Mutaciones

 

Una mutación es cualquier alteración que sufra el material genético (los genes, los cromosomas o el cariotipo en su conjunto). El término “mutación” fue introducido por De Vries que lo aplicó a la aparición súbita de un nuevo gen. Al nuevo alelo se le denomina "mutante" y al primitivo "normal" o "salvaje". Las frecuencias de mutaciones espontáneas son muy bajas y dependen mucho del lugar que ocupen los genes en el cromosoma entre otras cosas. Una mutación puede producirse en cualquier célula de un organismo pero solo serán heredables las que se producen en las células germinales (los gametos o las que dan lugar a los gametos); a éstas las llamaremos mutaciones germinales mientras que al resto las llamaremos mutaciones somáticas. Podemos clasificar las mutaciones en dos tipos:

Génicas o puntuales si el cambio afecta a un determinado gen.	Adición de un nucleótido. Pérdida de un nucleótido
Cambio de un nucleótido por otro (Sustitución)	Transición Transversión
Cromosómicas si el cambio afecta a un cromosoma total o parcialmente, o al cariotipo.	Estructurales (cromosómicas propiamente dichas)	Deleción Duplicación Inversión Translocación
Genómicas	Euploidías	Triploide, Tetraploide, etc.
Aneuploidías	2n+1 ó 2n-1

Las mutaciones pueden ser naturales (espontáneas) o inducidas (provocadas artificialmente por radiaciones, sustancias químicas y otros agentes mutágenos).

MUTACIONES GÉNICAS O PUNTUALES

Son aquellas que producen alteraciones en las secuencias de nucleótidos de un gen.
1.1. SUSTITUCIONES DE PARES DE BASES

Éstas pueden ser:
Ø Transiciones: Es el cambio en un nucleótido de una base púrica por otra púrica o de una pirimidínica por otra pirimidínica.
Ø Transversiones: Es el cambio de una base púrica por una pirimidínica o viceversa.

Provocan la alteración de un único triplete y, por tanto, salvo que indiquen un triplete de parada, o un aminoácido del centro activo de un enzima, pueden no ser perjudiciales.

1.2. PÉRDIDA O INSERCIÓN DE NUCLEÓTIDOS

Se produce un corrimiento en el orden de lectura. Pueden ser:
Ø Adiciones génicas: Es la inserción de nucleótidos en la secuencia del gen.
Ø Deleciones génicas: Es la pérdida de nucleótidos.

Salvo que las adiciones o deleciones se compensen entre sí, pueden alterar la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada y sus consecuencias suelen ser graves.

1.3. CAUSAS
Las mutaciones génicas o puntuales, son debidas a errores que se producen durante la duplicación del ADN. Pueden producirse por 3 causas: por errores de lectura durante la replicación del ADN, por lesiones fortuitas, como, por ejemplo, la rotura del enlace que une una base nitrogenada a la desoxirribosa, o por transposiciones (cambios de posición) de ciertos segmentos del gen.
ERRORES DE LECTURA
Pueden aparecer durante la replicación del ADN pueden deberse a dos causas:
a) Cambios tautoméricos

Cada base nitrogenada puede presentarse en dos formas diferentes denominadas formas tautoméricas o tautómeros, una es la normal y la otra la rara. Ambas formas están en equilibrio, y espontáneamente se pasa de la una a la otra, lo que se denomina cambio tautomérico. Esto, si sucede durante la replicación, implica mutaciones, ya que cambia la base complementaria en la nueva hebra de ADN. Por ejemplo la forma normal de la G se complementa con la C, mientras que la forma rara de G, es decir, su forma tautomérica, lo hace con la T.

b) Cambios de fase

Son deslizamiento de la hebra que se está formando sobre la hebra molde, de forma que quedan bucles al volverse a emparejar. El crecimiento sigue y la diferencia queda fijada, originándose así la mutación.

LESIONES FORTUITAS
Son alteraciones de la estructura de uno o de varios nucleótidos, que aparecen de forma natural. Las más frecuentes son:
a) Despurinización

Pérdida de purinas por rotura del enlace entre éstas y las desoxirribosas. Se dan unas 5.000 a 10.000 por día en cada célula humana.
b) Desaminación

Pérdida de grupos amino en las bases nitrogenadas, que entonces se emparejan con una distinta de la normal. Se producen unas 100 por genoma y día.
c) Dímero de timina

Enlace entre dos timinas contiguas. Generalmente provocado por los rayos ultravioleta de la radiación solar.
TRANSPOSICIONES
Son cambios de lugar espontáneos de determinados segmentos de ADN, los denominados elementos genéticos transponibles. Éstos pueden ser menores que un gen (como las llamadas secuencias de inserción), un gen, o un grupo de genes (como los denominados transposones). Las transposiciones pueden producir mutaciones génicas si el elemento genético transpuesto se sitúa dentro de un gen o mutaciones cromosómicas si pasa a un lugar donde no hay un gen, ya sea dentro del mismo cromosoma o incluso a otro cromosoma.

1.4. SISTEMAS DE REPARACIÓN
Esto sistemas revisan constantemente el ADN recién sintetizado y arreglan las lesiones. Existen 3 sistemas de reparación:
a) Reparación con escisión del ADN

Este proceso se inicia con una endonucleasa, que detecta el error y produce dos cortes a ambos lados del error. Luego actúa una enzima exonucleasa que elimina todos los nucleótidos del segmento cortado. A continuación la ADN-polimerasa I sintetiza el segmento de forma correcta, y finalmente una ADN-ligasa une su extremo final.

b) Reparación sin escisión del ADN

Se conocen mecanismos directos de reversión de las lesiones. Por ejemplo, el caso de las enzimas fotorreactivas, unas enzimas que se activan con la luz y que son capaces de romper los enlaces entre dos pirimidinas contiguas eliminando los dímeros de timina.
c) Sistema SOS
Si por la acción prolongada de un agente mutágeno importante se produce un número elevado de faltas o alteraciones de bases nitrogenadas en la hebra patrón, puede ser que se inicie la duplicación del ADN sin que los mecanismos de reparación hayan acabado de arreglarlas. Como la ADN-polimerasa sólo reconoce A, T, C y G, la duplicación quedaría paralizada. Para evitarlo existe un sistema enzimático denominado enzimas correctoras del sistema SOS que elimina este bloqueo pero a expensas de introducir una base complementaria al azar y por ello muy probablemente errónea. Se evita el bloqueo de la replicación pero se originan células hijas con muchas mutaciones. Así pues, es el sistema SOS el que permite que las alteraciones originadas por esos agentes mutágenos acaben dando células con mutaciones. Si estas afectan al control de la división celular, pueden ser el origen de las células cancerosas.

MUTACIONES CROMOSÓMICAS

Podemos diferenciarlas en dos clases:
a) Mutaciones cromosómicas propiamente dichas o estructurales, se producen por un cambio en la estructura de los cromosomas.
b) Mutaciones genómicas. Se producen por un cambio en el número de los cromosomas.

a. MUTACIONES CROMOSÓMICAS ESTRUCTURALES

Las cromosómicas propiamente dichas se producen porque durante la meiosis los cromosomas pueden romperse y soldarse y no siempre consiguen hacerlo correctamente, de tal suerte que el fragmento de un cromosoma puede ir a parar a otro o puede perderse, repetirse, etc. Considerando todo esto podemos clasificarlas en cuatro clases:
a) Deleciones o deficiencias. Consiste en la pérdida de un fragmento del cromosoma.
b) Duplicaciones. Consiste en la repetición de un fragmento, normalmente en serie.
c) Translocaciones. El fragmento de un cromosoma o el cromosoma entero se fusiona con otro cromosoma que puede ser homólogo (translocación no recíproca) o no homólogo (translocación recíproca).
d) Inversiones. Un segmento cromosómico está invertido (girado 180º) respecto al original. Si se ve afectado el centrómero decimos que es una inversión pericéntrica, si no está afectado el centrómero, decimos que es una inversión paracéntrica.

