La bifurcación evolutiva de un gen en dos con funciones distintas

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Por primera vez se ha logrado analizar a escala molecular cómo un gen que desarrolle dos funciones que compitan una con la otra por la asignación de recursos, puede finalmente dividirse en dos, a través de la duplicación génica, cesando esa competición entre funciones al ser asignada cada una a un gen distinto y seguir cada uno de estos un camino evolutivo separado.

Christina Cheng. (Foto: L. Brian Stauffer)

El estudio valida una hipótesis de décadas de antigüedad sobre un mecanismo clave de la evolución. La investigación también confirma la ascendencia de una familia de proteínas anticongelantes que ayuda a un pez antártico a sobrevivir en las frías aguas del Océano Antártico.

Christina Cheng, profesora de Biología Animal en la Universidad de Illinois, lleva tres décadas estudiando las adaptaciones genéticas que permiten a los peces antárticos sobrevivir en una de las zonas más frías del planeta.

Los científicos saben desde el año 2001 que la secuencia genética que codifica para una familia de proteínas anticongelantes (conocida como AFP III) es muy similar a una parte de la secuencia de un gen que codifica para una enzima celular en los seres humanos. Ya que el pez antártico objeto de estudio también produce esta enzima (SAS), se pensaba que los genes para estas proteínas anticongelantes de alguna manera habían evolucionado a partir de una copia duplicada del gen SAS. Sin embargo, ningún estudio lo había demostrado con datos experimentales lo bastante convincentes.

El hallazgo hecho por Cheng y sus colegas de la Academia China de Ciencias apoya esa hipótesis de que cuando un gen comienza a desarrollar más de una función, la duplicación de ese gen podría resultar en la evolución divergente del gen original y su duplicado.

En la antigua enzima SAS, la función original desempeñada por ella y la función adicional emergente relacionada con el hielo, quizá entraron en conflicto una con la otra. Cuando el gen SAS-B fue creado por duplicación como resultado de un error de copiado o de algún otro suceso fortuito en la célula, entonces cada uno de los genes duplicados fue liberado del conflicto y siguió su propio camino evolutivo.

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MAS GENES RELACIONADOS CON EL DESEO DE EXPERIMENTAR NUEVAS SENSACIONES

Neurología

Lunes, 08 de Noviembre de 2010 08:28

El deseo de experimentar nuevas sensaciones, o, en otras palabras, las ganas de hacer cosas excitantes, está relacionado con la dopamina, una sustancia química que transporta mensajes en nuestro cerebro. Un nuevo análisis de genes en el sistema de la dopamina ha desvelado un grupo de mutaciones que ayudan a predecir si alguien será propenso a desear experimentar nuevas sensaciones. El deseo excesivo de experimentar nuevas sensaciones ha sido relacionado con varios trastornos de la conducta, como la adicción a las drogas. Si no alcanza niveles excesivos, no es un anhelo perjudicial. No todo aquel que busca nuevas sensaciones ha de convertirse en drogadicto. Las personas de esta clase pueden acabar siendo alpinistas o artistas, por ejemplo. Todo está en cómo cada cual lo canalice. La investigadora Jaime Derringer (Universidad de Minnesota) quiso usar una nueva técnica para averiguar más cosas sobre la genética subyacente en el deseo de experimentar nuevas sensaciones. Ya se han descubierto las conexiones más obvias entre enfermedades y genes, como por ejemplo la existente entre el gen BRCA y el cáncer de mama, en que dicho gen incrementa el riesgo de padecer esa enfermedad. Sin embargo, hasta recientemente, no había métodos viables que permitieran a los científicos buscar asociaciones más sutiles con los genes, como por ejemplo las que pudieran tener ciertos rasgos de conducta y de personalidad. Derringer y su equipo usaron una clase de mutación en el ADN conocida como polimorfismo de un único nucleótido, o SNP por sus siglas en inglés. Un SNP es un cambio en sólo una "letra" del ADN. Ella comenzó seleccionando 8 genes con varias funciones relacionadas con el neurotransmisor dopamina, el cual ya fue vinculado en estudios anteriores con el deseo de experimentar nuevas sensaciones. A continuación, Derringer analizó un grupo de 635 personas que participaban en un estudio sobre la adicción. Ella obtuvo de cada una su información genética sobre 273 SNPs de los que se sabe que suelen aparecer en esos 8 genes, así como una evaluación de cuánto tendían a desear experimentar nuevas sensaciones. Usando estos dos conjuntos de datos, la investigadora pudo reducir los 273 SNPs a 12 que parecían ser los más importantes. Cuando combinó estos 12 SNPs, se logró explicar casi el 4 por ciento de la diferencia entre las personas respecto al deseo de experimentar nuevas sensaciones. Un 4 por ciento puede parecer poco, pero es muy significativo para un estudio genético. Scitech News

