martes, 7 de octubre de 2014

PREGUNTA 22: ¿QUÉ SON LAS PRUEBAS DE ADN?


Normalmente, al hablar de pruebas de ADN la mayoría de la gente hace referencia a los test de paternidad. Y éstos se basan en el hecho de que la totalidad de nuestro ADN nuclear procede, al cincuenta por cierto, de nuestro padre y de nuestra madre (a través de sus óvulos y espermatozoides, respectivamente).

Estas pruebas vienen realizándose en su formato actual (con variaciones en el análisis matemático, pero igual en el fundamento genético) desde la década de los noventa del siglo XX. Anteriormente a esta fecha lo que se hacía era estudiar el grupo sanguíneo de los padre y del hijo, y compararlos. El inconveniente de este método era que la posibilidad de que aparecieran falsos positivos era altísima. Así que sólo era válido para resultados negativos.

Entonces, ¿qué paso para que esto dejara de ser así? ¿Por qué cambió la metodología? ¿Por qué hoy se dice que las pruebas son fiables en un 99,9999 de los casos? Pues lo que sucedió, sencillamente, fue que fueron descubiertas unas regiones del ADN llamadas microsatélites cuyo uso vino a revolucionar los análisis de paternidad. ¿Y qué son los microsatélites? Pues no son otra cosa que repeticiones en tándem de uno o varios nucleótidos (que son las unidades estructurales del ADN) un número de veces determinadas en una región del genoma. ¿Y cuántos tipos de microsatélites exitesn? Pues, básicamente, se diferencian en SSR o STR, según estén contenidos en la secuencia repetida un único nucleótido o varios, respectivamente, siendo los utilizados para realizar los análisis de paternidad los STR.

A efectos prácticos lo que se hace es, en primer lugar, extraer el ADN de una muestra biológica. Ésta puede proceder de cualquier tejido humano (pelo, uña, sangre, etc.) y no lleva más de una hora en cualquier laboratorio. A continuación se procede al análisis propiamente dicho, y mediante éste obtendremos un perfil genético determinado que va a ser único para cada individuo (salvo en el caso de gemelos univitelinos). Por último, un riguroso estudio matemático va a establecer relaciones entre los perfiles de los parentales y del hijo, y nos va a dar un número que representa la probabilidad de que exista un vínculo biológico entre los individuos.

jueves, 2 de octubre de 2014

PREGUNTA 21: ¿CÓMO PUEDO EXTRAER MI ADN?


Existen, básicamente, tres formas de extraer el ADN: mediante kits comerciales; mediante metodologías clásica de laboratorio, a través de un protocolo en el que eres tú quien prepara las disoluciones; y a nivel casero, aprovechando algunos productos que todos tenemos a mano.

El uso de los kits comerciales permite extraer ADN de un gran número de muestras de manera sencilla, rápida, reproducible y relativamente barata. Distintas casas comerciales ofrecen kits para 50 muestras, como mínimo, a un precio que rondan los 5 € por muestra.

Los protocolos de laboratorio y las experiencias caseras son aún más baratas, pero todo el proceso es más engorroso y tedioso. Además, la calidad obtenida de ADN con los protocolos caseros no es tan buena como en los otros ya que junto a éste se arrastran otros productos no deseados debido a la pobre purificación.

En cualquier caso, los pasos a seguir son siempre los mismos –independientemente del método elegido–. En primer lugar hay que romper las paredes celulares ya que es dentro de la célula –en el núcleo– donde se encuentra el ADN. En el protocolo casero esto lo conseguimos añadiendo al tejido elegido un poco de detergente –lavavajillas, por ejemplo– y un poco de sal. En los protocolos de laboratorio y al usar kits comerciales, simplemente tendremos que añadir una disolución de concentración y pH determinado. A continuación tendremos que separar el ADN de todos los restos celulares que no nos interesan. Esto lo haremos pasando toda la mezcla por un colador, en el protocolo casero o mediante el uso de una centrífuga, en el laboratorio. El paso siguiente consiste en hacer precipitar al ADN utilizando etanol para poder lavarlo después. Y por último resuspenderemos el ácido nucleico en una solución determinada que, en el método casero, puede ser agua.

miércoles, 1 de octubre de 2014

PREGUNTA 20: ¿QUIÉN DESCUBRIÓ EL ADN?


Como pasa en la mayoría de los grandes logros sucedidos en el campo de la genética, el descubrimiento del ADN no se debe a una única persona, sino a muchas y en distintos momentos. Y esto es así porque el grado de aproximación a la cuestión ha sido –y es– cada vez mayor. Así, por ejemplo, en el siglo XIX sólo se podía observar el ADN de manera macroscópica mientras que a mediados del siglo XX el uso de la cristalografía permitió dilucidar la estructura de la molécula.

