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¿Por qué eres así? Cómo el ADN y la variabilidad genética humana nos hacen únicos


Escrito por: Juan Pablo Vaca






¿Por qué tu hermano es más alto? ¿Por qué el color de tus ojos y cabello es diferente al de tu mejor amigo? Estas y otras dudas similares acerca de las diferencias físicas entre las personas emparentadas o no, se nos han cruzado por la mente en algún momento de nuestra vida. Detrás de eso existe un fenómeno llamado ‘variabilidad genética’ el cual es responsable de proporcionarnos las diversas cualidades que nos hacen únicos e irrepetibles, no solo en el aspecto físico sino también a nivel celular. En 1953, Watson & Crick, con base en los datos previamente encontrados por Rosalind Franklin en 1951, señalaron por primera vez al Ácido Desoxirribonucleico (ADN) como una molécula compuesta por dos largas cadenas o ‘hebras’ que se estructuran de cuatro tipos de subunidades emparejadas, o complementadas, entre sí nombradas como ‘bases nitrogenadas’ o ‘nucleótidos'. Cada una posee un nombre específico: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G) y se emparejan de forma específica: A-T, C-G, formando escalones de pares de bases nitrogenadas (pb) de la enorme escalera que es el ADN.


Ahora bien, ¿Qué características permiten al ADN funcionar como reservorio de la información genética? Las cuatro bases nitrogenadas se organizan en pares en un orden específico dentro de una región de las largas cadenas de ADN conformando un ‘gen’ que comprende un ‘código de letras’. Este, especifica la información para la maquinaria molecular encargada de producir una proteína o una hormona a través de un proceso denominado ‘expresión génica’. En particular, el ADN humano posee una longitud de 2 metros y contiene los códigos para la producción de aproximadamente 30000 proteínas distintas. Ahora que sabemos ¿Qué es y cómo funcionan los genes?, te estarás preguntando ¿Cómo influyen éstos en la determinación de los rasgo de una persona? Muchas características fenotípicas (físicas) y genotípicas (como el funcionamiento de órganos, susceptibilidad genética a enfermedades y otros aspectos propios del ámbito celular) son el resultado de una interacción producida por la información de nuestro ADN en conjunto con nuestro estilo de vida y el entorno.

Es muy complejo predecir el efecto que la información de un gen pueda tener sobre un individuo debido a cuatro razones principales:

  • Primero, una característica física puede estar determinada por el efecto de varios genes a la vez. Es el caso del color de los ojos, los genes OCA2 y HERC2 tienen una mayor influencia pero existen otros ocho genes involucrados en la determinación final del color exacto;

  • Segundo, un gen y sus variantes pueden afectar a más de una característica de un organismo como sucede en el Síndrome de rotura de Nijmegen por alteración del gen NBS1 involucrado en la reparación del ADN,

  • Tercero, los genes se heredan en pares y son diferentes versiones conocidas como ‘alelos’, explicados con detalle en una sección posterior, que pueden mantener relaciones de dominancia, recesividad y codominancia entre ellos; tal es el caso de los tipos de sangre en donde el tipo A y B son codominantes entre sí y ambos son dominantes con respecto al tipo O. Por lo cual, un individuo puede ser portador de un alelo O pero si el otro es A o B, la persona será A o B, respectivamente.

  • Por último, la presencia de un gen defectuoso no implica una probabilidad del 100% del manifiesto de una enfermedad ya que la influencia del componente genético es distinta para cada condición y puede ir desde muy baja hasta alta.

Entonces, ¿por qué el ADN es la clave para la herencia de la información de los progenitores? Las células eucariotas y procariotas deben reproducirse. En el caso de las procariotas, tomemos el ejemplo de las bacterias, éstas deben multiplicarse continuamente con el propósito de mantener su especie y lo logran a través de la ‘fisión binaria’ en donde una célula bacteriana duplica o ‘replica’ su ADN y luego se divide en dos nuevas bacterias (células hijas) distribuyendo el material genético duplicado de manera equitativa en cada una de ellas, es decir, cada una posee la misma cantidad de ADN que su célula madre (Figura 1).



Figura 1. Proceso de la fisión binaria. Elaborado por: Juan Pablo Vaca.


