Proyecto Genoma Humano

El Proyecto Genoma Humano, PGH o HGP (siglas de su nombre en inglés Human Genome Project), fue un proyecto internacional de investigación científica cuyo objetivo era secuenciar todo el ADN humano e identificar la ubicación y función de todos los genes del genoma humano. El PGH fue y sigue siendo el mayor proyecto biológico de colaboración a nivel mundial. Se inició el 1 de octubre de 1990 y se declaró completo el 14 de abril de 2003.

La información generada con el proyecto tiene impactos directos e indirectos, según sus aplicaciones, en las siguientes áreas¹: tecnología genética y genómica, expansión de conocimiento básico funcional del genoma, medicina y salud humana y veterinaria, agricultura y alimentación, biotecnología industrial, medioambiente, y ciencias forenses.

Uno de los resultados más importantes con relación al genoma humano fue el descubrimiento de que el ser humano tiene de 20,000 a 25,000 genes que codifican proteínas. ¡Inicialmente, se pensaba que se encontrarían unos 100,000 genes! El resto del ADN humano, que no codifica proteínas (aproximadamente el 97%), se consideró inicialmente basura, ya que no se le conocía ninguna función. Sin embargo, estudios posteriores han demostrado que es importante para la regulación (activación o no de un gen) de los genes codificantes.

Otro descubrimiento importante fue que el 99.9% del genoma es compartido por todos los seres humanos. Esto quiere decir que nuestras diferencias se deben a variaciones en solo el 0.1% de nuestro ADN.

Proyecto Genoma Humano: objetivos

Un proyecto genómico consiste en recoger y secuenciar muchas muestras de ADN de varios donantes de la misma especie; las secuencias de ADN obtenidas crean un genoma de referencia. La secuenciación del genoma ha ayudado enormemente a la comunidad científica a comprender las funciones e interacciones de los distintos genes en diferentes organismos.

La meta general del Proyecto Genoma Humano era “adquirir información fundamental necesaria para adelantar nuestro entendimiento científico básico de genética humana y el rol de varios genes en la enfermedad y salud”¹.

Para alcanzar esta meta, los objetivos del PGH fueron¹:

• Secuenciar y mapear el genoma humano (tener la información de la localización y secuencia más precisa de los genes humanos).
• Secuenciación de genomas de otros organismos modelo (utilizados ampliamente en laboratorios).
• Análisis funcional de los genes (qué rasgos afectan y qué factores tienen efecto en su expresión).
• Avances en el desarrollo de tecnologías nuevas para la secuenciación y su análisis (para incrementar la eficacia y precisión de secuenciación, así como reducir los costos).
• Discusión de consideraciones éticas, legales, y sociales (desarrollar formas de asegurar que la información genética de las personas sea usada de la forma más responsable posible). Las consideraciones éticas se relacionan principalmente con cuestiones de privacidad y confidencialidad, como el derecho a compartir esta información o discriminar según la composición genética de cada persona.
• Capacitación en investigación.
• Transferencia de tecnología.

Como puedes ver, ¡en menos de 60 años, hemos pasado de no saber mucho sobre el ADN, a secuenciar y mapear todos los genes del genoma humano y saber cómo editar los genes dentro de las células! ¿Qué crees que podrán llegar hacer los científicos en el futuro?

Proyecto genoma humano: secuenciación del genoma humano

Los métodos de secuenciación del ADN evolucionan constantemente y se vuelven más sencillos. Sin embargo, su principio se basa en la secuenciación de Sanger, un método automatizado inventado por Fredrick Sanger en 1977.

El proceso de secuenciación de ADN de Sanger puede dividirse en tres pasos:

1. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): Los métodos automatizados de secuenciación de ADN requieren grandes cantidades de ADN. Esto se consigue amplificando, primero, las muestras de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). (Puedes obtener más información sobre la PCR en nuestro artículo sobre el tema).
2. Dideoxirribonucleótido trifosfato marcado con fluorescencia (DdNTP): A la muestra de ADN amplificada se le añaden desoxirribonucleótidos normales (dNTP), dideoxirribonucleótidos marcados con fluorescencia (DdNTP) y ADN polimerasa. La ADN polimerasa utiliza los dNTP para polimerizar nuevas cadenas de ADN, basadas en la secuencia complementaria de las cadenas existentes en la muestra, a partir del cebador. El DdNTP es un tipo especial de nucleótido que se diferencia de los desoxirribonucleótidos normales porque contiene un átomo de hidrógeno, en lugar de un grupo hidroxilo en el carbono número 3. El DdNTP actúa como inhibidor de la elongación de la cadena y, una vez incorporado, termina la adición de más nucleótidos. Los cuatro DdNTPs diferentes (A, G, T y C) están marcados con diferentes etiquetas fluorescentes que dan a cada uno un color distinto. Dado que los DdNTPs se incorporan aleatoriamente a las hebras de ADN en crecimiento, el resultado serían nuevos fragmentos de ADN de varias longitudes y tamaños, con el mismo punto de origen (todos partiendo del cebador), pero terminando con un DdNTP marcado con fluorescencia.
3. Electroforesis en gel: Los fragmentos obtenidos del paso anterior son empujados, a través de un gel con pequeños poros mediante un campo eléctrico; este proceso separa las hebras, según su longitud. Debido a la naturaleza aleatoria del último paso, estarán presentes hebras de 1 nucleótido, de 2 nucleótidos, de 3 nucleótidos y así, sucesivamente; todas ellas terminan con un DdNTP marcado fluorescentemente. Por lo tanto, el patrón de color de las etiquetas fluorescentes nos indicaría la secuencia del ADN.

