Arxiu d'etiquetes: mireia ramos

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.

7-768x768
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

MireiaRamos-angles2

Anuncis

La insulina: punto a favor para los transgénicos

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

RECORDATORIO DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

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

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

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

¿QUÉ ES LA INSULINA?

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

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

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

¿CÓMO FUNCIONA LA INSULINA?

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

7-768x768
Figura 1. Esquema del funcionamiento de la insulina en las células (Fuente: Encuentra tu balance)

¿POR QUÉ INSULINA TRANSGÉNICA?

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

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

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

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

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

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

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

REFERENCIAS

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

MireiaRamos-castella2

La insulina: punt a favor pels transgènics

Tot i els arguments i les posicions en contra dels transgènics, és innegable que la insulina és un gran èxit transgènic. És imprescindible en alguns tipus de diabetis; i des de que s’ha descobert, l’esperança de vida de les persones diabètiques ha augmentat més de 45 anys. Per això, és necessari que la coneguem en detall.

RECORDATORI DE L’ENGINYERIA GENÈTICA

L’enginyeria genètica permet clonar, és a dir, multiplicar fragments d’ADN i produir les proteïnes per les quals aquests gens codifiquen en organismes diferents als de l’origen. És a dir, si en un organisme hi ha una alteració o mutació d’un gen que impedeix que el codi genètic ho tradueixi a proteïnes, amb les tècniques de l’ADN recombinant s’obté un gen sense la mutació en un altre organisme. Així, és possible obtenir proteïnes d’interès en organismes diferents de l’original del qual s’extreu el gen, millorar cultius i animals, produir fàrmacs i obtenir proteïnes que utilitzen diferents indústries en els seus processos d’elaboració. En altres termes, amb l’enginyeria genètica s’obtenen els famosos transgènics.

Ofereixen moltes possibilitats en l’ús industrial dels microorganismes amb aplicacions que van des de la producció recombinant de fàrmacs terapèutics i vacunes fins a productes alimentaris i agrícoles. Però, a més, tenen un paper prometedor en la medicina i en la cura de malalties.

I és que la conseqüència d’obtenir un ADN recombinant, a partir d’aquest, és fabricar una nova proteïna, denominada proteïna recombinant. Exemple d’això és el cas de la insulina.

QUÈ ÉS LA INSULINA?

La insulina és una hormona produïda en el pàncrees i amb un paper important en el procés metabòlic. Insulina prové del llatí insulae, que significa illa. El seu nom es deu a que dins el pàncrees, la insulina es produeix en les illes de Langerhans. El pàncrees està relacionat amb el funcionament general de l’organisme. Es situa a l’abdomen i està rodejat per òrgans com el fetge, la melsa, l’estómac, l’intestí prim i la vesícula.

Gràcies a ella utilitzem l’energia dels aliments que entren al nostre cos. I això passa perquè permet que la glucosa ingressi en el nostre organisme. És així com ens proporciona l’energia necessària per les activitats que hem de realitzar, des de respirar fins a córrer (Vídeo 1).

Vídeo 1. La insulina, la glucosa i tu (vídeo en anglès amb subtítols en castellà) (Font: YouTube)

COM FUNCIONA LA INSULINA?

La insulina ajuda a la glucosa a entrar a les cèl·lules, com una clau que obre el pany de les portes de la cèl·lula perquè la glucosa, que és el sucre en sang, entri i sigui utilitzada com a energia (Figura 1). Si la glucosa no pot entrar perquè no hi ha la clau que obri la porta, com els passa a les persones que pateixen diabetis, s’acumula la glucosa en la sang. Una acumulació de sucre a la sang pot causar complicacions a llarg termini. Per això és important que les persones diabètiques s’injecten insulina.

7-768x768
Figura 1. Esquema del funcionament de la insulina en les cèl·lules (Font: Encuentra tu balance)

¿PER QUÈ INSULINA TRANSGÈNICA?

Primerament, s’utilitzava la insulina obtinguda d’animals com gossos, porcs o vaques. Però tot i que la insulina de porc era molt similar a la humana, no era idèntica i contenia algunes impureses. Aquest fet provocava rebuig i, en alguns casos, al·lèrgies. A més, al ser obtinguda del pàncrees dels porcs, per cada pàncrees només s’aconseguia insulina pel tractament de 3 dies (a més dels cost del manteniment de l’animal). El resultat era de baix rendiment i alts costos.

Però amb les insulines de l’ADN recombinant s’obté una major quantitat a un menor preu. Per aquest motiu, actualment, s’obté la insulina original d’humà de la enginyeria genètica, tot i que les insulines animals segueixen sent una alternativa perfectament acceptable.