Todas estas mutaciones son detectables citológicamente durante la meiosis a la hora de emparejarse los homólogos. Si hay mutaciones de esta clase, se ven al microscopio en forma de lazos, nudos, etc. incluso puede ser imposible el emparejamiento de homólogos, pueden producirse fracturas durante la disyunción en la anafase, puede que sea imposible la disyunción, etc.



Origen de las mutaciones cromosómicas estructurales

Todos los cambios estructurales que se producen en los cromosomas pueden explicarse por la rotura y reunión de sus fragmentos. Podemos considerar 4 casos posibles, los dos primeros se refieren a un solo cromosoma y los dos últimos a parejas de cromosomas.

1^er caso. Las roturas están en el mismo brazo cromosómico y afectan a un solo cromosoma. Al producirse la rotura los fragmentos pueden reunirse de dos formas distintas, una da lugar a una inversión paracéntrica y otra a una deleción más un fragmento acéntrico que se pierde.

2º caso. Las roturas están en distinto brazo cromosómico pero en el mismo cromosoma. La reunión de los fragmentos después de la rotura puede realizarse también de dos formas distintas, una produce una inversión pericéntrica y otra produce un fragmento acéntrico que se pierde y un cromosoma circular (deleción).
3^ercaso. Las roturas están en distinto brazo cromosómico y afectan a dos cromosomas homólogos. Después de la rotura la reunión de los fragmentos produce los siguientes resultados: o una duplicación más una deleción o un cromosoma dicéntrico (en el que se aprecia una duplicación y una deleción simultáneamente) más un fragmento acéntrico que se pierde.










4º caso. Las roturas están en distinto brazo cromosómico y afectan a dos cromosomas no homólogos. Después de la rotura son posibles dos soluciones para soldar los fragmentos: la primera da lugar a otros dos cromosomas con fragmentos intercambiados en los que se ha producido una translocación recíproca y la segunda da lugar a un cromosoma dicéntrico que es inestable, más un fragmento acéntrico inviable. Se ha producido en conjunto una deleción.

Efecto fenotípico de las mutaciones cromosómicas estructurales
Las deleciones y duplicaciones producen un cambio en la cantidad de genes y por tanto tienen efectos fenotípicos, por lo general deletéreos (letales, mortales). Sin embargo las inversiones y translocaciones no suelen tener efecto fenotípico, aunque de las translocaciones pueden derivarse problemas de fertilidad por aparcamiento defectuoso de los cromosomas durante la gametogénesis o la aparición de descendientes con anomalías.
Importancia evolutiva de las mutaciones cromosómicas estructurales
La deleción apenas tiene importancia evolutiva, mientras que la duplicación, en cambio, posee una gran importancia evolutiva. A su vez las inversiones y translocaciones están también asociadas de una forma importante a la evolución, por ejemplo la fusión de dos cromosomas acrocéntricos puede dar lugar a uno metacéntrico, como ha ocurrido con el cromosoma 2 de la especie humana, que es el resultado de la fusión de dos cromosomas de un mono antropomorfo antepasado. Se piensa que los distintos genes de la hemofilia se han adquirido, a lo largo de la evolución, por duplicación.

b. MUTACIONES GENÓMICAS

Las mutaciones genómicas, cambian el número de cromosomas del genoma de un individuo, su cariotipo presentará un número anormal de cromosomas. Las más frecuentes son debidas a un mal reparto de los cromosomas durante la meiosis, con frecuencia debido a alguna de las alteraciones cromosómicas que provocan meiosis difíciles: inversiones, duplicaciones, etc. Pueden ser de dos tipos:
1. Euploidias, se trata de alteraciones que afectan al número de juegos completos de cromosomas con relación al número normal de cromosomas de la especie:

Ø Monoploide si presenta un solo juego de cromosomas. Serán individuos haploides (n).
Ø Poliploide, Si presentan más de dos juegos cromosómicos, en general Xn (siendo X un número entero cualquiera). Será triploide si 3n, tetraploide si 4n, etc. Las podemos dividir según el origen de los juegos extras de cromosomas en:
ü Autopoliploidía, si todos los cromosomas proceden de la misma especie.
ü Alopoliploidía, si los juegos de cromosomas proceden de la hibridación de dos o más especies.
ü Origen. La no disyunción en la meiosis de todos los cromosomas homólogos, seguida de la fecundación entre los gametos resultantes, puede producir cigotos haploides o triploides. La formación de gametos diploides puede producirse por fallos en la meiosis, esto dará lugar durante la fecundación a cigotos triploides o tetraploides. En las plantas pueden conseguirse tetraploides experimentalmente por tratamientos con colchicina.
ü Efectos fenotípicos. En general las anomalías de los euploides son menores que en los aneuploides en los que los efectos fenotípicos son mayores al no mantenerse las dosis relativas de genes.


2. Aneuploidías, cuando afectan a una parte del juego cromosómico (el individuo presenta algún cromosoma de más o de menos):
Ø Monosomías, 2n-1. Si falta un cromosoma completo.
Ø Trisomías, 2n+1. Si el individuo tiene un cromosoma extra.


Efectos fenotípicos: Algunos de los síndromes por aneuploidías más destacados en la especie humana figuran en la tabla a continuación:

ANEUPLOIDÍAS AUTOSÓMICAS
SÍNDROME	MUTACIÓN	CARACTERÍSTICAS FENOTÍPICAS
Down	Trisomía 21	CI medio de 50, talla baja, ojos oblicuos, macroglosia, anomalías digestivas y cardiocirculatorias, hipotonía muscular, etc.
Edwards	Trisomía 18	Retraso mental y psicomotor, anomalías en las extremidades, labio leporino, etc
Patau	Trisomía 13	Labio leporino, paladar hendido, microcefalia, microftalmia, polidactilia, etc.
ANEUPLOIDÍAS EN LOS CROMOSOMAS SEXUALES
Turner	X0	Mujeres, inmadurez emocional, retraso mental (no siempre), cuello corto, tórax ancho, sin desarrollo sexual secundario, esterilidad, riñón en herradura, etc.
Klinefelter	XXY	Varones, genitales no desarrollados, retraso mental, talla alta, obesidad, diabetes, etc.
Triple X	XXX	Mujeres fenotípicamente normales, CI bajo o retraso mental
Jakob o doble Y	XYY	Varones, talla alta, en algunos casos oligofrenia y alteraciones de la conducta.

AGENTES MUTÁGENOS

Es un agente mutágeno todo factor capaz de aumentar la frecuencia de mutación natural. Los principales agentes mutágenos conocidos son:
Ø Las radiaciones electromagnéticas como los rayos X y los rayos g
Ø Las radiaciones corpusculares como los rayos a, los rayos b, y los flujos de protones y neutrones que generan los reactores nucleares.
Ø Las radiaciones solares, como las ultravioletas, porque producen dímeros de timina.
Ø Ciertas sustancias químicas como son:
ü Los análogos de las bases nitrogenadas como el 5-bromouracilo, la 2-aminopurina, el AZT (azidotimidina) empleado contra el SIDA, etc.
ü El ác. nitroso (HNO₂), porque desamina las bases nitrogenadas.
ü El formaldehído.
ü El sulfuro de dicloroetilo.
ü Las acridinas.
ü Ciertas drogas como el LSD.
ü Los alcaloides como la cafeína, la nicotina, etc.
ü El gas mostaza, el agua oxigenada el ciclamato, etc.
Ø Ciertos factores físicos corno los ultrasonidos, choques térmicos, centrifugación, etc.
Es cierto que no todos estos factores tienen el mismo potencial como mutágenos, así la nicotina es mucho más mutágena que la cafeína, las dosis de ciclamatos tienen que ser muy altas para que resulten peligrosas, las radiaciones provocadas por los reactores o explosiones nucleares tienen un altísimo potencial mutágeno, los rayos ultravioleta son muy poco penetrantes y a dosis moderadas resultan beneficiosos, etc.
Las células blanco de las mutaciones pueden ser tanto las somáticas como las germinales; las germinales se heredan mientras que las somáticas, aunque no transcienden a la generación siguiente, son una de las principales causas de la aparición de los cánceres más frecuentes.
Las células poseen mecanismos que les permiten reparar la mayoría de las mutaciones, especialmente las génicas, pero esta capacidad disminuye con la edad del individuo y con su estado físico y psíquico en un momento determinado, por ejemplo disminuye en los estados depresivos, mala nutrición, etc.

