Breve guía de genómica

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el compuesto químico que contiene las instrucciones necesarias para desarrollar y dirigir las actividades de casi todos los organismos vivos. Las moléculas de ADN están hechas de dos hebras pareadas, en espiral, a menudo conocidas como doble hélice.

Cada hebra de ADN está formada por cuatro unidades químicas, llamadas bases nucleotídicas, que forman el "alfabeto" genético. Las bases son adenina (A), timina (T), guanina (G) y citosina (C). Las bases en hebras opuestas se emparejan de manera específica: una A siempre forma pareja con una T; una C siempre forma pareja con una G. El orden de las bases A, T, C y G determina el significado de la información codificada en esa parte de la molécula de ADN, de igual manera que el orden de letras determina el significado de una palabra.

El conjunto completo de ADN de un organismo se conoce como su genoma. Prácticamente cada célula individual en el cuerpo contiene una copia completa de los aproximadamente 3 mil millones de pares de bases de ADN, o letras, que forman el genoma humano.

Con su lenguaje de cuatro letras, el ADN contiene la información necesaria para construir el cuerpo humano completo. Un gen se refiere tradicionalmente a la unidad de ADN que lleva las instrucciones para elaborar una proteína específica o un grupo específico de proteínas. Cada uno de los estimados 20,000 a 25,000 genes en el genoma humano codifica un promedio de tres proteínas.

Encontrados en 23 pares de cromosomas empacados en el núcleo de una célula humana, los genes dirigen la producción de proteínas con la ayuda de enzimas y moléculas mensajeras. Específicamente, una enzima copia la información del ADN de un gen a una molécula llamada ácido ribonucleico mensajero (ARNm). El ARNm sale del núcleo al citoplasma de la célula, donde el ARNm es leído por una diminuta máquina molecular denominada ribosoma, y la información se utiliza para unir pequeñas moléculas llamadas aminoácidos en el orden correcto para formar una proteína específica.

Las proteínas forman estructuras corporales, tales como órganos y tejidos, y también controlan reacciones químicas y transportan señales entre una célula y otra. Si se muta el ADN de una célula, podría producirse una proteína anómala, que puede alterar los procesos habituales del cuerpo y dar lugar a una enfermedad como el cáncer.

Secuenciación simplemente significa determinar el orden exacto de las bases en una hebra de ADN. Debido a que las bases existen como pares, y a que la identidad de una de las bases en el par determina el otro miembro del par, los investigadores no tienen que reportar ambas bases del par.

En el tipo más común de secuenciación utilizada hoy en día, llamada secuenciación por síntesis, la ADN-polimerasa (la enzima en las células que sintetiza el ADN) se usa para generar una nueva hebra de ADN a partir de una hebra de interés. En la reacción de secuenciación, la enzima incorpora nucleótidos individuales a la nueva hebra de ADN, que han sido químicamente marcados con un marcador fluorescente. Mientras esto sucede, el nucleótido es excitado con una fuente de luz, y se emite y detecta una señal fluorescente. La señal es distinta dependiendo de cuál de los cuatro nucleótidos fue incorporado. Este método puede generar 'lecturas' de 125 nucleótidos consecutivamente y miles de millones de lecturas a la vez.

Para armar la secuencia de todas las bases en un segmento grande de ADN tal como un gen, los investigadores necesitan leer la secuencia de segmentos superpuestos. Esto hace posible que se arme una secuencia más larga a partir de segmentos más cortos, algo así como cuando se arma un rompecabezas lineal. En este proceso, no basta leer cada base sólo una vez, sino que es necesario leerlas por lo menos varias veces en los segmentos superpuestos para asegurar la exactitud.Los investigadores pueden usar la secuenciación de ADN para buscar variaciones genéticas y/o mutaciones que pudieran jugar un papel en el desarrollo o evolución de una enfermedad. El cambio causador de la enfermedad pudiera ser tan pequeño como la sustitución, deleción (eliminación) o inserción de un sólo par de bases o tan grande como una deleción de miles de bases.

El Proyecto del genoma humano, que fue dirigido en los Institutos Nacionales de la Salud (National Institutes of Health, NIH) por el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (National Human Genome Research Institute, NHGRI), produjo una versión de muy alta calidad de la secuencia del genoma humano, que está disponible sin costo en bases de datos públicas. Ese proyecto internacional se terminó exitosamente en abril de 2003, con un costo inferior a lo presupuestado, y más de dos años antes de lo previsto.