Mitjançant l’enginyeria genètica s’ha aconseguit produir insulina a partir de la bactèria E. coli. Va ser al 1978 quan es va aconseguir obtenir la seqüència de la insulina i introduir-la a l’interior de la bactèria perquè aquesta produís insulina. És així com E. coli ha passat de ser una bactèria corrent a una fàbrica de producció d’insulina. La insulina s’extreu de la bactèria, es purifica i es comercialitza com a medicament.

Els avantatges de la insulina “humana”, obtinguda per enginyeria genètica, són el fàcil manteniment de les bactèries, una major quantitat de producció i amb menors costos. A més a més, la comptabilitat d’aquesta insulina és del 100%, no obstant poden haver reaccions degut a altres components.

A escala industrial, la producció de proteïnes recombinants engloba diferents etapes. Aquestes etapes són la fermentació, en què les bactèries són cultivades en medis de cultius nutritius; l’extracció per recuperar totes les proteïnes del seu interior, la purificació, que separa la proteïna recombinant de les altres proteïnes bacterianes; i finalment la formulació, on la proteïna recombinant és modificada per aconseguir una forma estable i estèril que pot administrar-se terapèuticament.

Cada una de les anteriors fases implica una manipulació molt curosa dels materials i un estricte control de qualitat per optimitzar l’extracció, la puresa, l’activitat i l’estabilitat del fàrmac. Aquest procés pot ser simple o més complex depenent del producte i del tipus de cèl·lula utilitzada. Tot i que la complexitat del procés augmentaria el cost final del producte, el valor no arribarà a sobrepassar el cost d’aïllar el compost des de la seva font original per arribar a quantitats medicinals, que és el que s’ha demostrat amb la insulina. És a dir, que produir insulina humana té un menor cost que obtenir la insulina de porcs.

L’enginyeria genètica permet que nombroses proteïnes potencialment terapèutiques puguin elaborar-se en grans quantitats. Actualment, existeixen més de 30 proteïnes aprovades pel seu ús clínic, a més de centenars de gens de proteïnes terapèutiques que s’han expressat a nivell de laboratori i que es segueixen fent estudis per demostrar la seva adequació clínica.

REFERÈNCIES

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

MireiaRamos-catala2

 

The reality of mutations

Do you remember the ninja turtles? Leonardo, Raphael, Michelangelo and Donatello were four turtles that suffered a mutation when they were bathed with a radioactive liquid. Fortunately or unfortunately, a mutation cannot turn us into ninja turtles, but it can have other effects. Next, I tell you what mutations are.

WHAT ARE MUTATIONS?

Our body is like a great factory in which our cells are the workers. These, thanks to their internal machinery, make the factory stay afloat with the least possible problems. The constant operation of our cells (24/7), sometimes causes errors in their machinery. This generates imperfections in the genetic code, which generally go unnoticed. It is true that cells do everything possible to fix the failures produced, but sometimes they are inevitable and lead to the generation of diseases or even to the death of the cell.

Mutations are these small errors, it means, mutations are stable and inheritable changes that alter the DNA sequence. This fact introduces new genetic variants in the population, generating genetic diversity.

Generally, mutations tend to be eliminated, but occasionally some can succeed and escape the DNA repair mechanisms of our cells. However, they only remain stable and inheritable in the DNA if they affect a cell type, the germ cells.

The organisms that reproduce sexually have two types of cells: germinal and somatic. While the former transmit genetic information from parents to children, somatic cells form the body of the organism. Because the information of germ cells, which are what will give rise to gametes (sperm and oocytes) passed from generation to generation, they must be protected against different genetic changes to safeguard each individual.

Most mutations are harmful, species cannot allow the accumulation of large number of mutations in their germ cells. For this reason not all mutations are fixed in the population, and many of these variants are usually eliminated. Occasionally some may be incorporated into all individuals of the species.

The mutation rate is the frequency at which new mutations occur in a gene. Each specie has a mutation rate of its own, modulated by natural selection. This implies that each species can be confronted differently from the changes produced by the environment.

Spontaneous mutation rates are very low, in the order of 10-5-10-6 per gene and generation. In this way, mutations do not produce rapid changes in the population.