MUTACIONES Y EVOLUCIÓN

La evolución es el proceso por el que las poblaciones cambian sus características genéticas a lo largo del tiempo. Llamamos “pool” génico de una población al conjunto de genes de la misma, formado por todos los alelos de los genes que tienen los individuos que la constituyen. Una combinación favorable de alelos en un individuo favorece su supervivencia y por tanto su reproducción.
La mutación es la fuente primaria de variación, pero no la única. La recombinación génica incrementa la variabilidad. Las características de un organismo dependen de las proteínas que lo forman, es decir de la secuencia de nucleótidos.
La mayoría de los cambios evolutivos se producen por acumulación gradual de mutaciones en los genes y por variaciones en su número y organización. La mayor parte de las mutaciones génicas son deletereas y las que se han mantenido producen una mejora. Y estas son las esenciales para la evolución.
La separación entre los miembros de una población impide el intercambio genético entre los mismos, esto, produce cada vez más diferenciación al necesitar adaptarse a ambientes distintos. Cuando con el tiempo, las diferencias impiden la reproducción entre los miembros de esos grupos, decimos que se trata de especies distintas.

CÁNCER: CAUSAS GENÉTICAS Y AMBIENTALES

El cáncer se produce cuando un grupo de células no responde a los controles de proliferación y diferenciación celulares y se reproduce aceleradamente. La masa de células que resulta, daña los tejidos limítrofes e incluso puede fraccionarse, emigrar hacia otros puntos utilizando el sistema circulatorio y establecer colonias en otros órganos; proceso que denominamos metástasis. A estos grupos de células en continua mitosis descontrolada se les denomina tumores. Si el tumor está muy localizado y no crece indefinidamente, decimos que se trata de un tumor benigno. Si no tiene sus límites bien definidos y crece invadiendo y destruyendo los tejidos vecinos, decimos que es un tumor maligno o cáncer maligno.
La transformación de una célula normal en cancerosa, como vamos a ver a continuación, está relacionada con el genotipo de cada individuo y con ciertos factores ambientales que alteran su ADN, como son las costumbres alimenticias, ciertos virus y la exposición o contacto con agentes cancerígenos (o mutágenos).
A continuación observamos una fotografía de una masa de células tumorales:



Causas génicas

Dentro del genoma existen una serie de genes encargados del control de la proliferación y muerte de las células. Estos genes codifican información para diversos tipos de proteínas desde receptores de factores de crecimiento, a proteínas que controlan el ciclo celular, o factores de transcripción que regulan la expresión de otros genes. La alteración de estos mecanismos de control es la responsable de que una célula prolifere desordenadamente y se transforme en célula cancerosa. Generalmente esta transformación requiere la alteración de varios de estos mecanismos de control.
Atendiendo a todo esto podemos concluir en los siguientes conceptos:
Ø Protooncogenes: Son los genes normales que están implicados en el crecimiento y diferenciación celular.
Ø Antioncogenes: Genes normales que inhiben la proliferación descontrolada de las células.
Ø Oncogenes: Son las versiones alteradas (mutadas) de los protooncogenes o de los antioncogenes, cuya presencia en una célula le confiere características neoplásicas o cancerosas.
Los oncogenes pueden actuar por tres vías principales:
1. Adquisición de genes alterados. Consiguen alterar a la célula y hacerla proliferar desordenadamente.
2. Pérdida de antioncogenes. Estos genes inhiben las mitosis descontroladas de las célula, son de carácter dominante y por lo tanto deben perderse las dos copias del gen en cuestión para que se transforme la célula normal en cancerosa. Es el caso del p53, el oncogen más importante de todos los detectados hasta el momento, está presente en el 50% de los tumores humanos.
3. Bloqueo de la apoptosis (o muerte celular programada). Esto puede ocurrir por presencia de un gen que inhiba este proceso o por pérdida de cualquiera de los genes que se encargan de inducir este proceso, que es natural y espontáneo cuando algo va mal en la célula o simplemente cuando envejece.


c. CÁNCER PRODUCIDO POR VIRUS

En animales de laboratorio se conocen numerosos virus que pueden provocar cánceres, son los virus oncogénicos. Estos virus poseen uno o más genes, que también llamamos oncogenes, que son capaces de inducir la transformación de células normales en cancerosas. El ejemplo más conocido es el del sarcoma de Rous de los pollos, el virus oncogénico de este tipo de sarcoma posee el oncogen src. Este virus es muy conocido porque fue en su material genético donde se descubrió la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, enzima que poseen algunos virus con ARN que cataliza la formación de cadenas de ADN utilizando al ARN como molde.
d. CÁNCER PRODUCIDO POR SUSTANCIAS QUÍMICAS O POR RADIACIONES
En los humanos, la mayoría de los cánceres, excepto algunos tipos de cáncer de hígado y de leucemia, no están relacionados con virus, sino con ciertos agentes físicos o químicos que denominamos agentes cancerígenos que se supone producen la transformación de los protooncogenes y/o antioncogenes en oncogenes. Básicamente son los mismos agentes mutágenos que ya estudiamos, es decir, agentes que aumentan la mutabilidad de los genes.
La capacidad de producir cáncer de ciertos agentes químicos y físicos se conoció por vía epidemiológica hace ya algunos años:
Ø En 1775, un médico inglés atribuyó la alta incidencia de cáncer de escroto en los deshollinadores londinenses, al hollín. Hoy sabemos que el hollín, como toda sustancia carbonizada, es un agente cancerígeno.
Ø A principios del siglo XX se establece claramente la relación que existe entre el cáncer y las radiaciones, muchos investigadores pioneros en el estudio de la naturaleza de las radiaciones y los elementos radiactivos murieron víctimas de procesos cancerosos (Marie Curie y su hija entre otros).
Ø De todos es conocido el efecto cancerígeno del tabaco, no solo respecto al cáncer de pulmón, sino que también está directamente relacionado con otros tipos de cánceres como: laringe, estómago, etc.

En la práctica todos los agentes mutagénicos son también agentes cancerígenos: anilinas, benceno, formaldehído, las radiaciones UV y X las radiaciones nucleares, tabaco, el alquitrán (también presente en los cigarrillos), los ahumados el pan tostado y chamuscado, el amianto, las bebidas alcohólicas de alta graduación, algunos conservantes y colorantes artificiales, etc.
Los efectos de los agentes cancerígenos no son inmediatos, como sucede con los agentes mutágenos, es precisa la repetición y la intervención de otros factores complementarios para que se desencadene la transformación de una célula normal en célula cancerosa. Se cree que además de la exposición repetida frente el agente mutágeno, es necesario un proceso promotor, por ejemplo, una recombinación que sitúe el oncogen en posición de ser transcrito y por lo tanto de que se exprese, dando lugar a la aparición de grandes cantidades de la proteína alterada capaz de la transformación de la célula normal en cancerosa.
También se ha comprobado que existen sustancias anticancerígenas naturales que actúan activando los sistemas de reparación del ADN o evitando los procesos promotores. Estas sustancias se encuentran principalmente en las frutas, verduras, aceite de oliva y en el pescado azul y hoy por hoy constituyen la mejor prevención contra el cáncer.

Genética

 

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Como ya sabes, las células de todos los organismos, desde las bacterias hasta el hombre, contienen una o más copias de una dotación básica de ADN que es característica de la especie. Esta dotación fundamental de ADN se denomina Genoma.

