U-3 El Projecte Genoma Humà

 

Com ja sabem, el genoma és el conjunt de gens que té una determinada espècie o individu. Per conèixer el genoma d'una espècie cal saber:

- el nombre total de gens d'aquella espècie
- la seva posició exacta dins de cada cromosoma
- la seva seqüència de nucleòtids o bases nitrogenades

El Projecte Genoma Humà (PGH o HGP), és a dir, la recerca del "mapa" dels gens humans es va iniciar l'any 1990. L'any 2003 es va fer públic aquest mapa, el qual situa tots els gens humans a cada locus específic de cadascun dels 23 parells de cromosomes.

El que s'està portant a terme encara és la seqüenciació dels nucleòtids de cada gen humà. Aquest coneixement detallat obrirà un nou món en el camp de les teràpies gèniques en el moment que es puguin localitzar els gens que generen diverses malalties, com ara càncers, degeneratives, neuronals, cardiopaties...



Què ha revelat el PGH?

• El genoma humà conté uns 3200 milions de parells de bases nitrogenades
• Només el 2% del genoma conté gens
• El genoma entre dues persones només difereix en un 0,1%
• Conté uns 27000 gens, però se'n desconeix la funció de gairebé la meitat. Drosophila melanogaster, la mosca del vinagre, en té 13600
• Aproximadament la meitat de les proteïnes humanes comparteixen similituds amb les dels altres éssers vius

U-3 Biotecnologia

La biotecnologia, tot i semblar que parlem d'una cosa molt futurista, ha estat portada a terme per l'home des de l'aparició de l'agricultura i la ramaderia. Parlem de biotecnologia quan ens referim a l'ús dels éssers vius per tal de treure'n algun aprofitament.

 

 

Podem veure, doncs, que això s'ha fet sempre. Pensem, per exemple, en les diferents varietats de fruites i verdures que tenim en l'actualitat. Moltes d'aquestes s'han obtingut de manera tradicional realitzant una selecció artificial de les varietats més resistents, productives i saboroses, encreuant-les entre si per afavorir el seu desenvolupament.

El mateix ha passat amb la ramaderia (selecció artificial mitjançant encreuaments de les millors races de vaques, porcs, gallines, etc).

Parlem també de biotecnologia quan utilitzem microorganismes per fabricar productes tan antics com el pa, el formatge, els iogurts o la cervesa.

Enginyeria genètica
 

Podríem dir que es tracta de la branca més avançada, cientifico-tecnològicament parlant, de la biotecnologia. 

Actualment l'home és capaç de modificar la informació que contenen els gens del DNA, així com afegir o treure gens. Això és possible gràcies a una sèrie de tècniques complexes i al coneixement que es té sobre el funcionament de la genètica.

És important saber, a més, que els gens que es puguin incorporar a un organisme poden provenir d'una espècie diferent (cal recordar que el codi genètic és universal, i per tant és compartit per tots els éssers vius. 

Un exemple d'aplicació de l'enginyeria genètica: fabricació d'insulina humana

Les persones insulinodependents (diabètics) depenien fins l'any 1982 de la insulina obtinguda de porcs o vaques. Aquesta insulina és activa en éssers humans però podia ocasionar reaccions de rebuig o incompatibilitat.

Ara la insulina que utilitzen els diabètics s'obté a partir de l'enginyeria genètica:

1. Localitzar el gen que es vol transferir, en el nostre cas el gen humà de la insulina situatat en el cromosoma 11. Aïllar el gen. Per obtenir el gen desitjat s'utilitzen enzims de restricció que tallen el DNA (com si fossin tisores) per llocs específics.
2. Inserir el gen en un altre segment de DNA que funcionarà com a vector ("vehicle"). El DNA resultant de la unió s'anomena DNA recombinant o recombinat.
3. Introduir el DNA a la cèl·lula hoste, en aquest cas un bacteri.
4. Confirmar que la cèl·lula hoste és capaç d'utilitzar la nova informació i fabricar la proteïna corresponent (en aquest cas la insulina).
5. Obtenir moltes còpies del gen, és a dir, clonar el gen. Això s'aconsegueix deixant que els bacteris que han incorporat el gen es multipliquin, formin clons. Així es poden aconseguir grans quantitats de la proteïna desitjada.

 

Organismes transgènics

Són els que han incorporat al seu DNA algun gen procedent d'una altra espècie a partir de l'enginyeria genètica.

• L'objectiu: proporcionar una o vàries característiques noves a un organisme que, de manera natural, seria impossible obtenir i que li conferiran unes propietats favorables a l'hora de ser explotat per l'home. Per exemple: major productivitat, major resistència.
• El procés: es realitza en dues fases:

1. Primera fase: transformació. Introducció del gen desitjat dins el DNA d'una cèl·lula de l'organisme que es vol modificar. Exemples:   
   
   
   

   Gen	Cèl·lula organisme
   Proteïna contra la larva de la papallona monarca (bacteri)	Blat de moro
   Hormona de creixement (proteïna humana GH)	Ratolí
   Proteïna anticongelant (peix àrtic)	Maduixots

   
   

   
   
2. Segona fase: regeneració. Mitjançant la tècnica de la clonació (transferència de tot el material genètic de la cèl·lula anteriorment modificada a una cèl·lula reproductora femenina) s'obrté un individu adult transgènic.