THE ROLE OF NATURAL SELECTION

Changes of nucleotides in somatic cells can give rise to variant or mutant cells, some of which, through natural selection, get more advantageous with respect to their partners and proliferate very fast, giving us as a result, in the extreme case, cancer, that is, uncontrolled cell proliferation. Some of the cells in the body begin to divide without stopping and spread to surrounding tissues, a process known as metastasis

But the best way to understand the role of natural selection of which the naturist Charles Darwin spoke is with the example of spotted moths (Biston betularia). In England there are two types of moths, those of white colour and those of black colour (Figure 1). The former used to be the most common, but between 1848 and 1898 black moths were imposed.

biston
Figure 1. Biston betularia, white and black moths (Source: TorruBlog)

This change occurred at the same time that cities became more industrial, in which coal became the main fuel for power plants. The soot of this rock dyed the sky, the soil and the buildings of the cities black. Tree trunks were also affected, where the moths were camouflaged.

The consequence of this fact was that white moths could not hide from their predators, whereas those that were black found a successful exit camouflaging well on the tinted trunks. With the change of colour of their hiding place they had more opportunities to survive and reproduce (Video 1).

Video 1. Industrial melanism, white and black moth (Source: YouTube)

This is a clear example of how changes in the environment influence the variability of gene frequencies, which vary in response to new factors in the environment.

TYPES OF MUTATIONS

There is no single type of mutation, but there are several types of mutation that can affect the DNA sequence and, rebound, the genetic code. However, not all mutations have the same effect.

There are many and different types of mutations, which are classified by mutational levels. These levels are based on the amount of hereditary material affected by the mutation and go up in rank according to the number of genes involved. If the mutation affects only one gene we speak of gene mutation, whereas if it affects a chromosomal segment that includes several genes we refer to chromosomal mutation. When the mutation affects the genome, affecting whole chromosomes by excess or by defect, we speak of genomic mutation.

An example of a point mutation is found in cystic fibrosis, a hereditary genetic disease that produces an alteration in the secretion of mucus, affecting the respiratory and digestive systems. A point mutation affects the gene that codes for the CFTR protein. The affected people receive from both parents the defective gene, which, having no copy of the good gene, the protein will not be functional. The result is that the secretions produced by the human body are thicker than usual, producing an accumulation in the respiratory tract.

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
  • Bioinformática UAB
  • Webs UCM
  • Main picture: Cine Premiere

MireiaRamos-angles2

La realidad de las mutaciones

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

¿QUÉ SON LAS MUTACIONES?

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

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

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

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

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

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

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

EL PAPEL DE LA SELECCIÓN NATURAL

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

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

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

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

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

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

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

TIPOS DE MUTACIONES

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

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

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

REFERENCIAS

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

MireiaRamos-castella2

La realitat de les mutacions

Recordeu les tortugues ninja? En Leonardo, Raphael, Michelangelo i Donatello eren quatre tortugues que van patir una mutació al ser banyades amb un líquid radioactiu. Per sort o per desgràcia, una mutació no ens pot convertir en tortugues ninja, però sí que pot tenir altres efectes. A continuació us explico què són les mutacions.

QUÈ SÓN LES MUTACIONS?

El nostre cos és com una gran fàbrica en la que les nostres cèl·lules són els treballadors. Aquestes, gràcies a la seva maquinària interna, fan que la fàbrica segueixi endavant amb els menors problemes possibles. El funcionament constant de les nostres cèl·lules les 24 hores del dia durant els 365 dies de l’any, provoca que, a vegades, es produeixin errors en la seva maquinària. Això genera imperfeccions en el codi genètic, les quals generalment passen desapercebudes. Sí que és cert que les cèl·lules fan tot el possible per arreglar els errors produïts, però a vegades són inevitables i condueixen a la generació de malalties o, inclús, a la mort de la cèl·lula si aquesta es veu desbordada i no pot superar les adversitats.

Així doncs, les mutacions són aquests petits errors, és a dir, canvis estables i heretables que alteren la seqüència de l’ADN. Aquest fet fa que s’introdueixin noves variants gèniques a la població, generant diversitat genètica.

Generalment, les mutacions acostumen a ser eliminades, però ocasionalment algunes poden tenir èxit i escapar-se dels mecanismes de reparació de l’ADN de les nostres cèl·lules. No obstant, només es mantenen estables i heretables en l’ADN si afecten a un tipus de cèl·lules, les cèl·lules germinals.

Els organismes que ens reproduïm sexualment tenim dos tipus de cèl·lules: germinals i somàtiques. Mentre que les primeres transmeten la informació genètica de pares a fills, les cèl·lules somàtiques formen el cos de l’organisme. Degut a que la informació de les cèl·lules germinals, que són les que donen lloc a gàmetes (espermatozoides i oòcits) passa de generació en generació, aquestes han d’estar protegides contra els diferents canvis genètics per poder salvaguardar cada individu.