Observan Cómo una Enzima Repara los Daños Causados en el ADN Por la Luz Ultravioleta

25 de Agosto de 2010. Se sabe desde hace tiempo que los seres humanos carecemos de una enzima clave, abundante sin embargo en el reino animal y en el vegetal, que revierte muchos de los daños causados por la radiación solar en el ADN. Sin embargo, hasta ahora se desconocía el mecanismo específico de este efecto protector. Recientemente en un estudio pionero, unos investigadores han sido testigos de cómo actúa a escala atómica esta enzima cuando repara los daños en el ADN.


Este descubrimiento probablemente sirva para desarrollar futuros tratamientos para las quemaduras solares y para ayudar a la prevención del cáncer de piel.

Dongping Zhong, físico y químico de la Universidad Estatal de Ohio, y sus colegas, fueron capaces de observar cómo la enzima, llamada fotoliasa, inyecta un electrón y un protón en una hebra de ADN dañada. Las dos partículas subatómicas repararon el desperfecto en unas pocas milmillonésimas de segundo.

Parece simple, pero esas dos partículas atómicas iniciaron una serie muy compleja de reacciones químicas. Además, todo ocurrió muy rápido, por lo que la sincronización tenía que ser extremadamente precisa.
El equipo de investigación sintetizó ADN en el laboratorio y lo expuso a la luz ultravioleta, produciéndose en ese ADN daños similares a los de las quemaduras solares. Posteriormente, agregaron la enzima fotoliasa. Usando pulsos de luz ultrarrápidos, tomaron una serie de "fotografías" para captar cómo la enzima repara a escala atómica el ADN.

La luz ultravioleta daña la piel, al hacer que los enlaces químicos se formen en lugares equivocados a lo largo de las moléculas de ADN en nuestras células.

Este estudio ha revelado que la fotoliasa rompe los enlaces errados sólo en los lugares necesarios, por lo que los átomos en el ADN vuelven a sus posiciones originales. Los enlaces son entonces organizados de tal manera que el electrón y el protón son expulsados de manera automática de la hélice de ADN y regresan a la fotoliasa, presumiblemente para empezar el ciclo de nuevo y reparar otras áreas dañadas.

Todos los vegetales y la mayoría de los animales disponen de fotoliasa para reparar los daños severos causados por la radiación solar. Desde los árboles a las bacterias, pasando por los insectos y otros muchos animales, todos ellos gozan de esta protección adicional. Sólo los mamíferos carecemos de la enzima.

Los humanos poseemos algunas enzimas que pueden reparar daños en el ADN, pero son menos eficientes.

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Nanoexplosiones Para Introducir Moléculas, Proteínas y ADN Dentro de Células Vivas

25 de Agosto de 2010. Usando "nanoexplosiones" químicas que producen agujeros minúsculos en las membranas protectoras de las células, unos investigadores han demostrado una nueva técnica para introducir pequeñas moléculas terapéuticas, proteínas y ADN directamente en las células vivas.


Los científicos han estado intentando durante décadas posicionar de modo más eficiente en las células el ADN y el ARN. Para ello, han recurrido a una amplia variedad de métodos, incluyendo usar virus para transportar el material genético hasta el interior de las células, recubrir ADN y ARN con agentes químicos especiales, o emplear campos eléctricos y ultrasonidos para abrir las membranas celulares. Sin embargo, estos métodos convencionales suelen tener una baja eficiencia o entrañan riesgos para la salud.

Parece que ahora las cosas van a cambiar mucho, gracias al desarrollo de la nueva técnica.
En ésta, nanopartículas de carbono activadas por ráfagas de luz láser desencadenan pequeñas explosiones, que abren agujeros en las membranas celulares el tiempo suficiente para que los agentes terapéuticos contenidos en el fluido circundante puedan penetrar dentro de las células a través de esos agujeros.

Mediante el ajuste de la exposición al láser, el equipo de Mark Prausnitz (de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular, perteneciente al Instituto Tecnológico de Georgia) logró administrar una pequeña molécula marcadora al 90 por ciento de las células seleccionadas como objetivos, y más del 90 por ciento de las células tratadas sobrevivió.