GEN

Los estudiosos de la herencia siempre han querido saber donde se encontraba y cual era el mecanismo hereditario para dar lugar a un determinado fenotipo. En esta investigación podemos diferenciar tres etapas:
Ø Primera etapa

Comienza a primeros del siglo XX, en el momento que se redescubren las Leyes de Mendel. El material genético es un elemento hipotético y se llaman “factores” a algo que se suponía había en las células reproductoras y que era responsable de la transmisión de un carácter. Al “factor” solo se le conoce por sus efectos, es decir por el fenotipo.
Ø Segunda etapa
Se inicia una década más tarde. Johannsen da el nombre de genes a los factores de la herencia y Morgan y sus cols. emiten su Teoría Cromosómica de la Herencia según la cual, los genes son un material (no se sabe su naturaleza, ni cómo es su modo de actuación) que está situado en los cromosomas.
Ø Tercera etapa
Corresponde con las últimas décadas del siglo XX. Se conoce la naturaleza de los cromosomas y de los genes, la autoduplicación del ADN y el código genético, las causas de las mutaciones, el genoma humano …
Desde el punto de vista de la Genética Molecular se define gen como un fragmento de ADN (excepto los virus con ARN) que lleva la información para la síntesis de una proteína, es decir, para que unos determinados aminoácidos se unan de un modo concreto y formen una proteína.
Los genes son los responsables de los caracteres hereditarios, son las unidades estructurales y funcionales de la herencia transmitida de padres a hijos a través de los gametos y regulan la manifestación de los caracteres heredables.
Los miembros de un par de cromosomas homólogos llevan el mismo rosario de genes dispuestos en fila.
LOCUS (loci en plural)
Es el lugar que los genes ocupan en los cromosomas.

MUTACIÓN

Con este nombre reconocemos cualquier tipo de cambio brusco en el material genético. Si este cambio afecta a las células germinales, será heredado por los descendientes. Si afecta a las células somáticas, solo será heredable cuando se trate de una especie con reproducción asexual.

ALELOS O ALELOMORFOS

Son las distintas expresiones que puede tener el gen responsable de un carácter. Un gen puede modificarse por mutaciones dando lugar a la aparición de dos o más variantes alternativas, a cada una de esas alternativas la denominamos alelo o alelomorfo. El alelo más abundante en una población se dice que es el alelo normal o salvaje, el resto se consideran alelos mutados. Ten en cuenta que esto no tuvo por que ser así, es posible que el más abundante no sea el gen primitivo, simplemente es el más exitoso en el medio donde vive la especie.

GENOTIPO

Combinación de alelos (AA, Aa, aa) que presenta un individuo para un determinado carácter. Por extensión se define el genotipo como el conjunto de genes que tiene un organismo, heredados de sus progenitores. Permanece constante a lo largo de la existencia del individuo.

FENOTIPO

Es el nombre que recibe la manifestación externa del genotipo y representa lo que nosotros podemos observar: morfología, fisiología, etc. En el caso de las vainas del guisante, el fenotipo correspondería al color manifestado: amarillo o verde. Puede cambiar a lo largo de la existencia de un individuo, ya que el ambiente puede influir sobre el fenotipo modificándolo.
Fenotipo = Genotipo + Acción ambiental

El ambiente de un gen lo constituyen los otros genes, el citoplasma celular y el medio externo donde se desarrolla un individuo. Hay que tener en cuenta que se hereda el genotipo (los genes), pero esto no significa la manifestación automática de los caracteres regulados por dichos genes; para ello es precisa su expresión, es decir, que se transcriban y se traduzcan, y aquí es donde interviene la capacidad moduladora del ambiente. Por ejemplo, todas las células humanas poseen genes que regulan la pigmentación de los ojos, pero solo se expresan en las células del iris.

DOMINANCIA – RECESIVIDAD

Se dice que un carácter tiene herencia dominante cuando se expresa uno de sus alelos, alelo dominante; el otro alelo, alelo recesivo, para poder manifestarse debe encontrarse en homocigosis. Los alelos dominantes se representan con letras mayúsculas y los recesivos con minúsculas. En el ejemplo del color de las vainas del guisante El alelo dominante seria A para el color amarillo y el alelo recesivo para el color verde a.

HOMOCIGÓTICO Y HETEROCIGÓTICO

Los organismos diploides poseen dos alelos para cada gen: uno que provienen del progenitor femenino y otro del masculino. Si los dos alelos son iguales el individuo se llama homocigótico o raza pura (AA) dominante o recesivo (aa). Cuando los dos alelos son diferentes (Aa), se le denomina heterocigótico o híbrido.

CODOMINANCIA

Cuando los dos alelos que definen un carácter se manifiestan conjuntamente en heterocigosis. La razón está en que ambos alelos dan lugar a productos activos que se manifiestan en el fenotipo del individuo (caso de los alelos l^A y l^B en los grupos sanguíneos humanos).

HERENCIA INTERMEDIA

En algunas ocasiones no es fácil diferenciarla de la codominancia. En este caso el fenotipo del individuo heterocigótico es intermedio entre los fenotipos de los dos homocigóticos posibles. El resultado es como si los dos alelos se expresaran (dieran lugar a productos activos) pero lo cierto es que un alelo no se expresa y el otro, aunque se expresa con normalidad, no puede producir la cantidad de sustancia activa suficiente para paliar la deficiencia del primer alelo.

EXPRESIVIDAD

Grado en que un gen concreto se expresa fenotípicamente. Es decir, el grado de influencia del ambiente sobre un gen concreto.

HERENCIA MENDELIANA

Frente a todas las teorías que se habían postulado anteriormente, Mendel tuvo el gran acierto de utilizar un adecuado planteamiento experimental en el desarrollo de sus trabajos llevados a cabo en el monasterio de Brünn (República Checa) Mendel quería saber como se heredaban los caracteres individuales y utilizó para ello la planta del guisante (Pisum sativum) por ser económica, producir gran número de descendientes, y como era hermafrodita permite su autofecundación y la fecundación cruzada artificial.
Al acierto de elección de la planta, Mendel añadió la del método científico empleado, consiguiendo demostrar que la herencia se producía de manera predecible.
Sus trabajos fueron publicados en 1866, aunque sus experiencias pasaron inadvertidas, hasta que 35 años después fueron reconocidas y renombradas como leyes de Mendel.
En 1900, tres botánicos confirmaron, de forma independiente, las conclusiones de Mendel, dando a conocer sus tres leyes. La primera y segunda ley se refieren a la herencia de un solo carácter (monohíbridos), y la tercera estudia la transmisión simultánea de dos caracteres (dihibridismo).

2.1. HERENCIA DE UN SOLO CARÁCTER

Los caracteres se heredan de forma predecible.


Primera ley. Ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación filial.

Cuando se cruzan dos individuos razas puras (homocigóticos) de una misma especie que difieren entre sí en un carácter, todos los individuos de la F₁ (primera generación) son idénticos entre sí genotípica y fenotípicamente (fenotipo idéntico al mostrado por uno de los progenitores).
Mendel inicio sus experimentos cruzando dos individuos homocigóticos para un determinado carácter. Así, en el siguiente cruzamiento entre guisantes, para el carácter color de la vaina, representamos por A el alelo dominante (amarillo) y por a el alelo recesivo (verde), la generación parenteral estará formada por:
Ø Plantas homocigóticas de vainas amarillas (AA)
Ø Plantas homocigóticas de vainas verdes (aa)
Los gametos producidos por las plantas AA llevan un solo alelo A, mientras que los de las aa llevan solo el a.

Los dos tipos de gametos se unen en la fecundación y todas las vainas formadas en la F1 serán heterocigóticas (Aa).

Segunda ley. Ley de la segregación de los caracteres en la F2

Segregación de los genes que forman la pareja de alelos de la F₁ para formar los gametos que luego vuelven a unirse al azar en la F₂.
Al cruzar entre sí individuos pertenecientes a la F₁ , los factores o genes que controlan un determinado carácter, y que se encontraban juntos en los híbridos, se separan y se transmiten separadamente uno del otro, de tal manera que en la F₂ reaparecen los fenotipos propios de la generación parental.
Para obtener la F₂, Mendel dejo que las plantas de genotipo Aa de la F₁ se autofecundaran.
Cuando los heterocigóticos (Aa) forman los gametos, los dos alelos se separan. Así se forman con la misma probabilidad, los gametos con el alelo A y con el a. La unión al azar de los distintos tipos de gametos origina las siguientes combinaciones de los genotipos de la F₂: AA, Aa y aa.

