QUÉ ES EL PGH?BIOLOGÍA. 4TO AÑO Prof. Claudia
Acosta
Fragmento extraído de: https://www.genome.gov/11510905/preguntas-maacutes-frecuentes
TEMA: PROYECTO GENOMA HUMANO ( PGH)
¿Qué es un genoma?
Un genoma es una colección completa de
ácido desoxirribonucleico (ADN) de un organismo, o sea un compuesto químico que
contiene las instrucciones genéticas necesarias para desarrollar y dirigir las
actividades de todo organismo. Las moléculas del ADN están conformadas por dos
hélices torcidas y emparejadas. Cada hélice está formada por cuatro unidades
químicas, denominadas bases nucleótidas. Las bases son adenina (A), timina (T),
guanina (G) y citosina (C). Las bases en las hélices opuestas se emparejan específicamente;
una A siempre se empareja con una T, y una C siempre con una G.
El genoma humano contiene aproximadamente
3.000 millones de estos pares de bases, los cuales se encuentran en los 23
pares de cromosomas dentro del núcleo de todas nuestras células. Cada cromosoma
contiene cientos de miles de genes, los cuales tienen las instrucciones para
hacer proteínas. Cada uno de los 30.000 genes estimados en el genoma humano
produce un promedio de tres proteínas.
¿Qué es secuenciar y cómo se
secuencia un genoma?
Secuenciar significa determinar el orden
exacto de los pares de bases en un segmento de ADN. Los cromosomas humanos
tienen entre 50.000.000 a 300.000.000 pares de bases. Debido a que las bases
existen en pares, y la identidad de una de las bases en el par determina el
otro miembro del par, los científicos no tienen que presentar las dos bases del
par.
El principal método utilizado por el PGH
para producir la versión final del código genético humano se basa en un mapa, o
en una secuencia basada en BAC, que es el acrónimo en inglés de "cromosoma
artificial bacteriano". El ADN humano es fragmentado en piezas
relativamente grandes pero de un tamaño manejable (entre 150.000 y 200.000
pares de bases). Los fragmentos son clonados en bacterias, las cuales almacenan
y replican el ADN humano para que así pueda ser preparado en cantidades lo
suficientemente grandes como para secuenciarlo. Si se los escoge cuidadosamente
para minimizar las superposiciones, se necesita unos 20.000 clones BAC
diferentes para abarcar los 3.000 millones de pares de bases del genoma humano.
A la colección de clones BAC que contienen todo el genoma humano se la denomina
una "biblioteca BAC".
En el método basado en BAC, se hace un
"mapeo" de cada clon BAC para determinar el lugar de donde proviene
el ADN del genoma humano en los clones BAC. El uso de este enfoque garantiza
que los científicos puedan conocer la ubicación exacta de las letras del ADN
que son secuenciadas en cada clon y su relación espacial con el ADN humano
secuenciado en otros clones BAC.
Para la secuenciación, se corta a cada
clon BAC en fragmentos todavía más pequeños que tienen una longitud de cerca de
2.000 bases. Estas piezas se denominan "subclones". En estos
subclones se lleva a cabo una "reacción en secuencia". Después, los
productos de la reacción en secuencia son introducidos en la máquina
secuenciadora (secuenciador). El secuenciador genera de 500 a 800 pares de
bases de A, T, C y G en cada reacción en secuencia, por lo que cada bases es
secuenciada unas diez veces. Luego una computadora juntas estas secuencias
cortas para formar tramos continuos de secuencia que representan el ADN humano
en el clon BAC.
¿De quién fue el ADN secuenciado en
el Proyecto Genoma Humano?
Esto se mantiene intencionalmente en
secreto para proteger a los voluntarios que proporcionaron las muestras de ADN
para su secuenciación. La secuencia se deriva del ADN de varios voluntarios.
Para garantizar que no sean reveladas las identidades de los voluntarios, se
desarrolló un proceso muy cuidadoso para contratar a los voluntarios y para
reunir y mantener las muestras de sangre que fueron la fuente del ADN.
Los voluntarios respondieron a los
anuncios públicos locales colocados cerca de los laboratorios donde fueron
preparadas las "bibliotecas" de ADN. Los candidatos fueron
contratados entre una población diversa. Los voluntarios proporcionaron
muestras de sangre después de haber sido aconsejados extensamente y luego
dieron su consentimiento informado. De 5 a 10 veces los voluntarios donaron
sangre y ésta fue eventualmente usada en la misma proporción, por lo cual ni
siquiera los voluntarios podían conocer si su muestra fue utilizada. Se
quitaron todas las etiquetas antes de elegir las muestras reales.
¿Qué quiere decir que se ha
terminado el Proyecto Genoma Humano?