Esta técnica permitiría inyectar en las células una amplia variedad de moléculas terapéuticas que ahora es muy difícil de introducir en su interior de manera práctica y sin matarlas. Una de las aplicaciones más importantes para esta tecnología sería la terapia genética, que resulta muy prometedora para diversas dolencias difíciles de tratar por otros medios. Hasta ahora, los progresos en el campo de la terapia genética han estado muy limitados por la dificultad de introducir ADN y ARN dentro de las células.

Hasta donde se sabe, este trabajo del equipo de Prausnitz es el primero en el que se utiliza la activación de nanopartículas de carbono reactivas por rayos láser para aplicaciones médicas. Será necesaria una labor de investigación adicional, y también ensayos clínicos, antes de que la técnica pueda utilizarse en humanos.

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Observada la ‘generación espontánea’ de priones

Escrito por Kanijo en Biologí­a, Medicina, tags: priones

Cables de metal ‘catalizan’ la aparición de proteínas vagabundas procedentes del tejido cerebral sano.

Tras una épica serie de experimentos, un grupo de investigadores ha observado y reproducido lo que podría ser la generación espontánea de priones — proteínas vagabundas mal plegadas que han sido implicadas en la destrucción del sistema nervioso central.

Estas proteínas mal plegadas, culpables de la enfermedad de Creutzfeldt–Jakob y la tembladera, son altamente infecciosas. Aunque la transmisión más conocida es a través de la ingestión de carne infectada, también se cree que los priones surgen espontáneamente en una minúscula proporción de humanos y otros animales. Estos priones de nueva generación se han logrado anteriormente en células animales usando un método conocido como ‘amplificación cíclica de proteínas mal plegadas’ (PMCA), el cual implica una repetición de ciclos de ultrasonidos e incubación.

Ahora, un equipo con sede en Londres, informa de la observación de priones que aparecen en tejidos sanos del cerebro de ratones¹. (Las muestras humanas tradicionalmente se han mostrado menos proclives a la PMCA, y el mal plegamiento de las proteínas priones se cree que tiene lugar a un ritmo mucho menor en humanos que en ratones).

“Lo que estábamos haciendo era tratar de desarrollar un ensayo muy sensible para la detección de priones en una superficie de metal, de forma que pudiésemos usarlo en la descontaminación de priones”, dice el coautor John Collinge, que dirige el Departamento de Enfermedades Neurodegenerativas en el University College de Londres.

“Nos llevó un tiempo hasta que nos convencimos de que era un fenómeno real”.

Acero pegajoso

Los priones se unen fácilmente a los cables de acero, los cuales podemos usar entonces para detectar la presencia de priones, así como para infectar cerebros en los estudios de laboratorio. Collinge sugiere que la superficie de metal en el experimento del equipo de alguna forma catalizó la formación de priones.

Mientras trabajaban con una versión de la tembladera en ratones en el laboratorio de Collinge, los investigadores encontraron que algunos cables cubiertos con cerebro de ratón no infectado, pensados como controles, daban positivo. Finalmente concluyeron que no era un error o un resultado de la contaminación.

En un experimento normal, informan, los cables se colocan homogéneamente en el cerebro en cerebros de ratones no infectados y con priones de tembladera. De los 16 experimentos, 9 tenían controles que fueron positivos en priones. En total, 40 de 2268 placas de prueba fueron positivas.

Los autores tuvieron entonces la precaución de repetir el estudio en otro laboratorio que nunca antes había usado priones para su trabajo. Compraron nuevo equipo y lo enviaron directamente al lugar para evitar cualquier riesgo de contaminación. A pesar de esto, las células cerebrales sanas no infectadas seguían dado positivos para priones en proporciones bajas.

“Podemos reproducir en un sistema de laboratorio lo que se cree que está sucediendo en animales y humanos”, dice el coautor Charles Weissmann, que actualmente estudia biología de priones en Scripps Florida en Júpiter.

“Al principio era bastante difícil de creer. Pasamos años repitiendo el experimento cada vez bajo circunstancias más restrictivas”.

Crucialmente, cuando se transferían a ratones, los nuevos priones causaban enfermedades con distintas características de las producidas por los priones de tembladera normalmente usados en el laboratorio.

“Efectivamente, la histopatología asociada con los ‘priones espontáneos’ es improbable que se viera antes en nuestro laboratorio”, señala el artículo. “El distintivo patrón histopatológico inducido por los priones espontáneos excluye la contaminación del RML [Rocky Mountain Laboratory] o de otras cepas de tembladera adaptada a ratones usada por nosotros mismos como causa de estas transmisiones en ratones”.