En el caso de las eucariotas depende del tipo de célula para definir el proceso y el resultado. Las células destinadas a la producción de gametos (óvulos o espermatozoides) reciben el nombre de ‘células sexuales’ o ‘de línea germinal’, mientras que el resto de células que están implicadas en procesos distintos a la fecundación sexual reciben el nombre de ‘células somáticas’. Las células somáticas incluyen a todas aquellas que se encuentran en nuestros tejidos, órganos y otras regiones anatómicas y constantemente se desgastan y necesitan ser reemplazadas o, en el caso de existir una ruptura, deben multiplicarse para restaurar la integridad del tejido. En cualquier caso, se someten a un proceso similar a la ‘fisión binaria’ que recibe el nombre de ‘mitosis’ (Figura 2-a). Si nos enfocamos en las células de la línea germinal, éstas dan origen a gametos sexuales a través de la ‘meiosis’, los cuales servirán para la creación de un nuevo ser tras la fecundación; por lo tanto, el contenido genético (empaquetado en ‘cromosomas’) de estos gametos es la mitad de lo que un individuo adulto posee (por ejemplo: los humanos poseemos 46 cromosomas y por ende, un gameto tendrá 23) (Figura 2-b).¿Por qué se da esta divergencia en el contenido genético? La razón es simple, durante la fecundación tanto el gameto masculino (espermatozoide) como el femenino (óvulo) combinarán sus cromosomas aportando 23 cada uno, dando como resultado una nueva célula (cigoto) con un total de 46.



Figura 2. Comparación del proceso de mitosis (a) y meiosis (b) de una célula. Adaptado de: Biblioteca Nacional de Medicina de los E.E. U.U. – Medline (2022).


En todos los procesos mencionados, es de suma importancia la replicación del material genético mediante la maquinaria molecular, la cual puede cometer errores o variaciones y dar origen a secuencias de ADN diferentes en las nuevas células que se producen a partir de otras células, a esto lo conocemos como ‘mutación’. Una vez que hemos comprendido el trasfondo, la cuestión es ¿Qué es la variabilidad genética? Tu código genético es diferente al de otras personas, incluso si compartes características físicas similares o si se compara entre gemelos. A pesar de que, en esencia, el ADN de toda la especie de Homo sapiens está conformado por las mismas cuatro bases nitrogenadas, influye mucho el orden y las maneras de agrupación dentro de las extensas cadenas de esta molécula dando origen a múltiples posibilidades de organización o ‘alelos’. A esto se conoce como ‘variabilidad genética’.

Las regiones del ADN en donde se presentan al menos dos alelos de una misma secuencia de código reciben el nombre de ‘gen’ y su ubicación dentro de las hebras se designa ‘locus’ (plural loci). Por último, en una población, si los alelos se presentan en al menos un individuo de cada 100 se conocen como ‘polimorfismos’(Figura 3).



Figura 3. Descripción de la estructura de nuestro material genético. Adaptado de: Bioninja.com.au (2022).


De manera sencilla, imagina que estás en un supermercado con muchos productos. Cada producto posee distintas presentaciones, precios, sabores y otras características; y para facilitar la búsqueda de los artículos a los clientes, el supermercado está dividido en secciones (lácteos, vegetales, carnes, etc.). Para nuestro caso, el supermercado representaría un ‘cromosoma’ en donde cada artículo (gelatinas, pastas, etc.) serían un ‘gen’, las diferentes presentaciones y características como el precio o el sabor de un producto corresponderían a las ‘variantes’ o ‘alelos’ de ese artículo. Cada una de las secciones del supermercado describen la ubicación de un producto por lo cual serían el ‘locus’ de un gen. Ahora piensa en una ciudad, al agrupar a sus pobladores por su color de ojos obtenemos que: 500 personas tienen ojos de color café; 350, verde; 149, azul y 1, violeta. Entonces en esa población, los distintos colores de ojos serían variantes de esa característica, a todos ellos se los incluye dentro de un conjunto llamado ‘polimorfismos’; sin embargo, el color morado se encuentra en menos del 1% de los pobladores, solo se considera una ‘mutación’ y no pasa a formar parte de los polimorfismos.¿Cómo se producen las variantes? ¿Puedo obtener superpoderes si se manifiesta una en mi ADN? Las diferentes variantes para una misma particularidad de un humano son el resultado de mutaciones y pueden ser causadas por múltiples factores, como errores en la replicación del ADN de la célula, traslación de segmentos de ADN de una posición a otra, la combinación de segmentos cromosómicos durante la meiosis, exposición a sustancias químicas o radiación, entre otras. El efecto de las mutaciones depende del tipo de célula, si la célula pertenece a la línea germinal afectará a todos los gametos formados a partir de ella y por lo tanto a la descendencia de la persona; y si la célula es de tipo somática solo afectará a las células nuevas originadas a partir de ella dentro del mismo individuo (Figura 4).




