GENÓMICA. PERCY ZAPATA MENDO, MARÍA CUMPA ASIAN.

GENÓMICA

Genómica es el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio exhaustivo del funcionamiento, el contenido, la evolución y el origen de los genomas (el genoma es el conjunto de genes contenidos en los cromosomas, lo que puede interpretarse como la totalidad de la información genética que posee un organismo o una especie en particular. El genoma en los seres eucarióticos comprende el ADN incluido en el núcleo, organizado en cromosomas, y el genoma de orgánulos celulares como las mitocondrias y los plastos; en los organismos procarióticos comprende el ADN de su nucleoide). La genómica usa conocimientos derivados de distintas ciencias como la biología molecular, la bioquímica, la informática, la estadística, las matemáticas, la física, etc.

Las ciencias genómicas han tenido un transcendental auge en los últimos años, sobre todo gracias a las tecnologías avanzadas de secuenciación de ADN, a los avances en bioinformática, y a las técnicas cada vez más sofisticadas para realizar análisis de genomas completos. El desarrollo de la genómica ha contribuido al avance de distintos campos de la ciencia como la medicina, la agricultura, etc.; gracias al descubrimiento de secuencias de genes necesarias para la producción de proteínas de importancia médica y a la comparación de secuencias genómicas de distintos organismos. Por ejemplo en varios países como Estados Unidos, la Unión Europea y Japón se han realizado enormes proyectos para secuenciar el genoma de diversos organismos modelo. Probablemente el más conocido es el Proyecto Genoma Humano.

Aplicaciones de la genómica

La Genómica es de gran importancia en la investigación de enfermedades genéticas. Vale recordar que las enfermedades genéticas en el ser humano pueden ser de dos tipos: enfermedades mendelianas o enfermedades poligénicas. Las enfermedades mendelianas generalmente son causadas por un defecto en un sólo gen, lo que dificulta su estudio debido a la penetrancia incompleta, aunque este factor también hace que existan distintos niveles de gravedad dependiendo del individuo. La mayoría de las enfermedades genéticas que afectan a humanos son poligénicas (enfermedades cardiovasculares, asma, cáncer, etc.), por lo que están producidas por distintos genes, la presión ambiental y las interacciones entre estos. Hay tres maneras diferentes de llevar a cabo el mapeo de las variantes genéticas implicadas en una enfermedad: clonación funcional, estrategia del gen candidato y clonación posicional.

Genómica funcional

La genómica funcional es un campo de la biología molecular que se propone utilizar la vasta acumulación de datos producidos por los proyectos de genómica (como los "proyectos genoma" de los distintos organismos) para describir las funciones e interacciones entre genes (y proteínas). A diferencia de la genómica y la proteómica, la genómica funcional se centra en los aspectos dinámicos de los genes, como su transcripción, la traducción las interacciones proteína-proteína, en oposición a los aspectos estáticos de la información genómica como la secuencia del ADN o su estructura.

Técnicas usadas frecuentemente

La genómica funcional utiliza principalmente técnicas de alto rendimiento para describir la abundancia de productos génicos como el mRNA y las proteínas. Entre estas técnicas se encuentran la hibridación in situ (la técnica de hibridación in situ está basada en la capacidad que poseen los ácidos nucleicos para hibridarse entre sí, es decir, la existencia de determinada secuencia de ADN o ARN, que resulta complementaria con otra secuencia. Su utilidad reside en la capacidad de poder demostrar mediante la utilización de una sonda - formada por una secuencia de ADN previamente conocida - marcada con un isótopo radiactivo, la presencia de determinada secuencia de ADN o ARN complementaria, en la muestra a estudiar. Lo que se produce mediante la utilización de esta técnica es: La hibridación o unión de la sonda marcada con la secuencia a buscar  -en el caso de estar presente en la muestra - y posteriormente mediante técnicas específicas como la autoradiografía o inmunohistoquímica, lograr  la transformación de la secuencia en algo visible), la mutagénesis experimental y el uso de animales transgénicos y obtenidos por desactivación génica o knockout.

