El Genoma Humano
El genoma humano es el genoma del Homo sapiens. La palabra genoma proviene del griego ge-o (que genera), y -ma (acción).
ADN.
El ácido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN (y también DNA, del inglés DeoxyriboNucleic Acid), es un tipo de ácido nucleico, una macromolécula que forma parte de la mayoría de las células.
En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno.
En 1953 James Watson y Francis Crick propusieron el modelo de la doble hélice de ADN para representar la estructura tridimensional del polímero. En una serie de cinco artículos en el mismo número de Nature se publicó la evidencia experimental que apoyaba el modelo de Watson y Crick.
Desde el descubrimiento de la estructura del ADN en 1953 el objeto de los genetistas, biólogos y químicos fue conocer mas sobre sus mecanismos de acción.
Con el descubrimiento del código genético, de los procesos de clonación génica (vectores y reacción de la polimerasa) y las técnicas de secuenciación (métodos de Maxam y Gilbert o químico y de Sanger o de didesoxido) se dispuso de las herramientas para leer el lenguaje con que se escribía la información génica. Habiéndose leído inicialmente algunos genes y organismos pequeños (ya en 1979 se había secuenciado el bacteriófago fX174), con una visión ambiciosa, se estableció la necesidad de “leer” la secuencia del genoma humano.
Cromosomas.
El núcleo de cada célula contiene el genoma que está conformado por 23 pares de cromosomas (46 cromosomas en total), cada cromosoma contiene alrededor de 25 mil genes, los genes están formados por 3 billones de pares de bases, cuya secuencia hace la diferencia entre los organismos.
Cuando se examinan con detalle durante la mitosis, se observa que los cromosomas presentan una forma y un tamaño característicos. Cada cromosoma tiene una región condensada, o constreñida, llamada centrómero, que confiere la apariencia general de cada cromosoma y que permite clasificarlos según la posición del centrómero a lo largo del cromosoma.
La cromátida es una de las unidades longitudinales de un cromosoma duplicado, unida a su cromátida hermana por el centrómero.
Los telómeros (del griego telos, “final” y meros, “parte”) son los extremos de los cromosomas.
Los Homo sapiens tenemos 46 cromosomas, 44 de ellos son autosómicos y 2 son sexuales o gonosomas. Un autosoma es cualquier cromosoma que no sea sexual.
En el humano, los cromosomas del par 1 al 22 son autosomas, y el par 23 corresponde a los cromosomas sexuales X e Y, también llamados heterocromosomas o gonosomas. Los rasgos o caracteres ligados a los autosomas se dice que presentan una herencia autosómica, y los rasgos o caracteres ligados a los cromosomas sexuales o heterocromosomas se denominan caracteres ligados al sexo, estos a veces son independiente de X o de Y.
Las 24 secuencias cromosómicas distintas (22 autosomas + 2 cromosomas sexuales: X, Y) tienen un tamaño total aproximado de 3200 millones de pares de bases de ADN (3200 Megabases) y que contienen unos 20.000-25.000 genes.
Las células somáticas de un organismo poseen en su núcleo un total de 46 cromosomas (23 pares): una dotación de 22 autosomas procedentes de cada progenitor y un par de cromosomas sexuales, un cromosoma X de la madre y un X o un Y del padre.
Cada vez que la célula se divide en células hijas, el genoma total se duplica, en el caso del genoma humano esta duplicación tiene lugar en el núcleo celular. Durante la división, el DNA se desenrolla y rompe las uniones entre pares de base permitiendo a las hebras separarse. Cada hebra dirige la síntesis de una nueva hebra complementaria con nucleótidos libres que coinciden con sus bases complementarias de cada hebra separada.
El genoma humano está formado por cromosomas, que son largas secuencias continuas de ADN altamente organizadas espacialmente para adoptar una forma ultracondensada en metafase. Son observables con microscopía óptica convencional o de fluorescencia mediante técnicas de citogenética.
Los Genes.