Proyecto Genoma Humano: Genoma y proteoma

Las células de los organismos utilizan el ADN y la secuencia de los genes para producir proteínas.

Las proteínas se pueden detectar y secuenciar con diferentes técnicas. Sin embargo, la composición de las proteínas cambia en función de las condiciones específicas de la célula u organismo, por lo que es mucho más variable que el genoma de una especie concreta.

Proyecto Genoma Humano: organismos simples y complejos

Las diferencias y similitudes en la información y organización genética entre diferentes organismos proveen una base para analizar la regulación normal de genes, enfermedades genéticas, y procesos evolutivos. Por lo tanto, la comparación con diferentes grupos de organismos ayuda en la interpretación de los datos obtenidos para humanos en el entendimiento de la biología y evolución humana¹.

Actualmente, existen varios proyectos genómicos que siguen trabajando con diferentes organismos. Gracias a esto, ya se conoce el genoma de varios de ellos, incluyendo virus, bacterias y otros más complejos (eucariotas como plantas y animales).

El genoma y el proteoma de los organismos simples

Es relativamente sencillo determinar el genoma y el proteoma de organismos básicos, como los procariotas, porque:

1. El tamaño del ADN procariota es sustancialmente menor que el del ADN eucariota.
2. Las proteínas histónicas no se encuentran en el ADN procariota.
3. No hay secuencias de ADN no codificantes en los genomas procariotas. Por otro lado, el ADN eucariota contiene un gran número de secuencias no codificantes que hacen que la determinación del proteoma sea un reto.

Conocer el proteoma de los organismos simples es ventajoso, ya que tiene aplicaciones médicas y no médicas.

Aplicaciones médicas del proteoma

La identificación de las proteínas antigénicas de la superficie de las bacterias dañinas puede aprovecharse para desarrollar vacunas contra las enfermedades causadas por ellas. Una vez que se conozca la secuencia de estos antígenos, podrían producirse en masa y suministrarse a los humanos en forma de vacuna. El sistema inmunitario respondería, entonces, al antígeno produciendo anticuerpos y células de memoria contra él. Estas vacunas permiten que, al enfrentarse a un microbio que posea el mismo antígeno, las células B de memoria sean capaces de desarrollar una rápida respuesta inmune secundaria para proteger al huésped contra la infección.

Aplicaciones no médicas del proteoma

El proteoma de los organismos simples proporciona información sobre la bioquímica de los procesos que tienen lugar en ellos. Algunos de estos microorganismos se emplean en la producción de biocombustibles. Además, los organismos que pueden resistir entornos duros y tóxicos se pueden utilizar para eliminar las toxinas del medio ambiente.

El genoma y el proteoma de los organismos complejos

El genoma de los organismos complejos, como los seres humanos y las plantas, es difícil de secuenciar. Esto de debe al mayor número de genes que están presentes en el ADN eucariota, en comparación con el ADN procariota. Pero este reto se ha superado gracias a los recientes avances en las tecnologías utilizadas para la secuenciación del ADN, que han dado como resultado el éxito del PGH en 2003 y varios proyectos sobre el genoma de las plantas.

La mayor dificultad en el estudio de los organismos complejos es la determinación del proteoma. Esta dificultad se debe a las importantes cantidades de ADN no codificante en el ADN eucariota. En los seres humanos, por ejemplo, se estima que el 98,5% del genoma es no codificante y no contribuye al proteoma. Otro problema es determinar qué genoma debe utilizarse para la secuenciación, ya que todos los individuos (excepto los gemelos idénticos) tienen genomas separados.

La secuenciación del genoma completo proporciona información crítica para identificar trastornos congénitos causados por mutaciones, oncogenes y genes supresores de tumores afectados por mutaciones que conducen al cáncer, el seguimiento de brotes de enfermedades y mucho más.