¿Cuál es la alternativa?

Hay una explicación alternativa a la generación espontánea.

Se cree que los priones son un polímero de proteínas mal plegadas. Collinge dice que las ‘semillas’ nacientes de priones podrían estar formándose y destruyéndose en el cerebro todo el tiempo. El cable de metal podrían tener el efecto de concentrar las semillas, incrementando de este modo el ritmo al que se forman los priones.

“Lo que ahora es importante es distinguir si esta baja abundancia existe, o si el proceso induce la generación espontánea de priones”, dice Claudio Soto, experto en desórdenes neurodegenerativos de la Rama Médica de la Universidad de Texas en Galveston quien no estuvo implicado en el trabajo.

El equipo de Soto fue pionero en el método PMCA — inicialmente una forma de detectar priones, pero luego una forma potencial de generarlos. “Me parece que la posibilidad de que los tejidos normales tengan una baja abundancia de priones es una posibilidad bastante factible”, dice Soto.

Distinguir entre estas dos posibilidad es el siguiente paso clave. Si priones pre-existentes se concentran en los cables de acero, el ritmo al que esto sucede debería ser directamente proporcional a la concentración del material cerebral. Más cerebro equivale a más priones semilla. Inversamente, una generación espontánea genuina sería una función de la concentración de orden mayor, señalan los autores².

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Referencias:
1. Edgeworth, J. A. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA doi:10.1073/pnas.1004036107 (2010).
2. Eigen, M. Biophys. Chem. 10, A1-A18 (1996). | Article

Autor: Daniel Cressey
Fecha Original: 26 de julio de 2010
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Desvelan el Secreto Genético Que Permite a los Tibetanos Vivir a Gran Altura

12 de Junio de 2010. Un equipo internacional ha identificado un gen que permite a los tibetanos vivir y trabajar a más de 3 kilómetros sobre el nivel del mar sin padecer el mal de la montaña.


Un estudio previo corroboró que los tibetanos están adaptados genéticamente a vivir a gran altura. Ahora, menos de un mes después, un segundo estudio, realizado por científicos de China, Reino Unido, Irlanda y Estados Unidos, ha identificado un punto particular en el genoma humano, concretamente una variante genética vinculada a un nivel bajo de hemoglobina en la sangre, que ayuda a explicar cómo los tibetanos lidian con el bajo nivel de oxígeno que es tan característico de su tierra.

El estudio aporta nuevos y esclarecedores datos sobre cómo los tibetanos, que han vivido a grandes altitudes durante más de 10.000 años, han desarrollado características genéticas diferentes a las de sus ancestros de las tierras bajas.

La menor presión del aire a gran altura hace que haya menos moléculas de oxígeno en el aire con el que los pulmones son llenados al aspirar. La altitud afecta a la facultad de pensar, a la respiración y hasta a la capacidad de dormir. Pero los nativos de lugares situados a gran altitud no tienen esos problemas, tal como señala Cynthia Beall (Universidad Case Western Reserve), del equipo de investigación. Esas personas son capaces de llevar una vida sana y confortable pese a la altitud.

Las personas oriundas de tierras poco altas que visitan lugares ubicados a gran altitud, o incluso se quedan a vivir en ellos, nunca logran el mismo grado de adaptación de los tibetanos. Los forasteros responden a la falta de oxígeno creando más hemoglobina, el componente de la sangre humana que transporta el oxígeno.

Sin embargo, demasiada hemoglobina puede ocasionar problemas de salud. El exceso de hemoglobina es típico en quienes sufren el mal de la montaña. Esta enfermedad crónica, conocida también como mal de las alturas, es una sobrerreacción a la altitud y se caracteriza por una sangre espesa y viscosa. Los tibetanos, en cambio, mantienen a gran altitud un nivel de hemoglobina relativamente bajo.

Para identificar las variantes genéticas subyacentes en los niveles relativamente bajos de hemoglobina de los tibetanos, los investigadores recolectaron muestras de sangre de cerca de 200 aldeanos tibetanos que vivían en tres regiones altas en el Himalaya. Cuando compararon el ADN de los tibetanos con sus homólogos de tierras bajas en China, los resultados señalaron a un mismo responsable: un gen en el cromosoma 2, llamado EPAS1, implicado en la producción de glóbulos rojos y en la concentración de la hemoglobina en la sangre.