Un gen es el conjunto de una secuencia determinada de nucleótidos de uno de los lados de la escalera del cromosoma referenciado. La secuencia puede llegar a formar proteínas, o serán inhibidas, dependiendo del programa asignado para la célula que aporte los cromosomas. El genoma humano está formado por aproximadamente 25 mil genes.
Un gen es una secuencia específica de nucleótidos base, los cuales llevan la información requerida para la construcción de proteínas que proveerán de los componentes estructurales a las células y tejidos como también a las enzimas para una esencial reacción bioquímica.
Son la unidad básica de la herencia, y portan la información genética necesaria para la síntesis de una proteína (genes codificantes) o de un ARN no codificante (genes de ARN).
Existe una forma estricta de unión de bases, así se forman pares de adenina – timina (AT) y citosina – guanina (CG). Cada célula hija recibe una hebra vieja y una nueva. Cada molécula de DNA contiene muchos genes, la base fisica y funcional de la herencia.
Proyecto del Genoma Humano.
En la decada del ochenta del siglo pasado, en Estados Unidos, el DOE (Departament of Energy) motivado por las investigaciones atómicas y su relación con las mutaciones; y el NIH (National Institutes of Health) motivado por las afecciones de origen hereditario, se cristaliza la necesidad y se establece un cronograma y se propone la lectura en un plazo de 15 Años.
El Proyecto Genoma Humano (PGH) consiste en determinar las posiciones relativas de todos los nucleótidos (o pares de bases) e identificar los 20.000 a 25.000 genes presentes en él.
Debido a la amplia colaboración internacional, a los avances en el campo de la genómica (especialmente, en el análisis de secuenciación), así como los avances en la tecnología informática, un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2003, dos años antes de lo planeado.
El Genoma Humano es la secuencia completa de ADN de un ser humano. Está dividido en 24 fragmentos, cuya condensación altamente organizada conforma los 23 cromosomas distintos de la especie humana (22 autosomas + 1 par de cromosomas sexuales: X e Y, en los hombres, ó X y X, en las mujeres).
El genoma humano está compuesto por aproximadamente entre 25000 y 30000 genes distintos, unos son genes reguladores, otros genes codifican proteinas; si bien la secuencia codificante de proteínas supone menos de un 1,5 % de la secuencia. Cada uno de estos genes contiene codificada la información necesaria para la síntesis de una o varias proteínas (o ARN funcionales, en el caso de los genes ARN).
En 1989 se crea el National Human Genome Research Institute(NHGRI, EEUU) que dirige el “proyecto genoma humano”(HGP) con el fin de completar el mapa y función de los genes humanos(genoma) para comprender el funcionamiento a nivel molecular del organismo, producir mejores medicamentos y diagnosticar y curar enfermedades hereditarias.
En 1996 Craig Venter sale del NIH y crea el TIGR(The Institute for Genomics Research), un consorcio de capital mixto y logra descifrar la secuencia de Haemophilus influenciae.
En 1998 Venter en una alianza del TIGR y Applied Corp. crea Celera Genomics planteando una nueva aproximación al genoma sin realizar el mapeo físico. Contando con 300 superordenadores, el 6 de abril de 2000 anunció su primer borrador.
El Consorcio Internacional (HUGO) constituido por 16 laboratorios y 1100 especialistas de 6 países, no se queda a la zaga. Y el 26 de Junio de 2000 anunciaba junto a los gobiernos estadounidense e inglés un “borrador” con el 90% de genoma secuenciado.
En febrero de 2001, el consorcio público y el sector privado publican la secuencia: El 15 de febrero en la revista Nature el consorcio público da el informe del borrador, dirigido por el NHGRI y el 16 de febrero en Science, el borrador de Celera Genomics.
El 13 de abril de 2003, los países de Consorcio Publico del Genoma Humano, anuncian el desciframiento completo del “libro de instrucciones de la vida” y dan por finalizado el trabajo, dos años antes del estipulado inicialmente.