Algunas plataformas tecnológicas típicas son:

1.     Micro matrices de ADN y SAGE del mRNA. Basados en la hibridación de ácidos nucleicos, se utiliza un fragmento conocido de ADN como sonda para encontrar secuencias complementarias, que quedarían marcadas por fluorescencia.

2.     Electroforesis bidimensional en gel y espectrometría de masas para proteínas.

3.     Secuencias indicadoras: se clonan los fragmentos genómicos en cromosomas bacterianos artificiales (BAC), capaces de contener la región codificante y las secuencias reguladoras de un gen. Después la región codificante a estudiar se reemplaza por una secuencia indicadora que codifique un producto fácilmente reconocible. El BAC se inserta en un embrión y se crea un organismo transgénico. La secuencia reguladora del gen clonado garantiza que se exprese en un momento y situación adecuados, dando lugar al producto conocido, generalmente un pigmento fluorescente.

Dada la gran cantidad de datos producidos por estas técnicas y la pretensión de encontrar pautas biológicas significativas en ellos, la bioinformática es crucial para este tipo de análisis. Ejemplos de técnicas de este tipo son el agrupamiento de datos o el análisis de componentes principales para un aprendizaje automático sin supervisión (detección de clases) así como redes neuronales artificiales o máquinas de soporte vectorial para aprendizaje automático supervisado (Predicción de clases, clasificación estadística).

Predicción de la función mediante la secuencia

Es posible deducir la secuencia de aminoácidos de una proteína codificada por un gen mediante la secuencia de nucleótidos de este, aunque es un proceso muy costoso. El desarrollo de métodos informáticos que identifiquen la función de un gen mediante su secuencia de ADN ha permitido abaratar y acelerar la determinación de estas funciones. Uno de estos métodos consiste en la determinación de la función mediante una búsqueda de la homología, basada en la comparación de las secuencias del ADN y la proteína de un organismo u organismos diferentes. Se comparan los genes a estudiar con genes ya estudiados y registrados en bases de datos y es posible determinar la función de esos genes mediante la comparación con genes ortólogos (las secuencias ortólogas son las secuencias que se encuentran en diferentes especies y que son altamente similares debido a que se han originado en un ancestro común) o genes parálogos (si un gen de un organismo se duplica para ocupar dos posiciones diferentes en el mismo genoma, entonces las dos copias son parálogas) que estén presentes en la base de datos.

REFERENCIAS

1.        Ali M, Lemoine NR, Ring CJA. The use of DNA viruses as vectors for gene therapy. Gene Ther 1994; 1: 367-384.

2.        Anderson WF. Human gene therapy. Science 1992; 256: 808-813.

3.        Blau HM, Springer ML Gene therapy. A novel form of drug delivery. N Engl J Med 1995; 333: 1204-1207.

4.        Cosset F-L, Russell SJ. Targeting retrovirus entry. Gene Ther 1996; 3: 946-956.

5.        Cotten M, Wagner E. Non-viral approaches to gene therapy. Curr Opin Biotechnol 1993; 4: 705-710.

6.        Cournoyer D, Caskey CT. Gene therapy of the immune system. Annu Rev Immunol 1993; 11: 297-329.

7.        Couture LA, Stinchcomb DT. Anti-gene therapy: the use of ribozymes to inhibit gene function. TIG 1996; 12: 510-515.

8.        Jolly D. Viral vector systems for gene therapy. Cancer Gene Ther 1994; 1: 51-64.

9.        Miller AD. Retroviral vectors. Curr Top Microbiol Immunol 1992; 158: 1-24.

10.      Morgan RA, Anderson WF. Human gene therapy. Annu Rev Biochem 1993; 62: 191-217.

11.      Schnierle BS, Groner B. Retroviral targeted delivery. Gene Ther 1996; 3: 1069-1073.