Los individuos de genotipo AA y Aa, de los que se obtiene un 75%, presentan el fenotipo dominante (amarillo), y los de genotipo aa, un 25 %, el fenotipo recesivo (verde).

Si el alelo dominante “A” determina el fenotipo amarillo y el alelo recesivo “a” el verde, se obtendrán 3/4 Amarillos y 1/4 Verdes, por lo tanto la segregación será 3:1
Retrocruzamiento o cruzamiento de prueba

Los genes no se ven se ven y los fenotipos son el reflejo de los genes. Por eso, en los casos de herencia dominante en los cuales obtenemos individuos heterocigóticos (Aa) y homocigóticos (AA) con el fenotipo dominante amarillo, para conocer cuál es el genotipo, se cruzan con otro individuo de genotipo homocigótico recesivo (aa), lo que se denomina retrocruzamiento.
Por ejemplo al cruzar vainas de guisantes amarillas que pueden ser AA o Aa, con, vainas de guisantes verdes, aa, son posibles dos resultados.
Ø Resultado 1.- Aparecen plantas con guisantes verdes: el individuo problema es Aa.
Ø Resultado 2.- No aparecen plantas con guisantes verdes: el individuo del problema puede ser AA.






2.2. HERENCIA DE DOS CARACTERES SIMULTÁNEAMENTE
Comportamiento o transmisión independiente de los caracteres. Estudia la transmisión simultánea de dos caracteres.

Tercera ley. Ley de la independencia de los caracteres

GENES INDEPENDIENTES

Cuando los genes que regulan ambos caracteres se localizan en pares de cromosomas homologos distintos.

Cuando se forman los gametos, los alelos de un gen se transmiten independientemente de los alelos del otro gen. En la transmisión de dos o más caracteres, cada par de alelos que controla un carácter se transmite a la F2 independientemente de cualquier otro par de alelos que controle otro carácter y no esté en el mismo cromosoma.
Durante la anafase I se separan los cromosomas homólogos de cada par y en la anafase II se separan las cromátidas de cada cromosoma; después de la autoduplicación del ADN se forman cuatro clases de gametos, cada uno de los cuales posee dos cromosomas. Puesto que su distribución se realiza totalmente al azar, existen cuatro posibilidades para que los cromosomas con sus genes se agrupen en cada gameto: (A-B), (A-b), (a- B) y (a- b).
Esta conclusión, a la que llego Mendel contabilizando los descendientes de los cruzamientos, en la actualidad se entiende porque sabemos que los cromosomas emigran aleatoriamente a los polos.



Si el alelo dominante “A” determina el fenotipo amarillo, el alelo recesivo “a” el verde, el alelo dominante “B” el fenotipo liso y el alelo recesivo “b” el fenotipo rugoso, se obtendrán 9/16 Amarillos y Lisos y 3/16 Amarillos y Rugosos, 3/16 Verdes y Lisos y 1/16 Verdes y Rugosos; por lo tanto la segregación será 9:3:3:1
Si comparamos la 3ª ley con la 2ª ley, la 3ª podemos considerarla como un caso particular de la 2ª, pues si consideramos un solo carácter, por ejemplo, el color, por cada 12 amarillos, salen 4 verdes; es decir 12 a 4 à 3 a 1, exactamente igual que en la 2ª ley.
Si consideramos el tipo de piel, por cada 12 lisos salen 4 rugosos, es decir 3 es a 1, exactamente igual que en la segunda ley.
Por lo tanto la 3ª ley podemos considerarla como un caso particular de la 2ª.

GENES LIGADOS. GRUPOS DE LIGAMIENTO

Cuando los genes que regulan caracteres diferentes tienen sus loci en la misma pareja de homólogos no podrá cumplirse la 3ª ley de Mendel porque no se heredarán independientemente. Decimos que esos genes forman un grupo de ligamiento y se heredarán más o menos en bloque:
Ø Si sus loci están muy próximos en el cromosoma, se heredarán siempre juntos y decimos que se trata de un ligamiento absoluto.
Ø Si sus loci están a cierta distancia, podrá realizarse algún crossing-over y aparecerán recombinaciones entre ellos. Podrán heredarse por separado, pero las frecuencias observadas en los descendientes no se ajustan a las previstas por la 3ª ley de Mendel (9:3:3:1).

GENÉTICA HUMANA

Dada la naturaleza del ser humano, no es posible emplear para su estudio genético los mismos métodos empleados con otros organismos por eso la genética humana tiene que recurrir a la confección de árboles genealógicos o pedigríes, en los que se estudia la transmisión de un determinado carácter a través de varias generaciones.

3.1. CONFECCIÓN DE UN ÁRBOL GENEALÓGICO

Cada individuo se representa mediante un símbolo:
Ø Los círculos representan a las mujeres y los cuadrados a los hombres. Los círculos y cuadrados oscuros indican personas con el carácter estudiado, mientras que los blancos representan personas normales.
Ø Cada fila horizontal de círculos y cuadrados representa una generación, de tal manera que las situadas en la parte inferior del árbol genealógico son las más recientes. Para distinguir una generación de otra se utilizan los números romanos: el I es la primera, el II la segunda, el III la tercera, el IV la cuarta y así sucesivamente. Para distinguir a las personas que pertenecen a una misma generación se numeran de izquierda a derecha, 1, 2, 3, 4, etc.
Ø Los matrimonios se indican mediante una línea uniendo a las dos personas.
Ø Los hijos de una misma pareja se unen con una línea horizontal, que estará unida por una línea vertical a la que liga a los padres. Los hijos se disponen de izquierda a derecha según su orden de nacimiento.





3.2. HERENCIA DE LOS GRUPOS SANGUÍNEOS DEL SISTEMA ABO
Se trata de un caso de herencia polialélica, que fue descubierta por el médico austriaco Kart Landsteiner.
Según el sistema ABO, las personas se clasifican en cuatro grupos (fenotipos) distintos en función de que se produzca o no la aglutinación sanguínea al mezclar una suspensión de eritrocitos de un grupo con suero sanguíneo de otro.
Los cuatros fenotipos A, B, AB y O, están controlados por una serie alélica integrada por tres alelos: IA, IB e IO. La pertenencia a uno u otro grupo sanguíneo viene determinada por la presencia en la membrana de los glóbulos rojos de un polisacárido o antígeno específico y por anticuerpos específicos en el plasma sanguíneo.
Los alelos IA e IB determinan la producción de los antígenos A y B, respectivamente, y son codominantes, mientras que el alelo IO no produce antígeno y es recesivo frente a los otros dos. Con estos tres alelos son posibles cuatro fenotipo y seis genotipos distintos, recogidos en el cuadro siguiente:

Landsteiner descubrió que en los hematíes de la sangre además de los antígenos (sustancia extraña producida por un gen que no es propio) correspondientes a los grupos sanguíneos existen aglutininas o anticuerpos α y β.
La aglutinina α reacciona frente al antígeno o aglutinógeno B.
La aglutinina β reacciona frente al antígeno o aglutinógeno A.
Esto significa que un individuo con grupo B no puede tener aglutinina α y uno con el grupo A no puede tener aglutinina β. Los del grupo AB no podrán tener ningún tipo de aglutinina y los del grupo OO, podrán tener ambos tipos.
FACTOR Rh:
Viene determinado por una pareja de alelos; uno dominante (R) y otro recesivo (r). El Rh+ es dominante, por lo tanto se manifiesta en heterocigosis y en homocigosis (RR y Rr). El Rh- es recesivo, sólo se manifiesta en homocigosis (rr).
El Rh tiene importancia en transfusiones y también en la descendencia si la madre es Rh- y concibe un hijo Rh+. Durante el embarazo o en el parto puede existir comunicación entre la sangre fetal y la de la madre. La madre reacciona frente al factor Rh (proteína antigénica para la madre Rh-) y fabrica anticuerpos. Para el primer hijo no existe riesgo, pero en un segundo hijo, si es Rh+, los anticuerpos fabricados por la madre pueden reaccionar y provocarle una reacción hemolítica o destrucción de glóbulos rojos. La transmisión del factor Rh sigue las leyes de Mendel.
3.3. HERENCIA LIGADA AL SEXO
Caracteres ligados al sexo son aquellos que están determinados por genes localizados en los cromosomas sexuales. Se trata de caracteres que aparecen en uno solo de los sexos o bien, si lo hacen en ambos, con más frecuencia en uno de ellos que en el otro.
La especie humana tiene 46 cromosomas, es decir 22 parejas de autosomas y una pareja de heterocromosomas sexuales, XX en la mujer y XY en el hombre. Como en otras muchas especies, el tamaño del cromosoma X es mayor que el del Y, pero en ambos existe un largo segmento homólogo, que les permite aparearse y entrecruzarse durante la meiosis, y un corto segmento diferencial, no apareable, con genes específicos para cada uno de los dos cromosomas.
Herencia ligada al cromosoma Y