La secuencia no es la de una sola persona; es una secuencia combinada derivada de varios individuos. Por lo tanto, es una secuencia "representativa" o genérica. Para garantizar el anonimato de los donantes del ADN, se obtuvieron más muestras de sangre (casi 100) de voluntarios que las que fueron utilizadas, y las muestras analizadas no fueron marcadas con ningún nombre. Por consiguiente, ni siquiera los donantes supieron si sus muestras fueron, de hecho, utilizadas.

El Proyecto del genoma humano fue diseñado para generar un recurso que pudiera ser utilizado para una amplia gama de estudios biomédicos. Uno de dichos usos es buscar variaciones genéticas que aumentan el riesgo de enfermedades específicas, tales como el cáncer, o buscar el tipo de mutaciones genéticas que se ven con frecuencia en las células cancerosas. Posteriormente pueden realizarse más investigaciones para entender plenamente cómo funciona el genoma y descubrir las bases genéticas de la salud y las enfermedades.

Prácticamente toda enfermedad humana tiene alguna base en nuestros genes. Hasta hace poco, los médicos podían considerar el estudio de los genes, o la genética, solamente en casos de anomalías congénitas y de un grupo limitado de otras enfermedades. Éstas eran afecciones, tales como la anemia drepanocítica, que tienen patrones de herencia muy sencillos y predecibles, porque cada uno es causado por un cambio en un solo gen.

Con la gran riqueza de datos sobre el ADN humano generados por el Proyecto del genoma humano y otras investigaciones genómicas, los científicos y profesionales clínicos cuentan con herramientas más poderosas para estudiar el papel desempeñado por múltiples factores genéticos entre sí y con el ambiente en enfermedades mucho más complejas. Estas enfermedades, tales como el cáncer, la diabetes y las enfermedades cardiovasculares, constituyen la mayoría de los problemas de salud en los Estados Unidos. Las investigaciones basadas en el genoma ya están haciendo posible que los investigadores médicos desarrollen mejores pruebas diagnósticas, estrategias de tratamiento más eficaces, enfoques fundamentados para demostrar la eficacia clínica, y mejores herramientas para la toma de decisiones tanto para pacientes como para proveedores de atención de la salud. A la larga, parece inevitable que los tratamientos serán personalizados según la composición genómica específica de un paciente. Por lo tanto, el papel de la genética en la atención de la salud está comenzando a cambiar profundamente, y los primeros ejemplos de la era de la medicina genómica están por llegar.

Es importante darse cuenta, sin embargo, que a menudo toma una cantidad considerable de tiempo, esfuerzo y fondos para trasladar los descubrimientos del laboratorio científico al ejercicio de la medicina. Se calcula que la mayoría de los nuevos medicamentos fundamentados en las investigaciones basadas en el genoma tardarán por lo menos de 10 a 15 años para aplicarse en la práctica, aunque trabajos recientes impulsados por el genoma en el tratamiento para la disminución de lípidos, han acortado considerablemente dicho intervalo. Según expertos en biotecnología, normalmente toma más de una década para que una empresa realice los tipos de estudios clínicos necesarios para recibir aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos (Food and Drug Administration, FDA).

No obstante, las pruebas diagnósticas y de selección ya están aquí. También se están logrando rápidos avances en el novedoso campo de la farmacogenómica, que incluye el uso de información sobre la composición genética de un paciente para poder personalizar mejor el tratamiento farmacológico a sus necesidades individuales.

Evidentemente, la genética continúa siendo tan sólo uno de varios factores que contribuyen al riesgo de la gente de contraer la mayoría de las enfermedades comunes. La alimentación, el estilo de vida y las exposiciones ambientales también desempeñan un papel en muchas afecciones, incluidos muchos tipos de cáncer. Aún así, un entendimiento más profundo de la genética aclarará más que tan sólo riesgos hereditarios al revelar los componentes básicos de las células y, en última instancia, al explicar cómo todos los distintos elementos trabajan colectivamente para afectar al cuerpo humano tanto en la salud como en la enfermedad.