Genómica comparada

La genómica comparada es un emocionante campo de la investigación biológica en el que los investigadores usan una variedad de herramientas, entre ellas, los análisis computarizados, para comparar las secuencias del genoma completo de distintas especies. Al comparar detenidamente las características que definen a distintos organismos, incluidos los genomas de organismos que varían desde seres humanos a chimpancés y levaduras, los investigadores pueden localizar regiones de similitudes y diferencias. Esta información puede ayudar a los científicos a entender mejor la estructura y la función de los genes humanos, y a crear nuevas estrategias para combatir las enfermedades humanas.

La identificación de secuencias de ADN que hayan sido "conservadas", es decir, preservadas en muchos organismos distintos a lo largo de millones de años, es un paso importante para entender el genoma en sí. Localiza genes que son esenciales para la vida y resalta las señales genómicas que controlan la función génica en muchas especies. Nos ayuda a entender más qué genes se relacionan con varios sistemas biológicos, que a su vez se puede traducir en enfoques innovadores para tratar enfermedades humanas y mejorar la salud humana.

La genómica comparada también ofrece una herramienta poderosa para el estudio de la evolución. Al aprovechar las relaciones evolutivas entre las especies, así como las diferencias correspondientes en su ADN, y al analizarlas, los científicos pueden entender mejor cómo el aspecto, el comportamiento y la biología de los seres vivos han cambiado con el tiempo.

A medida que la tecnología de secuenciación del ADN se vuelve más poderosa y menos cara, la genómica comparada está encontrando su lugar en aplicaciones más generalizadas en la agricultura, la biotecnología y la zoología, como herramienta para desmenuzar las diferencias, a menudo sutiles, entre las especies animales. Tales trabajos han generado nuevos conocimientos en algunas de las ramas del árbol evolutivo, así como mejorado la salud de animales domesticados, y precisado nuevas estrategias para conservar especies raras y en peligro de extinción.

Los genomas de casi todos los seres vivos, tanto plantas como animales, consisten en ADN (ácido desoxirribonucleico), la cadena química que incluye los genes que codifican las distintas proteínas y las secuencias regulatorias que activan y desactivan a esos genes. La secuencia en la que los cuatro componentes básicos, es decir, adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G), se colocan a lo largo de la estructura de la doble hélice torcida de ADN, es lo que determina precisamente qué gen produce qué proteína.

La genómica comparada ha producido impresionantes resultados. Los investigadores están usando cada vez más la genómica comparada para explorar áreas que varían desde el desarrollo y el comportamiento humano hasta el metabolismo y la propensión a enfermedades. Estos estudios están descubriendo nuevas vías conductuales, neurológicas y del desarrollo, y genes compartidos entre especies o relacionados entre sí. Algunos investigadores están usando la genómica comparada para revelar los fundamentos genómicos de las enfermedades en los animales con la esperanza de obtener nuevos conocimientos sobre el desarrollo de enfermedades en los seres humanos.

Entre los resultados a la fecha se encuentran los siguientes:

• En un estudio se descubrió que las moscas de la fruta y los seres humanos tienen alrededor del 60 por ciento de sus genes conservados en común, lo cual significa que los dos organismos aparentemente comparten un conjunto central de genes. Dos tercios de los genes humanos implicados en el cáncer tienen genes equivalentes en las moscas de la fruta.

• Un análisis de la genómica comparada de seis especies de levadura dio pie a que los científicos revisaran considerablemente su catálogo inicial de genes de levadura y que pronosticaran un nuevo conjunto de elementos funcionales que desempeñan una función en la regulación de la actividad genómica, no sólo en la levadura sino en muchas especies.

• Los investigadores que estudian la producción de leche han mapeado genes que aumentan la producción de leche rica en grasa en las vacas, lo cual ha generado mayores niveles de producción y un posible impacto económico importante. Éste es uno de muchos estudios dirigidos a aumentar la producción alimentaria.

• Los científicos han encontrado genes que aumentan el músculo en el ganado al doble; encontraron los mismos genes en perros de carreras, y tales resultados pueden fomentar estudios de rendimiento humano.

• Comparaciones de genomas de casi 50 especies de aves revelaron una red de genes responsables por el canto en las aves y que puede tener una función importante en el habla y el lenguaje humanos. Los investigadores de las aves también encontraron redes de genes responsables por características tales como plumas y picos.

• En años recientes, los investigadores del programa intrainstitucional en el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano (National Human Genome Research Institute, NHGRI) también han estudiado la genómica de varios tipos de cáncer en perros, incluidos cánceres comunes y otras enfermedades, para tratar de obtener nuevos conocimientos sobre la forma humana de estas afecciones. En algunos casos, han mapeado genes que contribuyen a estos trastornos.

• En otros estudios, los investigadores del NHGRI están comparando cómo los genes afectan la forma y el tamaño del cuerpo en los perros para entender mejor el crecimiento y el desarrollo. Estudios de perros con problemas del sueño han revelado genes y vías, y posibles objetivos para medicamentos, para tratar los problemas del sueño.

Los investigadores han secuenciado los genomas completos de cientos de animales y plantas, más de 250 especies animales y 50 especies de tan sólo aves, y la lista continúa creciendo casi a diario.

Además de la secuenciación del genoma humano, que se terminó en el 2003, los científicos que trabajaron en el Proyecto del Genoma Humano secuenciaron los genomas de varios organismos modelo que se usan comúnmente como sustitutos en el estudio de la biología humana. Éstos incluyen la rata, el pez globo, la mosca de la fruta, la ascidia, la ascáride y la bacteria Escherichia coli. En el caso de algunos organismos, en el NHGRI se han secuenciado muchas variedades, lo cual ha producido datos muy importantes para entender la variación genética.

Los centros de secuenciación de ADN financiados por el NHGRI también han secuenciado los genomas del pollo, el perro, la abeja melífera, el gorila, el chimpancé, el erizo marino, hongos y muchos otros organismos.

El NHGRI marcó la pauta para el desarrollo de métodos y tecnologías de secuenciación de ADN, incluida la informática, y ha financiado investigaciones para estudiar los genomas de una amplia variedad de especies. El Centro de Secuenciación Intrainstitucional de los Institutos Nacionales de la Salud (National Institutes of Health, NIH) ha sido clave en la secuenciación de muchos organismos.

Los programas del NHGRI, tales como la Enciclopedia de los Elementos del ADN (ENCODE) y la Enciclopedia de los Elementos del ADN de organismos modelo (modENCODE), han comparado y contrastado el funcionamiento interno de los genomas animales y humanos para tratar de entender mejor cómo funcionan los genomas.

En modENCODE, los investigadores encontraron patrones compartidos de actividad y regulación génica entre los genomas de moscas, gusanos y seres humanos. El Consorcio de ENCODE murino demostró que, en general, los sistemas que se usan para controlar la actividad génica tienen muchas similitudes entre los ratones y los seres humanos.