Todos los genes que se encuentran situados en el segmento diferencial del cromosoma Y son heredados únicamente por los hijos varones. Por ejemplo la presencia de pelos en las orejas (hipertricosis) y la ictoiosis, enfermedad de la piel caracterizada por la formación de escamas y cerdas.
Herencia ligada al cromosoma X

Dado que el número de genes ligado al segmento diferencial del cromosoma X, es más numeroso que el de los ligados al Y, se generaliza como ligada al sexo todos los que se encuentren en el cromosoma X. Lo mismo que en la herencia autosómica, el carácter puede estar controlado por un gen dominante o recesivo.
La herencia dominante ligada al cromosoma X se reconoce porque:
Ø El carácter se manifiesta con una frecuencia aproximadamente el doble en las mujeres que en los hombres.
Ø El varón que presenta la enfermedad la transmite a todas las hijas y a ninguno de los hijos.
Ø La mujer heterocigótica, que presenta un carácter, lo transmite a la mitad de los hijos y a la mitad de las hijas.
Ø Este tipo de herencia es poco frecuente. Un ejemplo es el raquitismo resistente a la vitamina D.
La herencia recesiva ligada al cromosoma X se reconoce porque:
Ø En el hombre se manifiesta simplemente con que sea portador del gen; en la mujer, el gen debe estar en homocigosis. La aparición del carácter queda prácticamente restringida al hombre y es raro en la mujer.
Ø Se transmite de generación en generación a través de las mujeres portadoras.
Ø El padre que presenta el carácter nunca lo transmite a sus hijos varones. Lo transmite a sus nietos varones a través de sus hijas, que serán portadoras del mismo.
El daltonismo y la hemofilia dos enfermedades provocadas por un gen recesivo situado en el segmento diferencial del cromosoma X; por ello para que una mujer padezca la enfermedad debe de ser homocigótica recesiva, mientras que los hombres, que son hemicigóticos, basta que el gen se encuentre en el único cromosoma X que tienen.
El daltonismo es un defecto visual que hace que la persona afectada tenga dificultades para distinguir con claridad en color rojo del verde. La hemofilia es una enfermedad que provoca problemas de coagulación de la sangre debido a la carencia de alguno de los factores proteicos responsables de la misma.

Herencia influida por sexo

Existen caracteres como, como la calvicie en la especie humana y la presencia o ausencia de cuernos en algunas razas ovinas, que están determinados por genes situados en la parte homóloga de los cromosomas sexuales o bien en los autosomas, y cuya manifestación depende del sexo.

GENETICA APLICADA

4.1 TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética es una rama moderna de la biotecnología. Consiste en el uso de diversas técnicas para manipular el ADN de los organismos, básicamente mediante la transferencia de ADN de unos organismos a otros.
El objetivo de la ingeniería es, en algunas ocasiones, la clonación. Este término significa obtención de copias idénticas, lo que equivale a la reproducción asexual. Pero también se pueden clonar genes. Esto significa obtener, por diversos métodos, múltiples copias de dicho gen.
La ingeniería genética también se conoce como la técnica del ADN recombinante. Un ADN recombinante es un ADN obtenido en el laboratorio que incluye fragmentos de distintas procedencias.
Estas técnicas comienzan por la obtención del fragmento de ADN que interesa. A continuación, se inserta en otro fragmento de ADN, que suele ser un plásmido bacteriano. Más tarde, este ADN recombinante se introduce en el organismo receptor.
Este organismo que contiene ADN de otro ser vivo diferente, se denomina transgénico, y suele ser una bacteria, pero también puede ser una célula de levadura, una planta o un animal.
Ejemplos de técnicas utilizadas son las siguientes:
1. Enzimas de restricción: Los enzimas o endonucleasas de restricción son un grupo de varias enzimas propias de diversas especies de bacterias. Su función es destruir los ADN víricos que puedan entran en estos organismos, para lo cual realizan cortes en el ADN extraño.

2. Vectores de clonación: Son los medios biológicos que se emplean para introducir material genético en una célula. Para introducir material genético en las células bacterianas se emplean: plásmidos, virus bacteriófagos o fagos y cósmidos.



3. Tecnología del ADN complementario: Uno de los objetivos de la ingeniería genética es introducir en las bacterias genes de interés. Luego, esas bacterias se pueden cultivar en grandes cantidades y hacer que fabriquen la proteína que interesa.

4. Vectores de clonación para eucariotas: En algunas ocasiones, es preciso introducir genes en células eucariotas. En ese caso, se deben emplear otros sistemas diferentes a los empleados para los procariotas.

5. Reacción en cadena de la polimerasa: También conocida como PCR (del inglés, polymerase chain reaction) se emplea para conseguir una gran cantidad de ADN a partir de cantidades minúsculas. Es decir, sirve para clonar fragmentos de ADN.

4.2. LA INGENIERIA GENÉTICA Y LA TERAPIA DE ENFERMEDADES HUMANAS
Hay en los humanos numerosas enfermedades de carácter hereditario o relacionadas con alteraciones genéticas. En la mayoría de los casos no se han identificado los genes responsables. En unos pocos casos estos se conocen. En muy pocos se dispone del mecanismo para incorporar el gen correcto a las células del individuo afectado.
Ø PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS TERAPÉUTICAS

Algunas enfermedades tienen su origen en la carencia de una proteína. Mediante técnicas de ingeniería genética se ha conseguido insertar en bacterias los genes que codifican esas proteínas. Luego, se pueden inyectar a los pacientes las proteínas producidas de ese modo, a fin de tratar su enfermedad. Algunas proteínas humanas conseguidas por ingeniería genética son: Insulina, Hormona del Crecimiento, Interferón y Factor VIII de la coagulación.
Ej. bacterias que producen insulina humana. La insulina es la molécula encargada de regular el nivel de glucosa en sangre. Tiene 2 cadenas de aminoácidos (el péptido A y el B). Una vez aisladas las dos secuencias de nucleótidos, se introdujeron por separado, mediante plásmidos (moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal, se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico; presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras), en dos estirpes diferentes de bacterias, detrás del operón lac. Éstas proporcionaron en muy poco tiempo muchas bacterias portadoras de esos genes. Al añadir lactosa al medio, estas bacterias empiezan a sintetizar los péptidos A o B, respectivamente. Luego se retiran, se purifican y se activan los grupos –SH para que se unan los dos péptidos y se forme la insulina humana madura. Como el metabolismo bacteriano es muy elevado, esta vía de obtención resulta muy rentable. Además se trata de insulina humana en lugar de porcina, que es la que había antes en el mercado para los enfermos de diabetes.
Ø PRODUCCIÓN DE ENZIMAS

En la industria se emplea un gran número de enzimas, sobre todo en la industria alimentaria y en la producción de detergentes.
Ø PRODUCCIÓN DE VACUNAS

La ventaja de este tipo de vacunas es que no hay que inyectar agentes patógenos debilitados o muertos, sino solo sus proteínas. De este modo las vacunas son más seguras y tienen menos efectos adversos.