El cost d'aquest procés és molt elevat i és necessari, per rendibilitzar-ho, produir el nombre màxim de clons.

Aplicacions dels organismes transgènics

Abans hem vist algunes de les seves àrees d'aplicació. . En general, podem agrupar-les en dos blocs:

• Salut humana:
• Productes farmacèutics (insulina, vacunes)
• Aliments amb característiques especials (carns pobres en colesterols, cereals sense gluten)
• Òrgans per a trasplantaments (procedents d'animals per tal que no siguin rebutjats).
• Teràpia gènica. Té com a objectiu tractar o prevenir malalties generades per algun gen defectuós, substituint-lo per un gen funcional.

 

• Agricultura i ramaderia:
• Reisitència dels cultius (a plagues, herbicides, virus o fongs)
• Major producció (creixement més ràpid de plantes o animals, més productivitat, adaptació a diversos ambients...)

Riscos de la transferència de gens

La perillositat en el desenvolupament dels organismes modificats genèticament (OMG) o transgènics està lligada, en part, al desconeixement de les conseqüències que comportarà l'alliberament d'aquests organismes al medi. 

D'altres conseqüències ja s'estan començant a veure, com ara:

- Pèrdua de diversitat genètica. La pol·linització a través de l'aire o insectes transfereix gens modificats a vegetals silvestres no modificats. A més, les espècies transgèniques, més resistents, poden desplaçar les autòctones i desequilibrar els ecosistemes.

- Transferència de gens modificats a altres espècies. Entre els vegetals o els bacteris (que hem vist que actuen com a vectors de manera natural) és relativament senzill que es donin transferències genètiques tot i pertànyer a espècies diferents. Així certs organismes podrien adquirir resistència a herbicides, plaguicides o antibiòtics.

- Efectes perjudicials per a la salut. Ja s'han descrit problemes al·lèrgics a OMG's però existeix una gran desconeixença per manca d'estudis en aquest camp.

U-3 Mutacions

Una mutació és una alteració o canvi en la informació genètica, és a dir, en el genotip d'un ésser viu.

Aquests canvis o mutacions es poden produir a tres nivells:

- molecular: canvis de nucleòtids en les seqüències dels gens

- cromosòmica: canvis en fragments de cromosomes

- genòmica: canvis en el nombre de cromosomes

Les mutacions es produeixen de manera natural i espontània però els agents mutàgens fan que s'incrementi la seva freqüència. Aquests poden ser:

• Substàncies químiques: àcid nitrós, dioxines, amiant, nicotina...
• Radiacions: UV, RX... i , en general, tota radiació molt energètica (alta freqüència i baixa longitud d'ona).

Les mutacions poden tenir lloc a qualsevol cèl·lula de l'organisme:

• Si es produeix a una cèl·lula somàtica (no reproductora) la mutació la tindran les cèl·lules que generi aquesta per divisió cel·lular (mitosi). Determinades  mutacions afecten a la reproducció cel·lular, de manera que es pot generar una divisió cel·lular incontrolada, donant lloc a tumors cancerosos.
• Si es produeix a sexuals (reproductores) la mutació es transmetrà en la descendència, tot i que no té per què manifestar-se.

Des del punt de vista de la repercusió en la vida d'un organisme es poden donar tres tipus de mutacions:

- Neutres: no afecten la supervivència de l'individu de manera positiva o negativa

- Positives: són les que augmenten les probabilitats de supervivència en l'individu i generen variabilitat en la seva població.

- Negatives: confereixen desavantatges per a la supervivència de l'individu, podent-ne causar la mort.

El procés de l'evolució, com ja sabem, està basat en la diversitat genètica i la variabilitat, i aquesta en les mutacions. 

El fet que existeixin diverses alternatives d'un gen té el seu origen en les mutacions d'uns pocs nucleòtids, degut probablement a errors comesos durant la replicació (DNA polimerasa) o durant la transcripció (RNA polimerasa). 

Ho podem veure clarament en aquest exemple:

	Núm.nucleòtids	Posició 523	Posició 700	Posició 793	Posició 800
Al·lel A	1062	C	G	C	G
Al·lel B	1062	G	A	A	C

U-3 La replicació del DNA

El DNA es transmet de la cèl·lula mare a les cèl·lules filles, de manera que totes les cèl·lules del nostre organisme, siguin del tipus que siguin, contenen la mateixa informació genètica. Per tant, la informació continguda en el DNA s'hereta mitjançant un mecanisme de còpia de la pròpia molècula de DNA, procés conegut amb el nom de replicació.

Bàsicament, el procés consisteix en:

• Trencar els enllaços que mantenen units els parells de nucleòtids complementaris
• Separar les dues cadenes de la doble hèlix
• Mantenir l'avançament de la forca de replicació, és a dir, el "forat" obert a la doble cadena
• Utlitzar cadascuna de les dues cadenes com a motlle per a crear una cadena complementària nova. Cada nova doble hèlix portarà dues cadenes: una procedent de la doble hèlix inicial (l'antiga) i l'altra de nova síntesi. Per això es diu que la replicació és semiconservativa. L'enzim que realitza la còpia és la DNA polimerasa.

 Al final, cadascuna de les dues hèlixs dobles de DNA contindran la mateixa informació que entre elles i que l'original.