El objetivo principal del Proyecto Genoma
Humano fue definido por primera vez en 1988 por una comisión especial de la
Academia Nacional de Ciencias (NAS) de EE.UU., y fue adoptado más tarde
mediante una serie detallada de planes quinquenales escritos conjuntamente por
los Institutos Nacionales de la Salud y el Departamento de Energía. En este
momento, los objetivos principales trazados por la Academia Nacional de
Ciencias han sido logrados, incluyendo la terminación esencial de una versión
de alta calidad de la secuencia humana. Otros objetivos incluían la creación de
mapas físicos y genéticos del genoma humano, los cuales se lograron a mediados
de la década de 1990, así como también el mapeo y secuenciación de un juego de
cinco organismos modelo, incluyendo el ratón. Todos estos objetivos fueron
logrados dentro del tiempo y el presupuesto estimados primeramente por la
comisión de la NAS.
De forma notable, un gran número adicional
de objetivos que no se consideraban posibles en 1988 fueron añadidos durante el
camino y se los logró con éxito. Los ejemplos incluyen bosquejos avanzados de
las secuencias de los genomas del ratón y la rata, y también un catálogo de
bases variables en el genoma humano.
¿El genoma humano ha sido
secuenciado completamente?
Sí - dentro de los límites de la
tecnología de hoy, el genoma humano está tan completo como debe estarlo.
Permanecen pequeños vacíos que son irrecuperables en cualquier método actual de
secuenciación, y totalizan alrededor del 1 por ciento de la porción del genoma
que contiene los genes, o eucromatina. Se deben inventar nuevas tecnologías
para obtener la secuencia de esas regiones.
Sin embargo, la porción del genoma que
contiene los genes está completa en casi todas las formas funcionales para
propósitos de investigación científica y está disponible de manera pública y
gratuita. Aunque ahora esté terminado el Proyecto Genoma Humano, los
científicos continuarán desarrollando y aplicando nuevas tecnologías para los
pocos problemas difíciles que restan. Por su parte, NHGRI continuará apoyando
una amplia variedad de investigaciones para desarrollar nuevas tecnologías de
secuenciación, para interpretar la secuencia humana y utilizar la nueva
comprensión del genoma humano para mejorar la salud humana.
¿Quién posee el genoma humano?
Todas las partes del genoma secuenciado
por el Proyecto Genoma Humano fueron hechas públicas inmediatamente - en
realidad, los nuevos datos sobre el genoma se anuncian cada 24 horas. Es verdad
que en años pasados las compañías privadas han presentado miles de patentes
sobre genes humanos. Desconocemos cuántas de dichas patentes se han presentado,
o si se han concedido las patentes o si éstas se pueden hacer cumplir. La mayor
parte de solicitudes de patentes no han sido consideradas, por lo que
desconocemos realmente cuánto del genoma, si hay algo, puede ser utilizado
gratuitamente para propósitos comerciales.
¿Quién participó en el Consorcio
Internacional del Proyecto Genoma Humano?
El Proyecto Genoma Humano no se hubiera
terminado tan pronta y eficazmente sin la fuerte participación de las
instituciones internacionales. En Estados Unidos, los contribuyentes al
esfuerzo incluyen a los Institutos Nacionales de la Salud (NIH), que empezaron
a participar en 1988 cuando crearon la Oficina para la Investigación del Genoma
Humano, que luego fue ascendida a Centro Nacional para la Investigación del
Genoma Humano en 1990, y después a Instituto Nacional para la Investigación del
Genoma Humano (NHGRI) en 1997; y el Departamento de Energía (DOE) de EE.UU.,
donde las discusiones sobre el PGH empezaron ya en 1984. Sin embargo, casi toda
la secuenciación verdadera del genoma fue realizada en numerosas universidades
y centros de investigación en todo Estados Unidos, el Reino Unido, Francia,
Alemania, Japón y China.
El Consorcio
Internacional para la Secuenciación del Genoma Humano incluye:
- El Whitehead Institute/MIT Center for Genome Research, Cambridge,
Mass., EE.UU.
- El Wellcome Trust Sanger Institute, el Wellcome Trust Genome Campus,
Hinxton, Cambridgeshire, Reino Unido
- Washington University School of Medicine Genome Sequencing Center, St.
Louis, Mo., EE.UU.
- United States DOE Joint Genome Institute, Walnut Creek, Calif., EE.UU.
- Baylor College of Medicine Human Genome Sequencing Center, Department
of Molecular and Human Genetics, Houston, Tex., EE.UU.
- RIKEN Genomic Sciences Center, Yokohama, Japón
- Genoscope y CNRS UMR-8030, Evry Cedex, Francia
- GTC Sequencing Center, Genome Therapeutics Corporation, Waltham,
Mass., EE.UU.
- Department of Genome Analysis, Institute of Molecular Biotechnology,
Jena, Alemania
- Beijing Genomics Institute/Human Genome Center, Institute of Genetics,
Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
- Multimegabase Sequencing Center, The Institute for Systems Biology,
Seattle, Wash., EE.UU.
- Stanford Genome Technology Center, Stanford, Calif., EE.UU.
- Stanford Human Genome Center and Department of Genetics, Stanford
University School of Medicine, Stanford, Calif., EE.UU.
- University of Washington Genome Center, Seattle, Wash., EE.UU.
- Department of Molecular Biology, Keio University School of Medicine,
Tokio, Japón
- University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas, Dallas,
Tex., EE.UU.