Degut a que la majoria de les mutacions són perjudicials, cap espècie pot permetre que s’acumulin mutacions en gran número en les seves cèl·lules germinals. És per això que no totes les mutacions queden fixades a la població, sinó que moltes d’aquestes variants solen ser eliminades. Ocasionalment algunes sí que es poden incorporar a tots els individus de l’espècie.

La taxa de mutació és la freqüència en la que es produeixen noves mutacions en un gen. Cada espècie té una taxa de mutació pròpia, modulada per la selecció natural. Això implica que cada espècie es pot enfrontar diferent als canvis produïts per l’ambient.

Les taxes de mutació espontànies són molt baixes, de l’ordre de 10-5-10-6 per gen i generació. D’aquesta manera, les mutacions no produeixen canvis ràpids en la població.

EL PAPER DE LA SELECCIÓ NATURAL

Canvis de nucleòtids en les cèl·lules somàtiques poden donar lloc a cèl·lules variants o mutants, algunes de les quals, a través a de la selecció natural, aconsegueixen ser més avantatjoses respecte a les seves companyes i proliferen molt ràpid. Com a resultat, en el cas extrem, es produeix el càncer, és a dir, una proliferació cel·lular descontrolada. Algunes de les cèl·lules del cos comencen a dividir-se sense aturar-se i es disseminen als teixits del voltant, procés conegut com a metàstasi.

Però la millor manera d’entendre el paper de la selecció natural de la qual en parlava el naturista Charles Darwin és amb l’exemple de les papallones del bedoll (Biston betularia). A Anglaterra habiten dos tipus de papallones, les de color gris clar i les de color gris fosc (Figura 1). Les primeres acostumaven a ser les més comuns, però entre els anys 1848 i 1898 es van invertir els papers i les papallones de color gris es van imposar.

biston
Figura 1. Papallones del bedoll (Biston betularia) de color gris clar i gris fosc (Font: TorruBlog)

Aquest canvi es va produir al mateix temps que les ciutats es van tornar més industrials, en les quals el carbó es va convertir en el combustible principal per a les plantes elèctriques. El sutge d’aquesta roca va tenyir de gris fosc el cel, el sòl i els edificis de les ciutats. També es van veure afectats els troncs dels arbres, on es camuflaven les papallones del bedoll.

La conseqüència d’aquest fet va ser que les papallones de color gris clar no podien amagar-se dels seus depredadors, en canvi, les que eren de color gris fosc van trobar una sortida amb èxit camuflant-se bé en els troncs pintats. Amb el canvi de color del seu amagatall tenien més oportunitats de sobreviure i reproduir-se (Vídeo 1).

Vídeo 1. Papallones del bedoll i la industrialització (en anglès) (Font: YouTube)

Aquest és un exemple clar de com els canvis en l’entorn influeixen en la variabilitat de les freqüències gèniques, que varien en resposta a nous factors en el medi ambient.

TIPUS DE MUTACIONS

No existeix un sol tipus de mutació, sinó que hi ha varis tipus de mutacions que poden afecta la seqüència d’ADN i conseqüentment el codi genètic. No obstant, no totes les mutacions tenen el mateix efecte.

Les mutacions acostumen a classificar-se per nivells mutacionals. Aquests nivells es basen en la quantitat de material hereditari afectat per la mutació i van pujant de rang segons el número de gens implicats. Si la mutació només afecta a un gen parlem de mutació gènica, mentre que si afecta a un segment cromosòmic que inclou varis gens ens referim a mutació cromosòmica. Quan la mutació afecta al genoma, afectant a cromosomes complets per excés o per defecte, ens referim a mutació genòmica.

Un exemple de mutació puntual el trobem en la fibrosi quística, una malaltia genètica hereditària que produeix una alteració en la secreció de mucositats, afectant al sistema respiratori i digestiu. Una mutació puntual afecta el gen que codifica per a la proteïna CFTR. Les persones afectades reben de tots dos progenitors el gen defectuós que, al no tenir cap còpia del gen bona, la proteïna no serà funcional. El resultat és que les secrecions produïdes per l’organisme humà són més espesses del que és habitual, produint una acumulació en les vies respiratòries.

REFERÈNCIES

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

MireiaRamos-catala2

Rare diseases: fight against oblivion

We are ending the month of February, and this means that the Rare Disease Day is approaching. Marfan syndrome, Williams syndrome, DiGeorge syndrome, Crohn’s disease, Fanconi anaemia, mucopolysaccharidosis, among many others make up the list of these diseases. Why are they called minority diseases or rare diseases?

WHAT ARE MINORITY DISEASES?

A minority disease is that which affects less than 1 in 2,000 people. Although individually they are rare, there are many diseases of this type (6,000-7,000), so there are many affected patients.