Ø TERAPIA GÉNICA

Introducción de genes en seres humanos con el fin de corregir alguna enfermedad de origen genético. En este caso, se pretende restaurar la función de un gen defectuoso y lograr una curación definitiva. A nivel teórico podemos distinguir dos tipos de terapias génicas:
ü Terapia de células germinales: Se introduce el gen en células de la línea germinal, es decir, en los gametos o sus precursores o en un cigoto.
ü Terapia de células somáticas: Se introduce el gen en un grupo más o menos amplio de células somáticas. De este modo la corrección no pasa a la descendencia.
4.3. INGENIERÍA GENÉTICA Y LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA Y ANIMAL
Llamamos organismos transgénicos a aquellos que se desarrollan a partir de una célula en la que se han introducido genes extraños.
El objetivo es obtener características “útiles” de otros organismos. Estas características pueden ser muy variadas. Fue una técnica difícil por la impermeabilidad de las membranas de las células eucariotas animales y por la pared celulósica de las vegetales, aunque cada vez hay mejores técnicas para resolver estos problemas.
Se usa: Microinyección (introducción de ADN mediante microjeringa y micromanipulador).

En plantas:
ü Uso de pistolas con microbalas de metal recubiertas de ADN.
ü Uso como vector de un plásmido de una bacteria simbionte que produce tumores.

Ø PRODUCCIÓN AGRICOLA: Se han conseguido variedades transgénicas del maíz que resisten heladas por incorporación de un gen de un pez resistente al frío o variedades de trigo más nutritivas o de tomate que maduran más lentamente.
Ø PRODUCCIÓN ANIMAL: La técnica empleada es la microinyección de genes en zigoto. Mediante esta técnica se han conseguido carpas que crecen más rápido, por introducción del gen de la hormona del crecimiento de la trucha arco iris o salmones transgénicos que resisten mejor las temperaturas bajas por incorporación de un gen de una especie de platija del ártico.
En animales puede realizarse una clonación terapeútica que consiste en la creación de embriones por clonación para utilizarlos como materia prima en distintas terapias, mientras que la clonación reproductiva persigue conseguir animales genéticamente iguales a otro, a partir de una célula adulta. La clonación reproductiva mediante transferencia nuclear es el método más utilizado.


RIESGOS:
Ø BIOSANITARIO. La mayoría de los productos se destinan al consumo humano y aún no se puede afirmar que no sean perjudiciales para la salud.
Ø BIOÉTICO. ¿Hay derecho a monopolizar el uso de la información genética presente en la naturaleza?
Ø BIOTECNOLÓGICO. ¿Qué pasaría si el material genético de un virus tumoral terminara formando parte del genoma de alguna bacteria simbionte del ser humano?. ¿Y si los genes que permiten la resistencia a los antibióticos entraran en el genoma de los patógenos?. ¿O si los microorganismos inocuos adquirieran los genes para producir toxinas potentes como la difteria, el cólera, el botulismo o el tétanos?.
4.4. PROYECTO GENOMA HUMANO
¿Qué es el Proyecto Genoma Humano?
En la década de 1980, y gracias a los avances de la ingeniería genética, científicos de todo el mundo decidieron secuenciar el genoma humano; se trataba de uno de los mayores proyectos de investigación emprendidos hasta entonces. Tras años de controversia sobre la viabilidad del proyecto, en 1988, el Congreso de los Estados Unidos autorizó el dinero para su financiación, y puso al frente del mismo a James D. Watson, codescubridor de la doble hélice de ADN. En 1990 se creó un consorcio público con la colaboración de distintos países, como el Reino Unido, Francia, Alemania, China y Japón, con el fin de desarrollarlo: había nacido el Proyecto Genoma Humano (PGH). El proyecto original fue planificado para durar 15 años, pero los rápidos avances de la tecnología hicieron que fuera completado en el 2003.

OBJETIVOS DEL PROYECTO
El principal objetivo del PGH era secuenciar el genoma humano para, de esta manera, poder elaborar mapas que permitieran saber cuántos genes son los codificadores de proteínas.
1. Situar genes y marcadores moleculares en mapas genéticos de alta resolución de cada cromosoma. Este tipo de mapas permite el ordenamiento relativo de genes u otro tipo de secuencia identificable de ADN.
2. Caracterizar y localizar físicamente –unos con respecto de otros- fragmentos de ADN clonados, para crear así mapas físicos de cada cromosoma, que se elaboran cortando el ADN en fragmentos de restricción para luego determinar su orden en el ADN cromosómico. Cada fragmento largo se corta en otros más pequeños, y se ordenan de manera sucesiva.
3. Secuenciar los pequeños fragmentos en los que se ha cortado el ADN para luego ensamblarlos y obtener la secuencia genómica completa para así generar un mapa completo de secuencias de cada cromosoma.

De manera simultánea, el PGH contemplaba la secuenciación de los genomas de otros organismos más sencillos como el de la bacteria Escherichia coli, el de la levadura Saccharomyces cerevisiae, el del gusano Caenorhabditis elegans y el del ratón (Mus musculus).
Al poco de iniciarse el proyecto, uno de sus fundadores, Craig Venter, solicitó la patente de uno de los genes que había secuenciado; esto provocó problemas, que condujeron al cambio en la dirección del Proyecto, a la salida de Venter del consorcio público y a la fundación de una compañía privada –Celera Genomics- que, en 1999, inició la secuenciación del genoma humano utilizando un método diferente con ayuda de potentes ordenadores.
El 26 de junio de 2000, Craig Venter (director de Celera Genomics) y Francis Collins (director del consorcio público) dieron a conocer las dos versiones del borrador del genoma humano, que en febrero de 2001 fueron publicadas por dos prestigiosas revistas científicas. El 14 de abril de 2003, coincidiendo con la celebración del 50 aniversario del descubrimiento de la estructura del ADN, se anuncia que el ambicioso Proyecto Genoma Humano ha concluido, y que la secuencia del genoma humano ha sido descifrada completamente.
Estudiar el genoma humano es un camino para estudiar detalles fundamentales sobre nosotros mismos. Por supuesto, las personas no son idénticas, y las secuencias de ADN se diferencian sutilmente entre los individuos. Actualmente, una serie de proyectos están buscando variaciones de secuencias encontradas en poblaciones humanas.
La secuencia representada es una composición de varias personas que donaron muestras de sangre. Al principio, cerca de 100 personas se ofrecieron para dar una muestra de su sangre. Cada persona proporcionó su consentimiento informado, afirmando que ellos estuvieron de acuerdo al estudio de su ADN. Ningunos nombres fueron conectados a las muestras de sangre y en última instancia los científicos usaron sólo algunos de ellos. Estas medidas aseguraron que las secuencias de ADN permanecieron anónimas; los donantes no sabían si sus muestras en realidad fueron usadas o no.
características principales del Genoma Humano

El ser humano posee de 20.000 a 25.000 genes codificadores de proteínas, cantidad mucho menor de la esperada. Más del 40% de los genes no tienen función conocida.
Los seres humanos son idénticos en un 99,9%, y nos diferenciamos en apenas unos tres millones de nucleótidos de los más de 3000 millones que componen el genoma.
Al ADN no codificante, que la mayor parte del genoma, se le denomina ADN basura porque se creyó que no tenía función alguna; estudios recientes creen que regula la expresión diferencial de los genes. En septiembre de 2008, investigadores de la universidad de Yale afirmaron haber descubierto una secuencia de ADN basura, responsable de que los humanos hayan desarrollado la capacidad de agarrar o manipular objetos o herramientas.