Figura 4. Mutaciones de la línea germinal. Adaptado de: Benjamin, Pierce (2014) – Nature Education.


De manera general, una mutación puede ser beneficiosa (provee una ventaja de adaptación o resistencia), perjudicial (alterar la producción natural de una proteína o el funcionamiento normal de una célula) o neutral (No presentan efectos sobre la proteína que codifican). Por ejemplo, la anemia falciforme es el resultado de la modificación del gen HBB lo cual afecta a los glóbulos rojos y su función de transporte de oxígeno dando como resultado dolor, anemia hemolítica e infecciones graves; por otro lado, la alteración del nivel de expresión del gen CCR5 permite disminuir la probabilidad de infección por el virus de inmunodeficiencia humana (VIH) en los portadores.

Sin embargo, es poco probable adquirir superpoderes por mutaciones en tu ADN pero si es muy probable que durante varios años el ADN del ser humano mute para adaptarse y sobrevivir a una situación en particular como sucede con los genes MT de la melatonina, el pigmento de la piel encargado de brindar protección frente a la radiación UV.

Todo esto es importante para entender: ¿Cuánta diferencia genética existe entre humanos? El ADN del ser humano está compuesto de 3x10^9 pb en donde se producen distintas variaciones genéticas de tal manera que dos seres humanos no pueden ser idénticos por lo cual, el porcentaje de divergencia genética entre dos individuos aleatorios bordea el 0.1%, es decir, una de cada 1000 pb diferirá entre dichas personas y por lo tanto, 6x10^6 pb son diferentes.

Por eso existe diferencia entre gemelos. Porque a pesar de que los gemelos puedan mantener un aspecto fenotípico muy semejante se ha descrito un promedio de 5,2 mutaciones que difieren entre gemelos. En particular, en el 15 % de las parejas de gemelos estudiados, uno de ellos presenta mutaciones que no se encuentran en su hermano. Por lo tanto, se presenta variabilidad genética pero en una magnitud menor a la que se esperaría al compararse con un individuo no emparentado.


Finalmente, ¿Por qué es importante estudiar la variabilidad genética? Todo lo descrito anteriormente es el resultado de varios años de investigación por parte de la Biotecnología, Biología, Bioquímica y otras áreas relacionadas a través de diferentes técnicas moleculares. En los humanos, ha permitido comprendernos y dar una explicación del trasfondo genético que acompaña a muchos de nuestras características. También ha permitido establecer métodos de detección y terapia de enfermedades como condiciones cardiacas, cáncer y diabete. A su vez, promueve el desarrollo del conocimiento básico de los componentes moleculares y las anomalías detrás de un cuadro clínico. Esto no solo ha permitido solucionar varios problemas actuales, sino también plantear rutas de experimentación para otras necesidades. Conocer el funcionamiento del entorno celular permite entender métodos más específicos de modificación de dicho entorno con el fin de maximizar o inhibir una características o productos de una célula u organismo en particular, para usos industriales, terapéuticos o comerciales.


En conclusión, el ADN es una molécula susceptible de modificaciones por múltiples factores las cuales dan como resultado la aparición de variantes para un rasgo en particular de una persona, no solo en el aspecto físico sino también en el entorno molecular. Todo este conocimiento generado alrededor de estos fenómenos ha permitido proporcionar soluciones de valor a la sociedad para los problemas actuales y futuros. Aún quedan muchas dudas más por aclarar luego de este post como: Si las células de un humano se originan de dos gametos ¿Cómo es posible que tengan diferentes funciones en un adulto?, ¿Qué implica la similitud de nuestro ADN con otros seres vivos?, ¿Cómo suceden, en detalle, las mutaciones en las células?, entre otras cuestiones.

Espero que esta síntesis de conocimientos acerca del ADN haya contribuido a entender mejor como funciona el ADN y porqué es valioso investigarlo, así como también fomentar en ti la curiosidad e indagación autónoma y por último, pero no menos importante, proporcionarte un tema de conversación interesante para la próxima fiesta o simposio al que asistas. Agradezco infinitamente tu tiempo.




Referencias

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