Ya son siete los genomas humanos secuenciados

Doble hélice de ADN
Un varón japonés no identificado se ha unido al grupo de humanos cuyo genoma ya ha sido secuenciado en su totalidad desde 2001. Los otros seis individuos son el genoma de James Watson, que co-descubrió la estructura del ADN, Craig Venter, el magnate de los EE.UU. de la biotecnología, un hombre de la etnia Yoruba de África occidental, dos hombres coreanos, y un varón de etnia china Han.
El estudio, publicado en la revista especializada Nature Genetics, está encabezado por Tatsuhiko Tsunoda del Centro de Medicina Genómica de Yokohama.
Un consorcio internacional de investigación ha puesto en marcha el denominado «Proyecto Mil Genomas» (Thousand Genomes Project), dirigido a la secuenciación completa del genoma de 1.000 personas anónimas y publicar los datos en el dominio público.
El proyecto tiene como objetivo arrojar luz sobre las variaciones genéticas que pueden explicar la vulnerabilidad sobre enfermedades hereditarias y poder adaptar los medicamentos a las necesidades individuales.
Tsunoda dijo que estaba cauteloso acerca de hacer una comparación rápida entre los japoneses y los otros genomas conocidos. «Más muestras -decenas- sería necesario, que es nuestro plan de futuro», dijo.
Tsunoda dijo que su equipo estaá trabajando en nuevas maneras de detectar patrones de múltiples variaciones en el código genético.
«En el futuro, seremos capaces de encontrar gran número de variaciones en los genomas individuales que deberían estar relacionadas con muchas enfermedades», dijo Tsunoda.
Al paso que van los avances en secuenciación, no tengo duda que en un futuro cercano podremos pedir que nos impriman una copia de nuestro ADN como si el informe de vida laboral se tratara. Espero que os haya gustado.

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Mutación relacionada con el síndrome de Tourette

El estudio se publicó on line el 5 de mayo en el New England Journal of Medicine por un equipo dirigido por Matthew State, profesor en la Universidad de Yale Child Study Center y en los Departamentos de Psiquiatría y Genética, y co-director del Programa de Yale sobre Neurogenética.
El síndrome de Tourette (ST) es un trastorno neurológico relativamente común que se caracteriza por movimientos involuntarios, tics rápidos y súbitos o vocalizaciones que se producen repetidamente en la misma forma. Afecta a uno de cada 100 niños en edad escolar. Los tics pueden comenzar a mediados de la niñez y, el pico, al inicio de la adolescencia. El ST no es potencialmente mortal, pero puede ser discapacitante. Los niños y adultos afectados suelen tener otros trastornos neuropsiquiátricos como el trastorno obsesivo-compulsivo o depresión.
Sobre la base de pruebas sólidas de que los genes contribuyen al ST, el laboratorio del profesor State ha buscado mutaciones genéticas raras que causan ST durante más de una década, con la esperanza de lograr una mejor comprensión de la causa del trastorno y generar oportunidades de investigación a desarrollar tratamientos más eficaces .
State y su equipo encontraron una familia con el ST, con una rara mutación en un gen llamado 1-histidina descarboxilasa (HDC). Este gen produce una proteína que se requiere para la producción de histamina. La histamina se conoce más a menudo por su papel en la respuesta alérgica, pero es un importante neurotransmisor que influye en una variedad de funciones cerebrales.
El padre y toda la descendencia fueron diagnosticadas con el ST. La madre y su familia no tienen el trastorno. Dos niños y el padre también han experimentado el trastorno obsesivo-compulsivo. El laboratorio de State tomó muestras de ADN de todos los miembros de la familia. El estudio se centró en la región uno del genoma que comparten todos los individuos afectados, y, después, se identificó una mutación rara en HDC dentro de esta región, que dio lugar a la proteína mutada que da lugar a la pérdida de su función.
State dijo que el trabajo realizado sobre la histamina cerebral por otros laboratorios muestra que los ratones con niveles bajos son más propensos a comportamientos repetitivos que son similares a los tics humanos y que, incrementando la histamina cerebral, el problema puede invertirse.

