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El mosaicismo genético. Este término, lo escuché por primera vez en las clases de asignatura “Fundamentos de Genética”. Lo cierto es que estas clases me dormía, desvergonzadamente, y en la primera fila. Y no porque no me pareciesen interesantes, más bien porque a las 4:30 de la tarde en Sevilla, después de haber comido malamente un bocata, o algo de calentar en microondas, o del menú estudiantil, mi cuerpo no sabía hacer otra cosa. ¿La primera fila? Soy extranjera e intento colocarme en un sitio donde pueda escuchar bien. ¿Pero de que me servía? Y ahora, aparece este artículo divulgativo de Science “Mosaicismo genómico – un humano múltiples genomas” (Genome Mosaicism – One Human, Multiple Genomes).

¿De qué va esto? ¿De los mosaicos romanos? No, aquí hablamos de los individuos que son mosaicos genómicos, es decir, su organismo está compuesto por grupos de células con distintos genomas. Para no liarnos – el genoma es la totalidad de la información genética de un organismo, en el caso de un ser humano estándar, se trata de sus 46 cromosomas. Ahora bien, existen genomas humanos algo distintos, como el genoma de una persona con síndrome de Down, que posee 47 cromosomas (tres cromosomas en vez de dos en el par 21, lo que llamamos trisomía). Otro ejemplo es  el síndrome de Turner, que se caracteriza por la ausencia de uno de los dos cromosomas sexuales. Pero un individuo puede llegar presentar una parte de células de su cuerpo con la trisomía del par 21, mientras otra parte de sus células posean el clásico genoma de 46 cromosomas. Por lo tanto, podemos tener un individuo portador de la trisomía 21, que sin embargo no está afectado por el síndrome de Down. Para entenderlo bien, os pongo el dibujo del artículo.

Imagen 1

En principio vemos un individuo de una sola célula con el genoma azul. Cuando el individuo llega a estado de 4 células, ya posee 3 genomas diferentes, 2 de ellas, el rojo y el azul, que pueden ser resultado de una incorrecta división, quedándose una de las células con un cromosoma de menos, y otra con un cromosoma de más, pero es solo un ejemplo. Además, en cierto estado de desarrollo, aparece otro genoma, por ejemplo con duplicación de algún gen. Mientras los genomas azul, verde y morado, dan lugar a células más o menos viables, que acaban proliferando, el genoma rojo es muy desfavorable y ocasiona grandes problemas a las células que los portan, pero sin embargo, algunas de ellas logran proliferar en el ovario, y darán lugar a las células reproductivas de la mujer – sus óvulos. Es muy posible que la fertilización de los óvulos rojos de lugar a abortos. En este ejemplo tenemos como resultado un individuo con cuatro genomas.

Como hemos visto, las posibles causas del mosaicsmo son fallos en las divisiones celulares, cuando los cromosomas de la célula madre no se reparten equitativamente entre  las células hijas, pero también mutaciones como las duplicaciones o dilecciones de los genes u otros elementos del genoma (existen importantes porciones de genoma que no son genes, sino sus reguladores). Por otra parte, las variantes del genoma pueden aparecer en cualquier etapa de la vida de un individuo, pero lógicamente, las variaciones en el número de cromosomas empiezan a cobrar importancia para las células que siguen siendo capaces de dividirse, porque no se producen de otro modo. La división celular es necesaria para extender la variación a un tejido u órgano.