Aplicaciones del Proyecto Genoma Humano
Los investigadores médicos no esperaron para usar datos del Proyecto Genoma Humano. Cuando comenzó el proyecto en 1990, menos de 100 genes de enfermedad humanos habían sido identificados. En el final del proyecto en 2003, el número de genes de enfermedad identificados se había elevado a más de 1,400. Algunas aplicaciones de este Proyecto son:
ü El logro de encontrar una cura para enfermedades aún incurables como el SIDA, el cáncer, la hepatitis B, etc., a través de la individualización y temprana detección de las causas de éstos y otros males.
ü La detección prácticamente inmediata de enfermedades genéticas.
ü La posibilidad de determinación de la mayor o menor predisposición de una persona a contraer, por ejemplo, diabetes o ciertos tipos de cáncer.
ü Contribuye a facilitar la determinación de paternidades y a desentrañar la identidad de las víctimas de distintos crímenes.
ü Permitirá desarrollar diversas alternativas para el tratamiento de enfermedades graves teniendo en cuenta las características particulares de cada paciente con miras a lograr su curación, con especial interés en lo que respecta, por ejemplo, a las de origen hereditario que, en la actualidad, no poseen terapias adecuadas.
ü El conocimiento de la raíz genética de las enfermedades hereditarias aportará una herramienta útil para determinar el efecto de los medicamentos y de distintos tratamientos como por ejemplo la quimioterapia, que no producen el mismo efecto en todos los individuos debido, en gran medida, a condicionamientos de origen genético.
ü Ya se han identificado genes asociados con algunas enfermedades hereditaria como la distrofia muscular, la fibrosis quística y la enfermedad de Huntington.
ü Cabe la posibilidad de que, ante el descubrimiento de genes enfermos en embriones y terapias génicas mediante, se logre el nacimiento de bebés libres de tales enfermedades.
ü Ante la detección de genes enfermos en personas adultas, puede ser también posible su reemplazo por genes sanos evitando así directamente las enfermedades antes de que se desencadenen.
ü El conocimiento de la identidad genética permitirá, en lo concerniente a la vida privada, establecer donde se debe vivir, que se debe consumir, a que enfermedades se es propenso, etc. Podrán saberse características de las personas tales como el nivel de inteligencia o la propensión a la calvicie ya que todas vienen grabadas de alguna manera en el código genético.
ü Asimismo, hay quienes sostienen que con la publicación detallada del mapa del Genoma Humano la expectativa de vida de los individuos podría aumentar, (especialmente en el caso de los países desarrollados), más de diez años, es decir, hasta los noventa años de edad.
Si bien todos los beneficios señalados son de una importancia vital tanto para el presente como futuro de la humanidad, es necesario establecer pautas humanitarias, jurídicas y especialmente éticas de manera de circunscribir el campo de las investigaciones y las prácticas que se vayan realizando conforme a las para evitar las consecuencias negativas que derivan del conocimiento del genoma.

GENOMAS

A continuación mostramos un ejemplo de un cromosoma secuenciado, el cromosoma X en humanos:
Region Displayed: 0-155M bp



4.5. RIESGOS E IMPLICACIONES ÉTICAS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA
Existe un Comité Internacional de Bioética de la Unesco fundado en 1993 por Federico Mayor Zaragoza.
Los criterios establecidos son:
1. Límites por motivos ecológicos y de sanidad.
2. Límites por motivos éticos y morales.
3. Límites por motivos sociales.
4. Límites por motivos políticos.
5. La organización HUGO (Organización del Genoma Humano) defiende que sólo se puedan patentar las secuencias de las que se sepa su función.

Reproducción

REPRODUCCIÓN

CONCEPTO

La reproducción es una cualidad esencial de los seres vivos, mediante la cual, los individuos existentes engendran nuevos individuos semejantes a ellos mismos, perpetuando de este modo la especie y la vida.

TIPOS DE REPRODUCCIÓN

Los modelos reproductivos varían mucho de unas especies a otras. Simplificando podemos considerar dos modalidades básicas: sexual y asexual.

Ø En la reproducción asexual un único organismo produce copias idénticas de sí mismo, separando de su cuerpo una célula, una parte diferenciada de la célula o un grupo de células. Ya conoces varios tipos de reproducción asexual que ahora vamos a recordar:

ü Bipartición

ü Pluripartición

ü Gemación

ü Escisión o fragmentación

ü Esporulación

ü Regeneración

Ø En la reproducción sexual, dos células diferenciadas, llamadas gametos, previa reducción a la mitad del número de cromosomas, se fusionan formando una célula única o cigoto que por sucesivas mitosis va a dar lugar a un individuo completo. El objetivo fundamental de la reproducción sexual es formar individuos con mezcla de caracteres o material genético que proviene de dos progenitores diferentes.

Ø Hay seres vivos en cuyo ciclo biológico alterna la reproducción sexual con alguna modalidad de reproducción asexual. A este tipo de modalidad reproductiva se la denomina reproducción alternante.

La reproducción sexual es la más común en los seres vivos, sólo en algunos organismos muy sencillos y primitivos no se ha evidenciado alguna modalidad de reproducción sexual o al menos algún modelo de reproducción que permita la mezcla de diferentes informaciones genéticas.

DIFERENCIAS FORMALES Y GENÉTICAS ENTRE LA REPRODUCCIÓN SEXUAL Y ASEXUAL

Diferencias formales:

La reproducción asexual se lleva a cabo a partir de células somáticas.

En la reproducción sexual intervienen células germinales especializadas, los gametos.

Diferencias genéticas:

Reproducción asexual: No produce variabilidad genética al existir sólo mitosis.

Reproducción sexual: Produce variabilidad genética mediante la recombinación genética y distribución al azar de las cromátidas en la meiosis y mediante la fecundación.

REPRODUCCIÓN SEXUAL

La reproducción sexual produce la variabilidad genética mediante la recombinación genética en la meiosis y mediante la fecundación.

El proceso de formación de los gametos recibe el nombre general de gametogénesis e implica casi siempre un mecanismo reductor del número de cromosomas y que asegura la constancia del número de cromosomas de la especie.

Seres unicelulares: toda la célula es gameto.

Seres pluricelulares: Se forman estos gametos en órganos especializados:

ü En las plantas los gametangios: anteridios masculinos en ellos van a formarse los anterozoides y arquegonios femeninos que darán lugar a las oosferas.

ü En los animales son las gónadas: testículos masculinos donde se forman los espermatozoides y ovarios femeninos donde se forman los óvulos.

4.1. GAMETOGÉNESIS

Nos referimos en este apartado a la producción de gametos en los animales.

La gametogénesis es el proceso por el cual las células indiferenciadas que forman el epitelio germinativo (2n) de las gónadas se transforman en gametos (n), mediante procesos que incluyen una meiosis.

Los mecanismos de producción de los espermatozoides reciben el nombre de espermatogénesis, a la formación de gametos femeninos se la denomina ovogénesis.

En algunas especies inferiores evolutivamente, puede que no existan gónadas, en este caso, durante la época de reproducción, algunas células somáticas se modifican y dan lugar a los gametos.

4.1.1. ESPERMATOGÉNESIS

Formación de los espermatozoides en los testículos de los machos.

1) Proliferación o multiplicación: Las células madres germinales (2n) se multiplican por mitosis formando espermatogonias (2n).

2) Crecimiento: las espermatogonias por crecimiento dan espermatocitos de 1er orden (2n).

3) Maduración (Meiosis): el espermatocito de 1er orden por division reduccional (1ª división meiótica) da 2 espermatocitos de 2º orden (n) que al sufrir la 2ª división meiótica dan en total 4 espermátidas (n).

4) Espermiogénesis: espermátidas por diferenciación dan espermatozoides.

4.1.2. OVOGÉNESIS

Formación de los óvulos en los ovarios de las hembras.

1) Proliferación o multiplicación: Las células madres germinales (2n) se multiplican por mitosis dando ovogonias (2n).

2) Crecimiento: las ovogonias por crecimiento dan ovocitos de 1er orden (2n).

3) Maduración (Meiosis): el ovocito de 1er orden por division reduccional (1ª división meiótica) da 1 ovocito de 2º orden (n) y el 1er corpusculo polar. El ovocito de 2º orden (n) por 2ª división meiótica da 1 ovotida (n) y el 2º corpusculo polar (n). El 1er corpusculo polar (n) por 2ª división meiótica da dos corpusculos polares (n).

4) Diferenciación: La ovótida se transforma en el ovulo. Mientras que los corpúsculos polares degeneran.

En los mamíferos la fase de maduración se inicia en el embrión y se interrumpe en la profase I (Diploteno), permaneciendo así hasta llegada la madurez sexual. En ese momento, bajo influencia hormonal, el proceso continúa y se origina el ovocito de segundo orden y el corpúsculo polar. La segunda división de la maduración se inicia después de la fecundación, al parecer activada por la llegada del espermatozoide, el ovocito de segundo orden se divide entonces, originando un segundo corpúsculo polar y un óvulo.