Estructuras proteínicas de las variantes del síndrome de Tourette
Imagen en la que se muestra la mutación del gen HDC

Estos avances en la genética sirven ya de un soporte que antes no se tenía. Los medicamentos que se utilizan para tratar este síndrome de Tourette se basan en suministrar histamina. Ahora se sabe el inicio genético de esta terapia. Espero que os haya gustado.

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El estrés y el ADN

Desde el año pasado con los premios Nobel, los telómeros han dado que hablar más allá de la comunidad científica. Los estudios realizados en temas relacionados con estas porciones finales de los cromosomas siempre tienen un factor común: la asociación con los efectos del envejecimiento. Pues bien, se ha podido realizar un estudio muy curioso sobre este tema, pero que tiene que ver con los lagartos y el estrés sufrido ante la cercanía de la muerte. Mats Olsson, de la Universidad de Wollongong, en Nueva Gales del Sur, Australia, y sus colegas midieron los telómeros de los lagartos de arena silvestres, Lacerta agilis. Encontraron que la longitud del telómero se vio afectado en los animales cuya cola se había desprendido para escapar de los ataques de los depredadores especialmente en varones. Los lagartos que habían sido atacados hacía poco tiempo eran más propensos a tener telómeros más cortos, y este efecto fue mayor en los machos grandes que en los pequeños y en las hembras más grandes y que en los varones y las hembras más pequeñas. Los machos más grandes tienen una vida más estresante que los pequeños ya que su capacidad reproductiva es mayor (es que el ligar estresa también a los lagartos XDD) y son más atacados por los depredadores. También tienen niveles más altos de corticoides que los lagartos pequeños.  atacados por los depredadores. La pérdida de la cola, reduce las posibilidades de supervivencia futura puesto que la cola ya no es la misma que la original: no contiene los huesos, sólo cartílagos, por lo que no se puede «quitar» de nuevo. La pérdida de la cola también provoca un cambio en el comportamiento, adoptando un estilo de vida menos activo. Así que lo mejor es no estresarse y tomarse la vida con más tranquilidad. Por lo menos si eres lagarto.

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La replicación del ADN

La explicación de la replicación del ADN sería muy laboriosa y dura de seguir para los no «vocacionales» en el tema. He indagado un poco por esta autopista de la información y he encontrado un vídeo y unas imágenes valen más que mil palabras. Además, hace una breve introducción sobre el descubrimiento de la estructura del ADN que me gusta.
Gran parte de la traducción es automática, como sucedía en el artículo del Gran colisionador de hadrones. Robotizada. Pero los vídeos que muestran la actuación de la ADN polimerasa son geniales. Incluso lo presenta un tal Doctor Asso, que en EE.UU. no tendría mucha gracia pero en España…jeje. La pena es que no sea biólogo, pero en USA los buenos genetistas suelen ser médicos. Disfrutad el vídeo.
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=n7wtjTFLi9g[/youtube]