Although the definition of minority disease is what I have just said, in the pharmaceutical industry it is that disease in which it is not profitable to develop a drug due to the low number of patients, the limited information available, the poor diagnosis, the lack of clinical studies and the difficult location of patients. It is for this reason that the families themselves create their own foundations to obtain financing for the investigation of these diseases.

A few years ago these diseases were socially forgotten, but, fortunately, they are now socially transcendental and recognized.

As I said, there are around 7,000 minority diseases described and every year between 150 and 250 new ones are described, thanks to new technologies.

A large number of these diseases affects children, that is, they manifest themselves at an early age. It is necessary to know that most have a genetic basis, caused by mutations in specific genes such as cystic fibrosis or several muscular dystrophies. But there are also related to environmental factors, such as some types of anaemia due to lack of vitamins or due to medications. This is the case of malignant mesothelioma, a breast cancer, in which more than 90% of cases are due to asbestos exposure. However, there are still many without knowing their origin or data on their prevalence.

MINORITY DISEASES IN NUMBERS

The fact that these diseases affect few people and the ignorance of their symptoms by the public and professionals, it is estimated that the time that elapses between the appearances of the first symptoms until diagnosis is 5 years. In 1 of every 5 cases, more than 10 years may pass until the correct diagnosis is obtained. This means not receiving support or treatment or receiving inadequate treatment and worsening the disease.

Not all hospitals have the means to treat those affected, for this reason it is estimated that practically half of sufferers have had to travel and travel in the last 2 years out of their province because of their illness, either in look for a diagnosis or treatment.

Minor diseases represent a significant economic cost. The cost of diagnosis and treatment accounts for around 20% of the annual income of each affected family. This means an average of more than 350€ per family per month, a figure very representative of the high cost involved in the care of rare diseases. The expenses to cover in the majority of cases are related to the acquisition of medicines and other health products, medical treatment, technical aids and orthopaedics, adapted transport, personal assistance and adaptation to housing.

TREATMENT FOR MINORITY DISEASES

Only 1-2% of minority diseases currently have some type of treatment, therefore, much remains to be investigated.

There are 4 basic types of treatment for rare genetic diseases:

PHARMACOLOGICAL THERAPIES

It consists in the modification of a normal or pathological biochemical reaction by an external chemical agent.

The development of a drug is a very expensive process and difficult to quantify. Currently many millions have to be invested for a new drug to reach the patient.

But what is a medication? A medicine is a small organic molecule, which typically has to be:

  • Specific to solve a molecular problem (ex: prevent an abnormal interaction between two proteins)
  • Very active and very tuned for your target
  • Very little toxic
  • Distribute well throughout the body and reach the target tissue
  • Cheap to produce or, at least, that can be synthesized in industrial quantities
  • Stable
  • New (patentable)
  • It has to be commercialized

GENE THERAPY

Attempt to correct defective genes responsible for diseases in the somatic (non-sexual) line, either by:

  • Loss of function: incorporate the normal gene (ex: phenylketonuria)
  • Function gain: eliminate the responsible mutation, eliminating the protein (ex: Huntington)

Limitations:

  • Only the reversible characteristics of a genetic disease can be corrected
  • The size of the DNA to be incorporated in the patient’s genome
  • Immune response against the viral vector (retroviruses, adenoviruses, adenoassociates)
  • Inactivation of an essential gene that can cause a problem greater than the disease
  • Directionally to appropriate target cells

CELLULAR THERAPY

Describes the process of introducing new cells into an affected tissue, with or without previous gene therapy. It is necessary to introduce many cells because the treatment is effective and, sometimes, these cells can go to unwanted tissues or have some types of abnormal growth.

SURGERY

For example in congenital heart defects.

RARE DISEASE DAY

For rare diseases to cease to be, Rare Disease Day is celebrated on the last day of February, with the aim of raising awareness and awareness among the public about rare diseases; as well as showing the impact on patients’ lives and reinforcing their importance as a priority in public health.

It was established in 2008 because, according to the European Organization for Rare Diseases (EURORDIS), the treatment of many rare diseases is insufficient, as well as in social networks to support people with minority diseases and their families. In addition, while there were already many days devoted to people suffering from individual diseases (such as AIDS, cancer, etc.) before there was not a day to represent people suffering from minority diseases. It was chosen on 29th February because it is a “rare” day. But it is celebrated on the last day of February in years that are not leap years.

Then I leave the promotional video for the Rare Disease Day 2015:

Video 1. Rare Disease Day 2015 Official Video (Source: YouTube)

REFERENCES

MireiaRamos-angles2