El mosaicismo puede ser importante en el grado de severidad de una enfermedad, como ocurre en el síndrome de Proteus, que se caracteriza con los crecimientos anormales de la piel y los huesos y numerosos canceres. El síndrome es causado por la mutación en el gen AKT quinasa, que es un tipo de factor de crecimiento – responsable de proliferación celular. Los individuos pueden estar afectados por la enfermedad en distinto grado y en diferentes partes del cuerpo, lo que tiene que ver con el mosaicismo. Cuanto antes en el desarrollo aparezca la primera célula portadora de la mutación más células se verán afectadas en el futuro, ya que cada célula anormal, produce dos células anormales, y estas dos cuatro y así sucesivamente. Probablemente los individuos afectados en las etapas de desarrollo muy tempranos resulten abortados por presentar demasiados problemas. Por otra parte si aparece una célula con mutación en una etapa de desarrollo no muy temprana, probablemente tendrá lugar un individuo parcialmente afectado, como  se ve muy bien en el dibujo:

 Imagen 3

 

¿El mosaicismo siempre se relaciona con enfermedades? No. De hecho el mosaicismo forma parte del éxito de los animales en el planeta, ya que proporciona la variedad a nuestras células de defensa, los linfocitos, creando un ejército de profesionales contra distintas enfermedades. Cuando el cuerpo produce las células defensoras, los linfocitos, éstos sufren numerosas mutaciones, de forma que en principio tenemos un sinfín de linfocitos distintos. Todas estas mutaciones no se piensan para enfermedades concretas sino que se producen al azar. Pero cuando experimentamos por primera vez el contacto con una enfermedad nueva solo unos pocos linfocitos, portadores de mutaciones específicas, son capaces de reaccionar. Estos linfocitos reactivos,  son los que van a proliferar más que ninguno, para combatir la enfermedad.

¿Se puede detectar el mosaicismo? Hoy día se consigue comparar  el genoma entero de una célula con el genoma de referencia, o el genoma clásico de 46 cromosomas, lo que puede informar sobre el número de cromosomas totales (CGH en metafase, fish). También se pueden detectar el número de copias de un gen (CGH en array), a través de un número de sondas fluorescentes específicas de un gen. Hasta se pueden detectar las pequeñas mutaciones  con una técnica llamada array o chip de SNP. En la reproducción asistida un procedimiento ya bastante corriente es extraer un par de células de un individuo en un estado de desarrollo muy temprano y analizarlas para el número de cromosomas (clínicas de reproducción como IVI ofrecen este servicio bajo el nombre de DGP o Diagnóstico Genético Preimplantacional). 

 

Hola. En mi entrada anterior yo os expliqué como se formaban los gametos (óvulos y espermatozoides ) de una forma general a través de un proceso llamado “meiosis”. También mencione que las células de un organismo suelen multiplicarse a través de un proceso más simple llamado “mitosis”. Si alguien no se quedó satisfecho con mis explicaciones (yo soy este alguien XD), aquí pongo un vídeo, que creo es muy fácil y representativo. Lo único que el vídeo está en inglés, pero viene con subtítulos,  además el tío habla muy bien.

 

 

Muchos organismos de  la tierra se reproducen sexualmente, lo que sencillamente significa que dos progenitores combinan su información genética (los cromosomas) en sus descendientes, consiguiente una mayor variabilidad de la descendencia. Como en el ser humano, un niño recibe la mitad de los cromosomas de papa y otra mitad de mama. Para transmitir nuestra información a los descendentes  necesitamos de células especializadas, llamadas “gametos”, que en los animales se denominan óvulos (gametos femeninos) y espermatozoides (gametos masculinos). La conjugación de dos gametos diferentes (masculino y femenino) da lugar a un nuevo ser, diferente de cada progenitor ya que lleva solo la mitad de información de éste. La combinación aleatoria de cromosomas en este nuevo ser, quizá le proporcione alguna ventaja en el mundo cambiante.

La reproducción sexual necesita de dos progenitores.

La reproducción sexual necesita de dos progenitores.

Los gametos son células muy especiales, ya que además de fabricarse en los órganos especializados en la reproducción (ovarios, testículos), tienen características que las hacen únicas, siendo el óvulo la célula más grande del organismo, y el espermatozoide una célula que posee un “motor” que le permite moverse. Pero la característica más importante de estas células es que son haploides, es decer tienen solo la mitad de los cromosomas que una célula normal de un organismo dado. Que un gameto tenga solo la mitad de los cromosomas es muy importante, ya que si las tuviera todos, al fusionarse los gametos, el ser resultante tendría el doble de los cromosomas, y esto en el mundo animal no resulta viable (en las planta sí).