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Plásmido bacteriano

Las enzimas de restricción

A lo largo de estas semanas estoy volviendo a trabajar con enzimas de restricción y, antes de publicar un artículo sobre ciertas aplicaciones, será buena idea explicar un poco sobre el tema.
Las enzimas (ó endonucleasas) de restricción son unas proteínas con acción catalítica que tienen la propiedad de reconocer secuencias cortas, de unos cuatro ó seis pares de bases en el ADN de doble hebra, y cortar en todos los puntos donde se encuentre dicha secuencia. Este lugar de corte se denomina diana de restricción. Cada enzima de restricción tiene una diana particular en el ADN. En la actualidad hay un amplísimo catálogo de enzimas de restricción (podéis ver un ejemplo en el listado de Takara) y los usos destinados son varios: para la realización de mapas físicos (hablamos de ADN, no de cordilleras XDD), huella genética ó fingerprinting, búsqueda de polimorfismos tipo SNPs, AFLPs, RFPLs, utilización en pasos previos a la clonación…etc. Y multitud de aplicaciones más específicas que hacen muy versátiles en su uso.
Con un ejemplo queda todo más claro: una enzima muy típica es Alu I que reconoce la secuencia AGTC y corta la doble hélice del ADN entre la Guanina y la Timina. Su actuación sería darse un paseo por toda la hebra de ADN en búsqueda de esa diana. En el momento que la encuentra, se ancla y corta, obteniéndose dos fragmentos. Si no hubiera esa secuencia diana, no corta y el fragmento de ADN de doble cadena que teníamos quedará igual que antes. Si os dais cuenta, es un buen método para diferenciar individuos. La variación de nucleótidos entre distintos individuos puede observarse de esta forma sin necesidad de secuenciar.
No se aplican estas enzimas a la totalidad del ADN genómico, ya que se obtendrían multitud de bandas que no se podrían distinguir bien. Se amplifican, mediante PCR, ciertos lugares específicos del ADN para que las dianas de restricción permitan obtener unos resultados claros para su posterior análisis.
Para los que trabajamos en un laboratorio esto que acabo de explicar es como usar el cuchillo en las comidas, pero ya he visto que hay cierto interés en ciertas aplicaciones de uso en el laboratorio y pronto haré una review de herramientas que facilitan el estudio mediante enzimas de restricción.
Por ahora, para que no sea un rollo lo que he explicado, os dejo con un vídeo (es una animación en 3D) sobre como actúa una enzima de restricción para clonar un fragmento de ADN. Recordad lo que es la clonación. Es una de las técnicas de ingeniería genética más comunes en los laboratorios de biología molecular. Se puede ver como la actuación de la enzima proporciona unos extremos en el plásmido (son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Plásmido bacterianoEstán presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras. Su tamaño varía desde 1 a 250 kb. El número de plásmidos puede variar, dependiendo de su tipo, desde una sola copia hasta algunos cientos por célula) que son complementarios al corte hecho a un fragmento de ADN que queremos insertar con la misma enzima de restricción. Por último serán unidos los extremos por otra enzima llamada ligasa. Así se puede incluir como si formara parte del plásmido y obtener copias idénticas del fragmento de interés al replicarse la bacteria.
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=yDGA8n1oJ5Q[/youtube]
Espero que os haya gustado.

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Amplificación del ADN

Amplificación del ADN: la PCR

La amplificación del ADN mediante PCR no podía faltar en este blog. Ya he podido comentar como se trabaja con el material hereditario anteriormente. Mejor dicho, cómo se prepara para poder sacarle partido. Para poder tener varias copias de una región específica de ADN, se utiliza la tecnología de la Reacción en Cadena de la Polimerasa (Polimerase Chain Reaction = PCR).

Comienzos de la PCR

Este «gran invento» de la PCR se lo debemos al premiado Nobel en Química de 1993 Kary B. Mullis. Se le ocurrió realizar in vitro las condiciones necesarias para conseguir copias de fragmentos de ADN.

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El ADN

El ácido desoxirribonucléico ó ADN es una molécula de tipo polímero ya que está compuesta por una cadena de monómeros unidos entre sí. Cada monómero se llama nucleótido, que a su vez está constituído por tres componentes: una base nitrogenada, una pentosa (azúcar de cinco carbonos) y un fosfato.
La base del código genético la dictan las bases nitrogenadas. Son cuatro en el ADN Adenina y Guanina (A y G), que son bases púricas y Citosina y Timina (C y T), que son bases pirimidínicas. En el ARN la Timina deja lugar a la base llamada Uracilo (U). Por lo tanto existen cinco tipos de bases nitrogenadas. La combinación de las bases nitrogenadas provoca la generación del código genético. Por eso se pueden ver que las secuencias de ADN son del tipo «AACTGGGTCATGCGAA».