La rapidez de los avances en el conocimiento de los genomas se deben básicamente a la automatización de los procesos de análisis y al aumento de la capacidad de procesamiento de datos.
El mejor ejemplo de esto lo constituye Celera, que inicia el análisis el 8/9/1999 y termina en 9 meses utilizando el metodo del didesoxi o terminación en cadena(Sanger) automatizado, haciendo 175.000 lecturas diarias (Cada una de secuencias de 500 a 750 pb); haciendo en dicho período 27.271.853 lecturas completando 5,11 veces el genoma humano. Sumadas a las 2,9 veces que el NHGRI, hace una redundancia de 8 veces (Necesaria para el posterior armado).
Hace dos décadas la secuenciación de un gen de >10.000 bases de ADN o 10 Kilobytes (una base por byte) tardaba meses, hoy día se consigue producir la friolera de 320 Terabytes de ADN en dos horas, o para que nos entendamos, 320.000.000.000 bases o letras de ADN.
Tradicionalmente, se planteaban una serie de preguntas para un gen específico al cual se identificaba y describían los efectos que se producían cuando se mutaba ese gen en un organismo modelo. Ahora el problema no radica en la identificación de un gen en particular, sino en la interpretación de decenas de genomas a la vez, cada uno con miles de genes.
Hemos pasado del paradigma reduccionista de “1 gen = 1 función” al de “1 funcion = 1 sistema”, en el que nuevas propiedades emergen como parte del sistema y que no se explican por el comportamiento de cada uno de los componentes del sistema.
El Genoma Humano.
El Genoma Humano está compuesto por 24 secuencias cromosómicas distintas (22 autosomas + 2 cromosomas sexuales: X, Y), con un tamaño total aproximado de 3200 millones de pares de bases de ADN (3200 Megabases).
Contiene unos 20.000-25.000 genes, cada gen está compuesto de una secuencia de nucleótidos (ADN) que varia de gen a gen, en un término medio de 500 mil nucleótidos por cada gen.
Dos seres humanos del mismo sexo comparten un porcentaje elevadísimo (en torno al 99,9%) de su secuencia de ADN, esto nos permite trabajar con una única secuencia de referencia, pequeñas variaciones genómicas fundamentan buena parte de la variabilidad fenotípica interindividual.
Una variación en el genoma, por sustitución, deleción o inserción, se denomina polimorfismo o alelo genético. No todo polimorfismo genético provoca una alteración en la secuencia de una proteína o de su nivel de expresión, es decir, muchos son silenciosos y carecen de expresión fenotípica. En torno al 1,5% de la longitud del genoma está compuesta por exones codificantes de proteínas. Un 70% está compuesto por ADN extragénico y un 30 % por secuencias relacionadas con genes.
Del total de ADN extragénico, aproximadamente un 70% corresponde a repeticiones dispersas, de manera que, más o menos, la mitad del genoma humano corresponde a secuencias repetitivas de ADN. Por su parte, del total de ADN relacionado con genes se estima que el 95% corresponde a ADN no codificante: pseudogenes, fragmentos de genes, intrones, secuencias.
Genómica Comparada.
Los estudios de genómica comparada se basan en comparación de secuencias genómicas a gran escala, generalmente mediante herramientas bioinformáticas. Dichos estudios permiten ahondar en el conocimiento de aspectos evolutivos de escala temporal y espacial muy diversa, desde el estudio de la evolución de los primeros seres vivos hace miles de millones de años o las radiaciones filogenéticas en mamíferos, hasta el estudio de las migraciones de seres humanos en los últimos 100.000 años, que explican la actual distribución de las distintas razas humanas.
Los estudios de genómica comparada con genomas de mamíferos sugieren que aproximadamente el 5% del genoma humano se ha conservado evolutivamente en los últimos 200 millones de años.