Los huevos son los óvulos de las aves.

Los huevos son los óvulos de las aves.

Los gametos se originan en los órganos reproductivos a partir de las células “madre” de los gametos, cuya dotación  de cromosomas es la misma que de las demás células del organismo. Para reducir a la mitad el número de cromosomas para formar un gameto, hace falta un proceso llamado meiosis, se trata de una división celular un poco especial. En una división normal, la que todas las células hacen, una célula duplica su material genético y lo reparte entre dos células hijas, pero en la meiosis hay dos divisiones consecutivas: la primera es totalmente normal, con la duplicación de los cromosomas, pero después viene una segunda división sin duplicar el material genético. Para ver este proceso con más claridad, fabrique unas ilustraciones del proceso. Veamos el dibujo introductorio:

 

organismo imaginario

Tenemos un organismo imaginario con dos cromosomas homologos. Cada cromosoma está duplicado, y por tanto se forma de dos cromátidas hermanas. El organismo posee dos genes “A” y “B”. El gen “A” tiene una variante “a”.

Para aclarar un poco los dibujos:

  • Tenemos un organismo imaginario con dos cromosomas y dos genes “A” y “B”.
  • Los cromosamas en forma de X, que tanto estamos acostumbrados ver, son así porque llevan el material genético duplicado (recuerda que las células para dividirse tienen que duplicar su material genético), se trata pues de un cromosoma doble. En realidad la parte izquierda de la X es un cromosoma, y la derecha es otro exactamente igual. Entonces cada cromosoma gemelo se denomina la cromátida hermana. Las cromátidas hermanas solo están presentes cuando la célula va a dividirse..
  • También se puede ver que tenemos una pareja de cromosomas parecidas, esto es porque represente un organismo que como humanos tiene dos juegos de cromosomas llamados “homologos” (contienen genes similares por ejemplo genes de color de pelo ), que a diferencia de las cromátidas hermanas siempre están en una célula, no solo en los momentos de la división y no tienen porque ser exactamente iguales, sino que pueden tener ligeras modificaciones en los genes que se denominan alelos.
  • Representé  también dos genes imaginarios  ”A” y “B” y  supuse la existencia de una variación para el gen “A” que llamé “a”. De esta forma nuestro organismo tiene un gen para el color “A” que es verde y una variante de este gen “a” que es blanco, y también está el gen “B” `para la forma que será redonda y no tiene variaciónes. Nuestro organismo de todas formas sera redondo y verde, porque el alelo “A” domina sobre “a”, sin nuestro organismo fuera “aa” sería blanco.

Entonces nuestro organismo ya está preparado para dividirse:

Primera división meiótica - se separan los cromosomas homologos.

Primera división meiótica – se separan los cromosomas homologos.

 

Y este es el resultado:

Las dos células hijas.

Las dos células hijas.

 

Ahora, sin volver a duplicar su material genético , las células hijas se dividen:

La segunda división meiótica: separación de las cromátidas hermanas

La segunda división meiótica: separación de las cromátidas hermanas.

 

Y ya tenemos cuatro gametos:

Los cuatro gametos

Los cuatro gametos.

se puede ver que se han formado gametos de diferente contenido: dos que portan las características verde y redondo y dos blanco y redondo. Si combinamos estos gametos con gametos iguales del otro progenitor ¿Cuantas combinaciones habrá?