- University of Oklahoma's Advanced Center for Genome Technology, Dept.
of Chemistry and Biochemistry, University of Oklahoma, Norman, Okla.,
EE.UU.
- Max Planck Institute for Molecular Genetics, Berlín, Alemania
- Cold Spring Harbor Laboratory, Lita Annenberg Hazen Genome Center,
Cold Spring Harbor, N.Y., EE.UU.
- GBF - German Research Centre for Biotechnology, Braunschweig, Alemania
¿Cuanto costó a los contribuyentes estadounidenses el Proyecto Genoma
Humano?
En 1990, el Congreso estableció el
financiamiento para el Proyecto Genoma Humano y fijó como fecha de terminación
el 2005. Aunque los estimados sugerían que el proyecto costaría un total de
$3.000 millones durante este período, el proyecto terminó costando menos de lo
esperado, cerca de $2.700 millones en dólares del año fiscal 1991. Además, el
proyecto se terminó más de dos años antes de la fecha programada.
También es importante considerar que el
Proyecto Genoma Humano probablemente se pagará económicamente por sí solo
muchas veces - si se considera que la investigación basada en el genoma jugará
un papel importante en la implantación de industrias biotecnológicas y de
desarrollo de medicamentos, sin mencionar el mejoramiento de la salud humana.
¿Cómo se presenta el panorama de
la ciencia médica para los próximos 50 años?
Tener la secuencia esencial completa del
genoma humano es similar a tener todas las páginas de un manual que se necesita
para hacer el cuerpo humano. Ahora, el desafío para los investigadores y
científicos es determinar la forma de leer el contenido de todas esas páginas,
luego entender cómo trabajan todas las partes juntas y descubrir la base
genética de la salud y la patología de las enfermedades humanas. A este
respecto, la investigación basada en el genoma permitirá eventualmente a la
ciencia médica el desarrollar unas herramientas de diagnóstico altamente
eficaces, para entender mejor las necesidades de salud de la gente sobre la
base de su composición genética individual, y para diseñar tratamientos nuevos
y altamente eficaces para las enfermedades.
Los análisis individualizados, basados en
el genoma de cada persona, conducirán a una forma muy poderosa de medicina
preventiva. Seremos capaces de aprender sobre los riesgos de enfermedades
futuras en base al análisis del ADN. Médicos, enfermeras, consejeros genéticos
y otros profesionales del cuidado de la salud podrán trabajar con las personas
para concentrar los esfuerzos en las cosas que son más probables que mantengan
la salud de un individuo en particular. Esto podría significar una dieta o un
cambio en el estilo de vida, o podría significar vigilancia médica. Pero habrá
un aspecto personalizado sobre lo que haremos para mantenernos sanos. Luego, a
través de nuestra comprensión a nivel molecular sobre la forma en que aparecen
cosas como la diabetes, las enfermedades cardíacas o la esquizofrenia, podremos
ver toda una nueva generación de intervenciones, muchas de las cuales serán
medicinas bastante más eficaces y precisas que aquellas que están disponibles
hoy en día.
Es importante ser cuidadoso en cuanto a la
creación de expectativas. La mayor parte de las nuevas medicinas basadas en el
genoma completo aparecerán quizás en unos 10 a 15 años, aunque más de 350
productos biotécnicos - muchos basados en la investigación genética - se
encuentran actualmente en ensayos clínicos, según la Organización de la Industria
Biotecnológica.
Un ejemplo es el proyecto del NHGRI ( National Human Genome Research Institute,) de hacer un mapa de la
variación genética, o HapMap, el cual acelerará el descubrimiento de genes
relacionados con enfermedades comunes como el asma, cáncer, diabetes y
enfermedades cardíacas. El HapMap también podría ser un recurso poderoso para
el estudio de los factores genéticos que contribuyen a la variación en
respuesta a las influencias medioambientales, en la susceptibilidad a las
infecciones y en la eficacia de los medicamentos y vacunas. Otro ejemplo es el
proyecto ENCODE, que se propone crear una enciclopedia total de los elementos
funcionales codificados en la secuencia del ADN, catalogando la identidad y la
ubicación precisa de todos los genes codificantes o no codificantes de
proteínas dentro del genoma.
Para obtener información detallada sobre
el NHGRI, el Proyecto Genoma Humano y el futuro de la genómica, vaya a:
- El
sitio web de NHGRI: www.genome.gov
- El
Proyecto Genoma Humano: www.genome.gov/Research
- El
Proyecto ENCODE: www.genome.gov/ENCODE
- El
Proyecto HapMap: www.genome.gov/HapMap
- Proyectos
de Secuenciación: www.genome.gov/Sequencing
- La
Celebración del Genoma: www.genome.gov/About/April2003
- Términos
genéticos y definiciones: www.genome.gov/glossary.cfm
- Investigación
de las Implicaciones Éticas, Legales y Sociales: www.genome.gov/10001618/the-elsi-research-program/
Para obtener información más detallada sobre el
Programa Genoma Humano del DOE y el futuro de la genómica, vaya a:
- Programa
Genoma Humano del DOE: www.ornl.gov/TechResources/Human_Genome
- Genomas
para la Vida: doegenomestolife.org
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