La similitud entre el genoma humano y el del chimpancé (Pan troglodytes) es del 98,77%. En promedio, una proteína humana se diferencia de su ortóloga de chimpancé en tan sólo dos aminoácidos, y casi un tercio de los genes tiene la misma secuencia. Una diferencia importante entre los dos genomas es el cromosoma 2 humano, que es el producto de una fusión entre los cromosomas 12 y 13 del chimpancé. Otra conclusión de la comparación del genoma de distintos primates es la notable pérdida de genes de receptores olfativos que se ha producido paralelamente al desarrollo de la visión en color (tricrómica) durante la evolución de primates.
También se ha estudiado el origen y la expansión del Homo sapiens a partir de genomas de individuos actuales de todo el mundo, su fundamento básico consiste en identificar un polimorfismo, una mutación, que se asume que se originó en un individuo de una población ancestral, y que ha heredado toda su descendencia hasta la actualidad.
Además, dado que las mutaciones parecen producirse a un ritmo constante, puede estimarse la antigüedad de una determinada mutación en base al tamaño del haplotipo en el que se sitúa, es decir, el tamaño de la secuencia conservada que flanquea la mutación. Esta metodología se ve complicada por el fenómeno de recombinación entre los pares de cromosomas de un individuo, procedentes de sus dos progenitores. Sin embargo, hay dos regiones en las que no existe dicho inconveniente porque presentan una herencia uniparental: el genoma mitocondrial (de herencia matrilineal), y el cromosoma Y (de herencia patrilineal).
Enfermedades Genéticas
La alteración de la secuencia de ADN que constituye el genoma humano puede causar la expresión anormal de uno o más genes, originando un fenotipo patológico. Las enfermedades genéticas pueden estar causadas por mutación de la secuencia de ADN, con afectación de la secuencia codificante (produciendo proteínas incorrectas) o de secuencias reguladoras (alterando el nivel de expresión de un gen), o por alteraciones cromosómicas, numéricas o estructurales. La alteración del genoma de las células germinales de un individuo se transmite frecuentemente a su descendencia. Actualmente el número de enfermedades genéticas conocidas es aproximadamente de 4.000, siendo la más común la fibrosis quística.
Una aplicación de la genómica consiste en la utilización de microchips de ADN para el diagnóstico de enfermedades genéticas. Hay microchips en el mercado que permiten hacer análisis de genomas completos utilizando 42 millones sondas o “trozos” de ADN, abarcando toda la longitud del genoma.
En este contexto, no parece ilógico que muchas personas se planteen la posibilidad tener hijos con genes “más puros”: más inteligentes, guapos y fuertes. En cierta manera esta práctica ya se está dando en algunas clínicas de fertilización.
El conocimiento de la secuencia completa del genoma humano es una potente herramienta para la investigación en biomedicina y genética clínica, potenciando el avance en el conocimiento de la patogenia de enfermedades poco conocidas, en el desarrollo de nuevos tratamientos y de mejores diagnósticos. No obstante el conocimiento de la secuencia del genoma, es decir, del genotipo completo de un organismo, es tan sólo un primer paso para la comprensión, en última instancia, de su fenotipo.
El estudio de las enfermedades genéticas frecuentemente se ha englobado dentro de la genética de poblaciones. Los resultados del Proyecto Genoma Humano son de gran importancia para la identificación de nuevas enfermedades genéticas y para el desarrollo de nuevos y mejores sistemas de diagnóstico genético, así como para la investigación en nuevos tratamientos, incluida la terapia génica.
Información en Línea del Genoma Humano.
Las páginas Web de algunos sistemas de análisis de genomas se presentan mas abajo. De todos ellos, sólo GenQuiz permite a los usuarios el envío de secuencias para analizar.
Bases de datos de secuencias e información genómica
Varios grandes centros dedicados a la bioinformática proporcionan acceso las bases de datos públicas dedicadas a facilitar información sobre secuencias genómicas. A continuación se presentan los enlaces a algunos de ellos:
- NCBI
- TIGR Databases:
- Completed genomes at EBI:.