A pesar de que todos los humanos tenemos el EPAS1, los tibetanos portan una versión especial del gen. Con el paso del tiempo y el trabajo de la evolución, los individuos que heredaban esta variante eran más capaces de sobrevivir y transmitirla a sus hijos, hasta que finalmente se volvió la variante más común en la población tibetana en general.

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El entrelazamiento cuántico mantiene unido el ADN

Un nuevo modelo teórico sugiere que el entrelazamiento cuántico ayuda a prevenir que las moléculas de la vida se rompan.

Hubo un tiempo, no hace mucho, en el que los biólogos juraban y perjuraban que la mecánica cuántica no podía jugar ningún papel en los sistemas calientes y húmedos de la vida.

Desde entonces, la disciplina de la biología cuántica ha emergido como uno de los campos más excitantes en la ciencia. Parece como si los efectos cuánticos fueran cruciales en algunos procesos biológicos, tales como la fotosíntesis y la navegación de las aves.

Ahora, un grupo de físicos dice que las extrañas leyes de la mecánica cuántica pueden ser más importantes para la vida de lo que los biólogos hayan podido imaginar. Su nueva idea es que el ADN se mantiene unido por el entrelazamiento cuántico.

Merece la pena verlo con más detalle. El entrelazamiento es el extraño proceso cuántico en el que una función de onda describe dos objetos separados. Cuando esto ocurre, estos objetos comparten de forma efectiva la misma existencia, sin importar lo lejos que puedan estar el uno del otro.

La cuestión que Elisabeth Rieper, de la universidad nacional de Singapur, y dos colegas suyos se han preguntado es qué papel podría desempeñar el entrelazamiento en el ADN. Para encontrarlo, han construído un modelo teórico simplificado de ADN en el que cada nucleótido consta de una nube de electrones en torno a un núcleo central positivo. Esta nube negativa puede moverse respecto del núcleo, creando un dipolo. Y el movimiento de la nube es del tipo de un oscilador armónico.

Cuando los nucleótidos se enlazan para formar una base, estas nubes tienen que oscilar en direcciones opuestas para asegurar la estabilidad de la estructura.

Rieper y cía. se preguntan qué sucede a estas oscilaciones, o fonones, como las llaman los físicos, cuando los pares base tienen una estructura de doble hélice.

Los fonones son objetos cuánticos, lo que significa que pueden existir en una superposición de estados y entrelazarse, como cualquier otro objeto cuántico.

Para empezar, Rieper y cía. imaginan la hélice sin ningún efecto externo. “Claramente, la cadena de osciladores armónicos está entrelazada a temperatura cero”, dicen. Entonces continúan demostrando que el entrelazamiento también puede existir a temperatura ambiente.

Esto es posible porque los fonones tienen una longitud de onda similar en tamaño a la de una hélice de ADN, lo que permite la formación de ondas estacionarias, un fenómeno conocido como atrapamiento de fonones. Cuando esto sucede, los fonones no pueden escapar fácilmente. Se sabe que un tipo similar de fonón causa problemas en estructuras de silicio del mismo tamaño.

Esto sería poco importante si no tuviera ningún efecto global en la hélice. Pero el modelo desarrollado por Rieper y cía. sugiere que el efecto es profundo.

Aunque cada nucleótido en un par base está oscilando en direcciones opuestas, esto ocurre como una superposición de estados, así que el movimiento global de la hélice es nulo. En un modelo puramente clásico, sin embargo, esto no puede suceder, en cuyo caso la hélice vibraría y se rompería.

Así que en este sentido, estos efectos cuánticos son responsables de mantener unido el ADN.

La pregunta, por supuesto, es cómo probar esto. Ellos dicen que una línea de evidencia es que un análisis puramente clásico de la energía requerida para mantener el ADN unido no funciona. Sin embargo, su modelo cuántico hace encajar las piezas. Esto es interesante, pero necesitan tener algo experimentalmente convincente para persuadir a los biólogos de estas ideas.

Una sugerencia tentadora al final de su artículo es que el entrelazamiento puede tener una influencia en el modo en que la información es leída en una cadena de ADN, y que esto puede ser explotado experimentalmente. Pero no dicen cómo.

Un trabajo especulativo, pero potencialmente explosivo.

