERENCES

• 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
• Main picture: Duke Center for Applied Genomics & Precision Medicine

 

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).

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.

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

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).

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.

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

Insulin: a point in favour for transgenics

Despite the arguments and positions against transgenics, it is undeniable that insulin is a great transgenic success. It is essential in some types of diabetes; and since it was discovered, the life expectancy of diabetics has increased more than 45 years. Therefore, let’s know in detail.

REMINDER OF GENETIC ENGINEERING

Genetic engineering allows to clone, that is, to multiply DNA fragments and produce the proteins for which these genes encode in organisms different from the one of origin. That is, if in an organism there is an alteration or mutation of a gene that prevents the genetic code from translating it into proteins, with the techniques of recombinant DNA a gene is obtained without the mutation in another organism. Thus, it is possible to obtain proteins of interest in organisms different from the original from which the gene was extracted, improve crops and animals, produce drugs and obtain proteins that use different industries in their manufacturing processes. In other words, through genetic engineering, the famous transgenics are obtained.

They offer many possibilities in the industrial use of microorganisms with applications ranging from the recombinant production of therapeutic drugs and vaccines to food and agricultural products. But, in addition, they have a promising role in medicine and in the cure of diseases.

And is that the result of obtaining a recombinant DNA, from it, will be made a new protein, called recombinant protein. An example of this is the case of insulin.

WHAT IS INSULIN?

Insulin is a hormone produced in the pancreas and with an important role in the metabolic process. Insulin comes from the Latin insulae, which means island. Its name is due to the fact that inside the pancreas, insulin is produced in the islets of Langerhans. The pancreas is related to the general functioning of the organism. It is located in the abdomen and is surrounded by organs such as the liver, spleen, stomach, small intestine and gallbladder.

Thanks to it we use the energy of the food that enters our body. And this happens because it allows glucose to enter our body. This is how it provides us with the necessary energy for the activities we must perform, from breathing to running (Video 1).

Video 1. Insulin, Glucose and You (Source: YouTube)

HOW DOES INSULIN WORK?

Insulin helps glucose enter the cells, like a key that opens the lock on the cell doors so that glucose, which is blood sugar, enters and is used as energy (Figure 1). If glucose cannot enter because there is no key to open the door, as with people with diabetes, blood glucose builds up. An accumulation of sugar in the blood can cause long-term complications. That’s why it’s important for diabetics to inject insulin.

Figure 1. Picture of the funcioning of insulin in cells (Source: Encuentra tu balance)

WHY DO WE USE TRANSGENIC INSULIN?

First, the insulin obtained from animals such as dogs, pigs or cows was used. But although, above all, pork insulin was very similar to human insulin, it was not identical and contained some impurities. This fact caused rejection and, in some cases, allergies. In addition, to be obtained from the pancreas of pigs, for each pancreas only insulin was obtained for the treatment of 3 days (at more than the cost of care of the animal). The result was low performance and high costs.

But with recombinant DNA insulins, more is obtained at a lower cost. For this reason, currently, the original insulin is obtained from a human of genetic engineering, despite the fact that animal insulins are still a perfectly acceptable alternative.

Through genetic engineering, insulin has been produced from the E. coli bacterium. It was in 1978 when the sequence of the insulin was obtained and introduced inside the bacteria so that it produced insulin. This is how E. coli has gone from being a common bacterium to a factory producing insulin. Insulin is extracted from the bacteria, purified and marketed as a medicine.

The advantages of “human” insulin, obtained by genetic engineering, are the easy maintenance of bacteria, a greater quantity of production and with lower costs. More or more, the compatibility of this insulin is 100%, however there may be reactions due to other components.

On an industrial scale, the production of recombinant proteins encompasses different stages. These stages are fermentation, in which the bacteria are cultivated in nutritious culture media; the extraction to recover all the proteins inside, the purification, which separates the recombinant protein from the other bacterial proteins; and finally the formulation, where the recombinant protein is modified to achieve a stable and sterile form that can be administered therapeutically.

Each of the previous phases implies a very careful handling of the materials and a strict quality control to optimize the extraction, purity, activity and stability of the drug. This process can be simple or more complex depending on the product and the type of cell used. Although the complexity of the process would increase the final cost of the product, the value will not exceed the expense of isolating the compound from its original source to reach medicinal quantities, which is what we have shown with insulin. That is, producing human insulin has a lower cost than obtaining insulin from pigs.

Genetic engineering allows numerous potentially therapeutic proteins to be made in large quantities. Currently, there are more than 30 proteins approved for clinical use, in addition to hundreds of therapeutic protein genes that have been expressed at the laboratory level and that studies continue to demonstrate their clinical adequacy.

REFERENCES

• 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
• Main picture: UniversList