- The Wellcome Trust Sanger Institute, Ensembl, genomas eucariotas
- SGD, Subtilist,
- Colibri, Tuberculist,
- MypuList,
- Leproma,
Ensemble Genome Browser: En la página ensembl.org se puede obtener información de cualquier gen del genoma humano (y de otras especies), por ejemplo del gen BRCA2 (AL032821.2.1.143563 ó distrofia muscular)
http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Info/Index
Europe Bioinformatics Institute: Se pueden comparar secuencias, hacer árboles filogenéticos con el treeviewer.
BLAST Assembled Genomes: Programa para comparación de aminoacidos, acidos nucleicos.
Con estos programillas, el genoma humano y el de otros animales vas a tener para divertirte un rato.
http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi
Descarga del Genoma Humano.
El Genoma Humano completo está accesible para todos desde la biblioteca digital Archive.org, también lo pueden descargar en forma gratuita, hecho por dos autores diferentes, no tiene copyright, puede descargarse, copiarse y regalarse en las universidades y en los colegios:
Libro del Proyecto Gutenberg.
Chromosome Number 01 – Human Genome Project
Descarga: Full Text, Comprimido.
Chromosome Number 02 – Human Genome Project
Chromosome Number 03 – Human Genome Project
Chromosome Number 04 – Human Genome Project
Chromosome Number 05 – Human Genome Project
Chromosome Number 06 – Human Genome Project
Chromosome Number 07 – Human Genome Project
Chromosome Number 08 – Human Genome Project
Chromosome Number 09 – Human Genome Project
Chromosome Number 10 – Human Genome Project
Chromosome Number 11 – Human Genome Project
Chromosome Number 12 – Human Genome Project
Chromosome Number 13 – Human Genome Project
Chromosome Number 14 – Human Genome Project
Chromosome Number 15 – Human Genome Project
Chromosome Number 16 – Human Genome Project
Chromosome Number 17 – Human Genome Project
Chromosome Number 18 – Human Genome Project
Chromosome Number 19 – Human Genome Project
Chromosome Number 20 – Human Genome Project
Chromosome Number 21 – Human Genome Project
Chromosome Number 22 – Human Genome Project
Chromosome X Number 23 – Human Genome Project
Chromosome X – Human Genome Project
Chromosome Y – Human Genome Project
Human Genome Proyect.
Human Genome Project, Chromosome Number 01 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 02 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 03 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 04 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 05 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 06 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 07 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 08 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 10 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 11 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 14 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 15 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 16 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 17 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 18 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 19 – Human Genome Project
Human Genome Project, Chromosome Number 20 – Human Genome Project
Chromosome Number 22 – Human Genome Project
También se descarga por las redes p2p desde mininova, está en 24 archivos (son torrents), uno para cada gén, la descarga completa pesa 826 MB.
http://www.mininova.org/det/317089
Contiene toda la información del genoma, se puede ver mas o menos así:
The Project Gutenberg Etext of Human Genome Project, Chromosome Y
#24 of 24 in our series by the Human Genome Project
…
>chrY
GAATTCTAGGCTTTCTTTGAAGAGGTAGTAATCTGTAGCCCTCACCTAGG
ACTACAAGGTCATTTTTTAAAAAATAGCTAAGAAAACACATGTCTGGCAT
GTTTATCTCAGGCCATCGTTCTTGGCCTTCTAGAGAGTTAATGTCTACTA
TGTCACTTCATCAGGGAGGGGTAGTTAAGCTTGAAAAATCTTTCTATGAC
…
Genoma Humano – Texto de apoyo
Fuentes:
Mitos-y-verdades-del-genoma-humano/
http://www.divulgacion.ccg.unam.mx/webfm_send/8611
http://es.wikipedia.org/wiki/ADN
http://es.wikipedia.org/wiki/Gen
http://es.wikipedia.org/wiki/Nucle%C3%B3tidos
http://es.wikipedia.org/wiki/Cromosoma
http://es.wikipedia.org/wiki/Crom%C3%A1tida
http://www.hispaseti.org/foro/viewtopic.php?p=32754&sid=dd64c80239e1f67dfbe7c3e28a0e91d9