 

 

 Molecular Biology

La portada del libro Molecular Biology de David P.Clark

 

Esta es la portada de un libro de texto de biología molecular que debería convertirse en la Biblia de un estudiante de ciencias naturales. Y lo que transmite la portada es que al nivel genético estamos en el mismo escalón con el ratón, es decir, por lo que se sabe hoy día tanto el ser humano como el ratón tenemos 25000 genes. Y otra cosa, el ser humano tiene mucho menos genes que arroz, que tiene unos 45000. Así que un poco más de humildad.

 

 

 

 

 

 

No es necesario ser un científico para observar que los seres vivos heredan ciertas características, “caracteres de sus progenitores”, como los niños heredan los atributos físicos, el color de los ojos o la textura del pelo de sus padres, o incluso de sus abuelos.

El color de los ojos es un carácter discreto, es decir es azul, o marrón, o ninguno en el caso de los individuos albinos (con lo cual se ven los vasos sanguíneos de sus ojos que les dan el color rojo). Existen también caracteres continuos, como la estatura, de modo que un individuo ya no es solo alto o bajo, sino que puede ser más alto o más bajo. El monje agustino, Gregor Mendel, aunque estaba muy interesado en la herencia de los distintos caracteres, decidió dejar de lado los caracteres continuos, ya que el estudio de éstos entorpecía sus progresos (hoy día sabeos que la herencia de los caracteres continuos se debe a una compleja interacción de varios genes). Mendel se centra en el estudio profundo de los caracteres discretos del guisante, en concreto en unos siete atributos básicos:

  • Forma de la semilla: lisas/rugosas
  • Color de las semillas: amarillas/verdes
  • Color de la flor: roja/blanca
  • Color de la vaina: verde/amarillo
  • Posición de las flores terminal/axial
  • Y uppps la estatura de las plantas. Aquí podéis decir “Y que hay de eso sobre no estudiar los caracteres continuos”, bien la decisión del monje fue tomar las alturas extremas alta/enana como un característica discreta.

El compendio de estos siete atributos hoy día se conoce como “Los caracteres mendelianos”. Aquí podemos ver un dibujito – resumen:

Los caracteres Mendelianos

Los caracteres Mendelianos

Mendel hizo un trabajo sobre todo estadístico para poder descubrir las leyes de la herencia, pero no conocía los mecanismos que actúan detrás de estas leyes. Hoy día se sabe que este tipo de caracteres, los caracteres sí/no,  son el reflejo de la información contenida en un único gen, y que esta información es la que se necesita para dar instrucciones sobre una propiedad dada de un organismo en cuestión. Sabemos también que los genes están contenidos en unas estructuras llamadas cromosomas, que son las cadenas de ácidos nucleicos superenrolladas, y que nuestros óvulos, o espermatozoides reciben al azar la mitad de los cromosomas de cada  progenitor (en realidad el azar actúa sobre las parejas de cromosomas homologas que son contenedores de genes homólogos, es decir de misma función, pero ligeramente diferentes en su estructura, llamados alelos). Mendel sin saber nada de esto propuso sus leyes que siguen rigiendo la genética hoy día. Y si sustituimos la palabra alelo, o variante del gen por una letra, “A”  y “a” para el otro, y tenemos en cuenta los siguientes puntos:

  •  un óvulo o espermatozoide  puede portar un alelo “A” o “a”
  • los dos alelos se juntan en un individuo durante la fecundación, dando individuos con diferentes combinaciones AA, Aa, aA, aa
  • uno de los alelos puede dominar sobre otro (si un individuo resulta ser “Aa”, siendo “A” color rojo y “a” blanco, el individuo será rojo, y solo hay una forma que el individuo resulte blanco, que sea “aa” )

tenemos una perfecta relación entre las leyes de herencia de Mendel y la genética moderna-