Por eso tenemos que hacer un repaso cronológico de la mano de varios de estos científicos para entender cómo se produjo el descubrimiento del ADN.

Para empezar, fue Friedrich Miescher, en1869, el primero en conseguir aislar la materia contenida en el interior del núcleo celular a partir de pus encontrada en vendas quirúrgicas. Por entonces este material carecía de nombre y, dado su origen, el médico suizo decidió llamarle nucleína. Unos años después, en 1889, un discípulo de Miescher llamado Richard Altmann consiguió eliminar las proteínas de la nucleína obteniendo una sustancia de carácter ácido a la que llamó ácido nucleico.

Más tarde, ya en el siglo XX –más concretamente en el año 1914–, Robert Feulgen desarrolló un método que le permitió teñir el ADN y darse cuenta de que estaba presente en todas las células que trató. En esa misma década –en 1919– el bioquímico Phoebus Levene fue el descubridor de la estructura primaria del ADN. Es decir, éste fue el encargado de ver que la molécula estaba formada por la unión de varias subunidades compuestas siempre por una base nitrogenada (adenina, guanina, timina y citosina), un azúcar y un grupo fosfato.

En 1946 un bioquímico checo llamado Chargaff estableció el que es hoy en día conocido como Principio de complementariedad de las bases que consistía es establecer una igualdad entre el número de bases de adenina y timina, por un lado, y de citosina y guanina, por otro. Este descubrimiento fue fundamental a la hora de establecer, pocos años después, la estructura tridimensional de la molécula de ADN.

Pero, sin duda, si hay un periodo de gloria para el despegue del ADN como molécula fundamental en la célula, ése es el sucedido entre los años 1944 y 1953. En primer lugar, los científicos Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty determinaron que el ADN era la molécula a la que habían llamado “factor transformante”, encargada de transferir unas características determinadas de una cepa bacteriana a otra. Después fueron Alfred Hershey y Martha Chase, en 1952, quienes terminaron por demostrar, gracias a un famoso experimento llevado a cabo con un fago, que en el ADN se hallaba la base molecular de la herencia. Tradicionalmente, se considera este momento como el del nacimiento de la genética molecular. Por último, en 1953, experimentos de Rosalind Franklin, Maurice Wilkins, James Watson y Francis Crick permitieron establecer el modelo de doble hélice para explicar la estructura tridimensional de la molécula de ADN.

martes, 30 de septiembre de 2014

PREGUNTA 19: ¿QUÉ ES LA SECUENCIACIÓN DE ADN?


Llamamos secuenciación de ADN al conjunto de técnicas y metodologías que nos permiten determinar la estructura primaria de este material genético. Es decir, que nos permiten conocer el orden en el que los distintos nucleótidos (adenina, timina, citosina y guanina) se disponen en un fragmento de ADN.

Los primeros métodos de secuenciación de ADN fueron desarrollados en los años 70 del siglo XX por los científicos Allan Maxam y Walter Gilbert, y consistían, básicamente, en la modificación química del ADN y una posterior rotura para liberar pequeños fragmentos que eran separados electroforéticamente (aprovechando la diferente movilidad de fragmentos de distinta masa al atravesar un campo eléctrico a través de una matriz porosa) en un gel.

Pero muy poco después, Frederick Sanger (único científico que ha obtenido en dos ocasiones el Premio Nobel en Química) desarrolló un método de secuenciación de ADN mucho más sencillo, rápido, eficiente, escalable y reproducible que el método químico de Maxam y Gilbert, conocido como método de terminación de cadena. En éste se lleva a cabo una pcr (reacción en cadena de la polimerasa) en la que se utilizan ddNTPs (didesoxinucleótidos trifosfato), que van a actuar como terminadores de la reacción. Estos ddNTPs se encuentran en el medio de reacción en una proporción determinada con respecto a los dNTPs, que son los monómeros que al unirse dan lugar a una cadena de ADN. La única diferencia entre un ddNTP y un dNTP es la ausencia en el primero de un grupo químico llamado hidroxilo y que es fundamental en la polimerización del ADN. Y es tan importante este grupo que si la enzima encargada de llevar a cabo la síntesis del ADN se encuentra con un ddNTP en lugar de con un dNTP va a dejar de “trabajar” y la cadena se va a quedar sin concluir.