Estructura molecular del ADN
Estructura molecular del ADN

A forma de repaso, quería recalcar que las bases nitrogenadas se unen a los azúcares (ribosas en el caso del ADN) y dan lugar a nucleósidos. Posteriormente, esos nucleósidos al unirse los fosfatos dan lugar a los nucleótidos. Era para recordar ese anuncio de una crema que anunciaba el descubrimiento de una molécula llamada Adenosina. Es para reirse. Que es la Adenosina más que el nucleósido que tiene la Adenina como base nitrogenada. Pero, qué se le va a hacer. Finalmente, el ADN (se puede extrapolar igualmente al ARN si se recuerda que las Timinas son Uracilos) no es más que la polimerización de nucleótidos que se unen mediante enlaces fosfato. A lo largo de la hebra van quedando los residuos de fosfato, con carga negativa, que confieren el carácter ácido a la molécula.
Hasta ahora se ha hablado de la formación de una hebra de ADN. Pero la forma básica de nuestro material hereditario no se encuentra un una sola hebra. Dos de estas hebras, que son complementarias por las uniones entre las bases púricas y las pirimidínicas (A con T y C con G), forman la doble hélice de ADN. Tiene un tamaño de 20 Armtrongs de diámetro y da una vuelta completa cada 34 Armstrongs.
Doble hélice de ADN
Doble hélice de ADN
Hay otras formas de hélice, pero esta es la forma natural y estable que se encuentra en la mayoría de las células. Posteriormente esta doble hélice sufrirá empaquetamientos sucesivos que daran lugar a su compresión y formación de los distintos cromosomas.
Bueno, espero que haya sido de utilidad. Si tenéis dudas, comentadlas e intentaré aclararlas todas.

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Manipulación de muestras de ADN

A la hora del manejo de las muestras de ADN hay que tener varios factores en cuenta: primero la esterilidad y pureza del lugar donde se depositan. Evidentemente las muestras de ADN no se almacenan en un tubo cualquiera. El vial destinado para ello debe ser estéril y haber sido autoclavado previamente. Parece una redundancia, pero no es así. Los viales vienen de las empresas comercializadoras con un certificado de esterilidad. En un laboratorio suele haber un grupo amplio de investigadores. Cada uno con sus manías y sus protocolos de esterilización. Lo usual es que se repartan viales en otros recipientes para que cada uno tenga su material. Y esos contenedores deben ser de un material, como el vidrio, que resista altas temperaturas. De este modo no hay que preocuparse tampoco de cómo han sido rellenados los recipientes con los viales ya que, antes de pasar al investigador, son autoclavados: esterilizados mediante la acción de vapor de agua a cierta presión durante un tiempo determinado.
Así también pasan por el mismo proceso todos los materiales desechables que se utilicen como puntas de micropipetas, tubos de ensayo, probetas u otros recipientes y viales.
Algo que no he comentado es la situación del personal del laboratorio. Se deben usar guantes en todo momento. Esto es debido a que en las manos tenemos unas enzimas llamadas DNAsas que digieren el ADN. El simple contacto de los viales y/o las muestras con las DNAsas sería fatal. Otra precaución que se toma siempre es mantener las muestras en frío siempre y cuando los protocolos de manipulación no indiquen lo contrario. El recipiente de poliestireno relleno de hielo picado es otro compañero más en el laboratorio.
Dependiendo del tipo de muestras y del nivel de purificación que se necesite para su procesado y estudios posteriores, hay que almacenar el ADN diluído desde simple Agua estéril y filtrada (Agua MiliQ) hasta en buffers (soluciones tamponadas) específicos que permitan una mayor eficiencia en el análisis. También puede que necesiten seguir algún protocolo de purificación mediante técnicas tradicionales o con kit especiales para ello.
Por último, el almacenamiento de las muestras debe realizarse a 4ºC si se van a utilizar en periodos de tiempo medio (unas semanas) o a -20ºC si se piensa almacenar para análisis no a corto plazo. Nunca se deben congelar y descongelar muy sucesivamente las muestras porque los cristales de hielo formados en la congelación pueden romper las hebras de ADN, empeorando rendimientos.
Seguiré con más lecciones de laboratorio pronto.

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