Primera ley de Mendel: Ley de la uniformidad

Si se cruzan dos líneas puras que difieren en un carácter,  es decir que son AA o aa (cuando un individuo porta los dos alelos iguales se denomina homozigótico), la primera generación filial (los descendientes directos) es uniforme (todos los descendientes son iguales entre si)  y está formada por individuos idénticos  que presentan solo uno de los caracteres alternativos paternos (son todos Aa).
Mendel estudió el color de los guisantes y determinó que el color amarillo era dominante sobre el verde; por lo tanto el alelo A que da el color amarillo domina sobre el alelo a que da el color verde (A>a). Mendel cruzó individuos  AA con aa del fenotipo (aspecto físico) amarillo y verde respectivamente y eso era lo que salió( P-progenitores, F1-generación fillial 1, es decir los descendientes directos):
Imagen 3

Segunda Ley de Mendel: Ley de la segregación independiente de los caracteres

Los factores que se transmiten de generación en generación se separan (segregan) en los parentales y se unen al azar en los descendientes para definir las características de los nuevos individuos. La segregación independiente se refiere a que nuestros gametos (ovulos y espermatozoides) reciben los alelos de un gen al azar.
Mendel autofecundó (paso el polen entre las flores de una misma planta)  individuos que le habían aparecido en la F1 (generación filial 1) del cruce anterior con un genotipo Aa y un fenotipo Amarillo.

Imagen 4

 

Aquí los individuos ya son todos diferentes, pero al nivel genotípico, es decir de contenido,  con 1/4 de probabilidad (estadística je je) de aparecer en la descendencia cada clase de individuo ya sea AA, Aa, aA o aa. En cuanto al nivel fenotípico, o de forma,  hay 3 amarillos por cada verde.

Tercera Ley de Mendel: Ley de la distribución independiente o de la libre combinación de los caracteres hereditarios.

Si se consideran dos caracteres simultáneamente (A y B, dos genes diferentes), las segregaciones de los factores genéticos no interfieren entre sí; es decir, los factores que determinan un carácter se heredan independientemente de los que determinan el otro. Esto es bastante complicado de entender y mejor explicarlo con un ejemplo.
Mendel estudió el color (A) y la forma (L)  de los guisantes para llegar a sus conclusiones. Al igual que con el color, observó que la forma lisa era dominante sobre la rugosa, determinando que el alelo L (liso) domina sobre el (rugoso) (L>l). Cruzó individuos homozigóticos para dos caracteres dominantes (genotipo AALL y fenotipo Amarillo Liso) con individuos homozigóticos para dos caracteres recesivos (genotipo aall y fenotipo verde rugoso). Se puede ver que la herencia de la forma no afecta  a la herencia de textura, es decir un guisante amarillo no tiene porque ser liso.

 

Aquí otra vez tenemos probabilidades, que subrayan la importancia del azar en el aparente orden. Pero ojo, pues estos resultados no se cumplen siempre, sino solamente en el caso de que los dos caracteres a estudiar estén regulados por genes que se encuentran en distintos cromosomas, pero si es al contrario siempre se heredarán juntas, y los gatos de rayas siempre tendrán el pelo corto. Decir que con este experimento Mendel tuvo mucha suerte en cuanto a la elección de los caracteres.

Ahora hablemos de como funciona esto de los alelos o variantes de un gen. Imaginaos un gen que da el color rojo a una flor, este gen es una enzima, una proteína capaz de transformar una sustancia precursor blanco en un pigmento rojo. Si esta enzima no fuera funcional la flor sería blanca. Ahora bien, una mutación en la secuencia del gen de la enzima podría dar una enzima defectuosa, y un individuo portador de esta mutación, una variante o un alelo de este gen, tendría flores blancas. Aquí tenéis mis esquemitas explicativos:

Imagen 2

 

Imagen 6

 

Y este es el caso más fácil. Sin tener en cuenta el concepto un gen – una enzima, Mendel llegó a formolar sus tres leyes. ¿Cómo? Pues con paciencia y salivita, plantando las plantitas y volviendo a plantar sus semillitas, teniendo la pausada vida de un monje y un huerto, es decir tranquilidad y medios, no la hipoteca y los recortes del estado español.