Así, si partimos de un fragmento de cien nucleótidos y llevamos a cabo una pcr en la que tengamos tanto dNTPs como ddNTPs, lo que vamos a obtener como productos finales serán cien fragmentos que se van a diferenciar entre sí en un solo nucleótido. Tendremos un fragmento de un nucleótido, otro de dos nucleótidos, otro de tres, etc. Adicionalmente, cada uno de estos fragmentos se habrá marcado con una molécula química (fluoróforo) que al ser radiada con la luz de un láser va a emitir un color determinado en función del último nucleótido añadido. Es decir, todos los fragmentos en los que se haya añadido una adenina como terminador de la reacción emitirán fluorescencia a una longitud de onda determinada; todos los que terminen con una timina, lo harán a otra longitud de onda. Y lo mismo con la citosina y la guanina. Por último, todas estas señales lumínicas son captadas por una cámara, de manera que un software es capaz de integrarlas para ofrecernos la secuencia de nucleótidos del ADN de partida.


 

lunes, 10 de marzo de 2014

PREGUNTA 18: ¿QUÉ ES LA CLONACIÓN?


De manera general, decimos que la clonación es la técnica por la que, mediante un proceso de reproducción asexual, generamos células o individuos con idéntica carga génica que otro al que tomamos como modelo.

Cuando se trata de organismos unicelulares, como las bacterias, el proceso es muy sencillo porque se limita a generar copias aprovechando el propio mecanismo de bipartición celular, que es la manera por la que estos microorganismo se reproducen habitualmente. Así, a partir de una célula que podríamos llamar madre, tras la bipartición tendremos dos células hijas con idéntico ADN. Como puede deducirse, al cabo de varios procesos de división lo que tendremos será una colonia celular con un número alto de individuos (bacterias) clones de la célula madre.

Si de lo que hablamos es de organismos pluricelulares, cabría hacer una distinción entre la clonación realizada en organismos vegetales y la llevada a cabo en organismos animales. En el primero de los casos, hay que advertir que la clonación de plantas lleva realizándose durante siglos mediante técnicas como la del injerto o la colocación en capas. Además de éstas, en la actualidad se utilizan otras técnicas de clonación en el laboratorio mediante la manipulación de cultivos celulares conocidas como micropropagación. En ella, los explantes obtenidos de una planta madre se colocan en medios de cultivo adecuados dando lugar a la presencia de una masa celular indiferenciada conocida como callo, que va a dar lugar, variando el balance hormonal del medio, a plantas completas.

Con organismos animales, la clonación es bastante más complicada y podemos decir que existen, básicamente, dos formas de obtener clones. La primera consiste en imitar lo que pasa en el proceso de gestación de gemelos monocigóticos. En este caso lo que se produce es una fecundación única de un óvulo por un espermatozoide, pero que, antes de que continúe con su proceso de maduración el embrión, éste se divide, sin saber muy bien por qué, para dar lugar a dos individuos genéticamente idénticos. Como decimos, este proceso se puede imitar en el laboratorio y separar a las células producidas tras la fecundación cuando cada una de ellas todavía posee la capacidad de producir un organismo completo de manera independiente. Es decir, cuando el embrión se ha dividido sólo dos o tres veces (produciendo cuatro u ocho células, respectivamente). Esta técnica presenta como principal inconveniente que sólo puede ser llevada a cabo en un momento muy concreto del desarrollo embrionario.

La segunda de las formas de clonación de organismos animales, y la utilizada de manera general en investigación, es la técnica conocida como clonación por transferencia nuclear. En este caso lo que se hace es extraer el núcleo de una célula adulta somática e introducirlo en un óvulo al que previamente se le ha desprovisto de núcleo. No hay que olvidar que las células animales –al igual que las vegetales– son células eucariotas; es decir, que poseen un núcleo diferenciado en cuyo interior se encuentra su ADN. Así, al transferir el núcleo de la célula adulta al ovulo enucleado (sin núcleo), a efectos prácticos, lo que estaremos haciendo será “crear” un embrión en el que todo el material genético ha sido aportado por una única célula. Por último, este embrión será colocado en el útero del animal que actuará como madre, dando lugar al desarrollo de un periodo de gestación con características idénticas a si ese embrión hubiera sido el resultado de la unión de un óvulo y un espermatozoide. El resultado será el nacimiento de un animal con idéntico ADN al del animal de cuya célula se tomó el núcleo para que fuera transferido al óvulo sin núcleo. Esto es lo que se hizo por primera vez en 1997 para obtener a la oveja Dolly y que después se ha reproducido con verdadero éxito con otros animales como perros, caballos, monos e incluso toros de lidia.

jueves, 23 de mayo de 2013

PREGUNTA 17: ¿QUÉ ES LA TERAPIA GÉNICA?

