viernes, 16 de enero de 2015

PREGUNTA 25: ¿CUÁNTO ADN TENEMOS?


Para responder a la pregunta vamos a tener en cuenta y dar por supuestas ciertas consideraciones.
La primera de ellas es que, como el ADN está compuesto por 4 nucleótidos (adenina, timina, citosina y guanina) y cada nucleótido tiene un peso sensiblemente distinto, vamos a considerar que cada uno estuviera representado de la misma forma en el genoma y, por lo tanto, consideraremos para cada nucleótido el peso medio de los cuatro. En un laboratorio resulta muy complicado medir las moléculas o los átomos de manera individual, así que lo que se hace es medir un número grande y conocido de éstas que se denomina mol y que corresponde a 6,02 x 1023 moléculas o átomos. En el caso del ADN, se sabe que el peso medio de 1 mol de nucleótidos es de 330 gramos, lo que quiere decir que cada nucleótido pesa del orden de 5,48 x 10-22 gramos.

Otras cosas que no hay que perder de vista son: el ADN se constituye como una doble cadena por lo que cada unidad estructura de ADN, estrictamente hablando no es una base sino un par de bases; nuestro genoma está constituido, aproximadamente por unos 3200 millones de pares de bases; y nuestro genoma es diploide, o sea que tiene dos series de cromosoma. Considerando todo lo anterior, cada célula somática de un humano tendría unos 7 x 10-12 gramos.

Por último, hay que tener en cuenta que a día de hoy resulta casi imposible saber el número de células que tiene un humano adulto. Por ello, en los últimos años se han abierto varias líneas de investigación para establecer un número definitivo y si bien estos estudios aún no han arrojado un valor que podamos considerar absolutamente fiable, sí que parece cierto que éste número ronda los 50 billones (5 x 1013).

Así pues, teniendo en cuenta las aproximaciones anteriores, podemos decir que el ADN del genoma nuclear de cada humano adulto tiene un peso en torno a los 350 g. Y hacemos la aclaración de “genoma nuclear” porque en este cálculo no hemos considerado ni el ADN contenido en las mitocondrias ni el ADN de todas las bacterias presentes en nuestro organismo.

miércoles, 14 de enero de 2015

PREGUNTA 24: ¿QUÉ ES LA PCR?


PCR son las siglas en inglés de Reacción en Cadena de la Polimerasa (Polymerase Chain Reaction), y es una técnica de biología molecular utilizada para multiplicar un fragmento concreto de ADN, de manera que a partir de una única copia de material genético se pueden obtener múltiples fragmentos idénticos a la molécula de partida. La PCR fue desarrollada en los años 80 del Siglo XX por el científico estadounidense Kary Mulllis (lo que le valió el Premio Nobel de Química en 1993) y se ha convertido, sin duda, en uno de los avances científicos más importantes en la historia de la biología molecular.

Para entender cómo funciona una PCR –insisto, Reacción en Cadena de la Polimerasa–, lo primero que tenemos que preguntarnos es qué es la polimerasa. Pues bien, la polimerasa es una enzima –una proteína– que todos y cada uno de nosotros tiene. En realidad, cualquier organismo vivo cuenta con ella porque es la enzima que se encarga, de manera natural, de generar los ácidos nucleicos (el ADN, la ADN-polimerasa, mediante una reacción conocida como replicación; y el ARN, la ARN-polimerasa, mediante una reacción denominada transcripción).

Es decir, lo que se hizo cuando se comenzó a desarrollar la PCR fue purificar polimerasas y llevarlas al laboratorio para que, en un tubo de ensayo –y en presencia de los reactivos necesarios– fuera capaz de realizar “su trabajo” según las necesidades del científico en cuestión. En realidad no es tan sencillo por cómo se desarrolla una reacción de PCR, pero, básicamente, esa es la idea.

Y decimos que no es tan sencillo porque para que la polimerasa pueda “pegarse” al ADN y multiplicarlo, previamente éste tiene que ser desnaturalizado. Es decir, para facilitar el acceso de la enzima a la estructura primaria del ADN, antes tenemos que separar las dos hebras de las que está formado, y esto lo conseguimos sometiendo a la muestra a una temperatura de entre 94 y 96 ºC. A esta temperatura, cualquier enzima humana dejaría de tener actividad, por lo que se hizo imprescindible buscar una polimerasa en organismos que fueran capaces de sobrevivir a esas condiciones. Así, se buscó en manantiales calientes y géiseres hasta encontrar que una bacteria denominada Thermus aquaticus se había adaptado con ese fin, y fue de esa bacteria de donde se extrajo la polimerasa que posteriormente se usó para llevar a cabo las reacciones de PCR.
Como curiosidad, cabe decir que películas como Parque Jurásico o series como CSI tienen su razón de ser gracias a la PCR. Si no fuera por esta técnica, ni los dinosaurios hubieran podido volver a la tierra gracias al ADN “secuestrado” en la trompa de un mosquito fosilizado en ámbar, ni los científicos forenses de Las Vegas podrían dar con los asesinos y psicópatas en cada episodio.

viernes, 24 de octubre de 2014

PREGUNTA 23: ¿PARA QUÉ SIRVE EL ADN?


Las funciones biológicas del ADN se pueden sintetizar en tres: autoduplicación y transferencia a células nuevas; almacenamiento de genes; y la especificación de proteínas. Veamos un poco más en detalle en qué consisten cada una de estas funciones.

La autoduplicación del ADN se lleva a cabo mediante un proceso conocido como replicación. En éste, las dos cadenas de ADN se separan para servir de molde en la síntesis de dos nuevas cadenas que va a ser complementaria a las originales. El trabajo de duplicación es llevado a cabo por una enzima llamada ADN polimerasa, y el resultado final van a ser dos moléculas de ADN, exactamente iguales a la primera, que contendrán, cada una, una cadena original y otra nueva. Por este motivo, se dice que la replicación es un proceso semiconservativo. En los organismos eucariotas, dentro del ciclo celular existe una fase conocida como interfase que es en la que se da la duplicación del ADN. A continuación, gracias a otro proceso, denominado Mitosis, el material genético será separado y distribuido en las dos células hijas.

La segunda de las funciones, como hemos dicho, es la de almacenar genes. Éstos son la base de la herencia, es decir, son los responsables de hacer que las características de una célula o de un organismo se mantengan en su descendencia. Por eso es fundamental que esta información sea guardada de manera segura y precisa, y para que esto sea así, el ADN se dispone en cromosomas, que están altamente compactados y en ellos los genes se encuentran organizados y seguros de cualquier tipo de daño tanto físico como químico.  

La última de las funciones del ADN es la de servir como libro de instrucciones para dar lugar a las proteínas. Esto se lleva a cabo mediante la ejecución sucesiva de dos procesos conocidos como transcripción y traducción. Mediante el primero de ellos, el ADN genera un ARN llamado “mensajero” (mRNA) y mediante el segundo se generan las proteínas gracias a las reglas contenidas en el código genético, que permite establecer una relación única entre un triplete de mRNA y un aminoácido.

 

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.