 

 

ADN

Comprender que es el ADN es comprender la vida, las ciencias naturales y la tecnología de hoy día. Y es que para la mayor parte de la investigación biológica, o sea del estudio de la vida, es imprescindible trabajar con el ADN. En esta entrada no quiero entrar mucho en el descubrimiento de la estructura de ADN ya que hay bastante escrito sobre el tema, quiero más bien que comprendáis como funciona.

Todos hemos escuchado que ADN contiene información. ¿Quién sabe que eso viene a significar? Si has estudiado algo relacionado con las ciencias de la vida probablemente si´y para los que no…

Vamos a ver, todos los seres vivos de la tierra contamos con el ADN. Es una molécula más bien larga, en cuanto al mundo microscópico se refiera, y tiene forma de la doble hélice. Pero lo que hace esta molécula tan especial es que en realidad se trata de un código, un código compuesto por cuatro caracteres. Estas caracteres son ACTG, y se denominan ” bases” . estas base son en realidad 4 moléculas muy sencillas. Veamos entonces la estructura del ADN:

Estructura del ADN

Estructura del ADN: nota como la A encaja con la T, y la G encaja con la C.

 

Lo importante es que la combinación de tres caracteres – bases dados, se traduce en un aminoácido, molécula que forma parte de las proteínas. Cuando la célula necesita una proteína nueva, y las necesita siempre, hace un “pedido” al ADN. Este manda una copia de una de sus dos cadenas, o sea una molécula de ARN ( es lo mismo que el ADN pero solo de una cadena y en vez de T lleva U, una base distinta a las 4 citadas), a una máquina de hacer proteínas. La máquina llamada ribosoma lee cada tres bases del ARN y pone un aminoácido correspondiente, lee otras tres y une otro aminoácido, y así sucesivamente.

Aquí hay dos puntos que aclarar. el primer punto, es que toda esa maquinaría de síntesis de proteínas funciona porqué se da el fenómeno de la “complimentaridad” de bases, o sea A tiene una apetencia natural por U, y C por G. Cuando el ribosoma tiene “lee” tres bases de ARN, por ejemplo CUU, un transportador de aminoácidos se acerca, este transportador es un tipo de ARN especial, el ARN transferente, y en uno de sus extremos lleva unido un aminoácido, mientras que en el otro posee tres bases complementarias GAA:

ARN transferente

La estructura de ARN transferente: las tres bases del bucle azul son complimentarias a algún triplete de bases de ARN. El extremo llamado 3′ lleva unido un aminoácido. Nota además como complimentan las bases dentro de la estructura de este ARN especial: A con U y G con C ( rayas dobles)

Otro punto interesante es que a cada combinación de bases corresponde un aminoácido dado, ya que los aminoácidos distintos van unidos a distintos ARN transferentes, de ahí la existencia del código genético:

Código genético

Código genético: nota que el aminoácido Leucina , por ejemplo, puede ser formado tanto por triplete UUA como UUG, pero ningún otro aminoácido además de la leucina puede ser formado por ninguno de estos dos tripletes.

 

 

Para terminar un video:

Y decir, que las proteínas son moléculas imprescindibles para la vida, podeís decir que el agua es imprescindible  es cierto, pero si no existriesen en nuestro cuerpo diversas proteínas capaces aprovechar el agua para diferentes procesos fisiológicos, no serviría de nada beber. Las proteínas son máquinas que hacen todo el trabajo de una célula, también forman parte de la piel y el pelo, controlan la cantidad de pigmentos en los mismos e.t.c Las proteínas, como hemos visto, son codificados por una secuencia de bases, a lo largo de una molécula de ADN. Si existe una alteración en la secuencia de ADN (mutaciones) puede ocurrir que una proteína no se produzca o no sea funcional, como en el coso de albinismo, donde el pigmento melanina no puede sintetizarse debido a la poca o nula actividad de la eproteína tirosinasa que lo produce.