Se llama terapia génica al conjunto de técnicas conducentes a dar un tratamiento médico a una alteración genética causante de una patología, bien sea mediante la introducción de un fragmento de ADN o mediante el silenciamiento –o inhibición de la expresión– de un gen.


Dicho así podría parecer sencillo, pero nada más lejos de la realidad. Uno de los primeros problemas con los que se topa de frente la terapia génica es el conocido como barrera Weismann. Según este principio, el flujo de información genética se produce desde los genes –desde las células de la línea germinal– a las células somáticas, y no al revés. Es decir, para modificar todo el ADN de un individuo necesitaríamos hacerlo a través de la línea germinal –algo que hoy por hoy es imposible por cuestiones técnicas, éticas y legales– o actuar sobre los varios billones de células de un ser humano.

El siguiente problema –y no menor– con el que nos encontramos es el vehículo que utilizamos para introducir el ADN en las células del organismo. En la mayoría de los casos se utilizan virus que han sido modificados para dejar de ser patógenos, aunque cada vez más se están utilizando vectores no víricos como ADN desnudo o lipoconstrucciones génicas. En cualquier caso, las dificultades encontradas una vez elegido el vector son múltiples. Algunas de éstas son: esquivar la acción del sistema inmune, localizar el lugar exacto a insertar el ADN, salvar la acción tumoral que puede darse tras la transfección o la baja estabilidad en el tiempo de las construcciones.

A pesar de lo anterior, la terapia génica ya es usada para el tratamiento de un gran número de enfermedades monogénicas –las causadas por alteraciones en un único gen– como las talasemias, la ADA (deficiencia en adenosíndesaminasa), que da lugar a los niños burbujas, o el síndrome de Lesch-Nyhan, que ocasiona retraso mental severo. También en el cáncer, que tiene una componente multigénica, la terapia génica se está usando como tratamiento.

Ya hay quien llama a este tipo de terapias “la medicina del futuro” y aunque no es fácil mirar más allá del presente por el riesgo de confundir ciencia con ciencia-ficción, esta afirmación es posible que se acerque a la realidad mucho más de lo que podemos imaginar.

lunes, 6 de mayo de 2013

PREGUNTA 16: ¿QUÉ ES EL ADN BASURA?


En entradas anteriores hemos explicado cómo el Dogma central de la Biología Molecular –establecido a finales de los años cincuenta del Siglo XX por Francis Crick– proponía la relación directa entre un gen y una proteína. De igual modo, en otra entrada distinta expusimos que el número de genes contenidos en los más de 3.000 millones de pares de bases de ADN que tiene el genoma humano era de unos 20.000-22.000. Pero esto no quiere decir que todo ese ADN esté “ocupado” por los genes. Es decir, no todo el ADN presente en una célula es ADN cuya última función sea la de producir una proteína.

En Biología Molecular, al referirnos al ADN que da lugar a una proteína hablamos de ADN codificante y éste, en el caso del ser humano, sólo representa entre el 1,5 y el 2 % del ADN total presente en nuestras células. Cuando se descubrió este hecho, cuando se vio que la práctica totalidad del ADN no daba lugar a proteínas, se pensó que era un ADN inútil, que no servía para nada. Se propuso entonces que ese ADN podía ser los restos de todo un proceso evolutivo cuyo resultado final es la especie humana tal y como la conocemos hoy en día. Por ese motivo, a ese ADN se le llamó ADN basura.

Pasado el tiempo se empezó a sospechar que el calificativo puesto a ese material genético era del todo erróneo. Algunas evidencias hacían pensar que al menos parte del mal-llamado ADN basura podía tener alguna función relacionada con el control de la expresión de ciertos genes, la reparación del ADN o el marcaje de sitios concretos en el genoma. Pero fue, definitivamente el proyecto ENCODE (Enciclopedia de los Elementos del ADN), cuya publicación vio la luz en el verano de 2.012, el encargado de poner en valor al denostado ADN no codificante. Así, una de las conclusiones arrojadas por el proyecto fue la de comparar al ADN basura con un gigantesco panel de control con millones de interruptores que encendía y apagaban genes. Ahora sabemos que cuándo y dónde se produce la expresión de una proteína son cuestiones que no quedan resueltas por la secuencia de ADN en la que se encuentra codificada dicha proteína –el gen–, sino que viene determinado por ADN codificante que antes creíamos sin valor alguno.