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Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1006.4053: The Relevance Of Continuous Variable Entanglement In DNA

Fecha Original: 28 de junio de 2010
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Confirman Que el Ancestro Común Universal Existió

18 de Junio de 2010. Hace más de 150 años, Darwin propuso la teoría de la ascendencia común universal, que enlaza todas las formas de vida por una herencia genética compartida, desde los microorganismos unicelulares hasta los seres humanos. Hasta hace poco, esta teoría había estado más allá del alcance de una comprobación formal. Sin embargo, ahora se ha conseguido por fin presentar los resultados de la primera comprobación cuantitativa a gran escala de esta famosa teoría que sustenta a buena parte de la biología evolutiva moderna.


Los resultados del estudio confirman que Darwin estaba en lo cierto desde el principio. En su libro de 1859, "El Origen de las Especies" ("On the Origin of Species"), propuso que "todos los seres orgánicos que han vivido en la Tierra han descendido de alguna forma primordial". Durante el último siglo y medio, ha crecido de manera constante la cantidad de evidencias cualitativas de esta teoría, gracias a las numerosas y sorprendentes formas de transición halladas en el registro fósil, y también a la identificación inequívoca de similitudes biológicas fundamentales a escala molecular.

Sin embargo, recientemente, ha crecido el escepticismo entre algunos biólogos evolutivos quienes han planteado que quizá las relaciones evolutivas entre los organismos vivos no quedan mejor descritas por un único “árbol genealógico evolutivo” sino más bien por múltiples árboles interconectados en una "red genealógica evolutiva".
Hay pruebas moleculares, obtenidas recientemente, que indican que la vida primordial pudo haber sido sometida a una desenfrenada transferencia horizontal de genes, como ocurre con frecuencia hoy en día cuando los organismos unicelulares intercambian genes utilizando otros mecanismos de reproducción que no son los usuales. En ese caso, según argumentan algunos científicos, las primeras relaciones evolutivas fueron semejantes a una red, por lo que es posible que las formas de vida evolucionasen a partir de varios ancestros en vez de sólo uno.

Según el bioquímico Douglas Theobald, eso realmente no importa. Podría ser que la vida se hubiera originado varias veces y de manera independiente unas de otras, algo que la teoría del ancestro común universal permite. Si es así, la teoría sostiene que se produjo un cuello de botella en la evolución, y los descendientes de sólo uno de los grupos primigenios independientes sobrevivieron hasta llegar a nuestros días.

O, por otra parte, también existe la posibilidad de que poblaciones separadas se mezclaran y combinasen con el paso del tiempo, mediante el intercambio de suficientes genes, hasta desembocar en una especie que se convirtió en el ancestro común de todas las formas de vida actuales de la Tierra. De un modo u otro, todas las formas de vida aún estarían genéticamente relacionadas.

Valiéndose de potentes herramientas informáticas y aplicando estadística bayesiana, Theobald ha descubierto que las evidencias respaldan abrumadoramente a la teoría de Darwin de la ascendencia común universal, con independencia del papel de la transferencia horizontal de genes o de los posibles orígenes múltiples de la vida. La ascendencia común universal es millones de veces más probable que cualquier teoría sobre múltiples linajes independientes.

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Un fallo humano en los tests genéticos de 23andMe muestra la fragilidad de este tipo de pruebas

Tal y como cuentan en Singularity Hub y en otros sitios (véase Genetic Testing Mix-up at 23andMe, Another Blow to the Industry) alguien en los laboratorios del servicio de pruebas genéticas 23andMe la lió parda al equivocarse con las bandejas donde se manejan las muestras a analizar. El resultado fue que las muestras de 96 personas fueron de alguna forma intercambiadas por otras durante su procesamiento: los resultados de las pruebas acabaron siendo enviados erróneamente a otras personas. Algunas se dieron cuenta del problema al compararlos con datos que ya conocían o de familiares, viendo que eran totalmente inconsistentes, o porque recibían datos correspondientes a personas de otro sexo.

Este fallo, que no ha sido el único en este tipo de empresas en los últimos años, muestra un problema de este tipo de pruebas tan avanzadas puede haber errores humanos casi imposibles de detectar: quien recibe un informe con sus datos genéticos no tiene una forma fácil de averiguar si el informe es correcto o es el de otra persona (imagina incluso con informes genéticos más «extraños» del tipo ¿de dónde provienen tus antepasados?). Incluso una fiabilidad del 99 por ciento sería ridícula debido a la importancia de la información que se maneja. 23andMe ha publicado una nota en su blog explicando lo sucedido y reconociendo la gravedad del problema.

Crean la primera célula controlada por un genoma sintético

Científicos del Instituto J. Craig Venter de EEUU han conseguido que un genoma sintético, creado por ellos mismos mediante síntesis química, controle las funciones de una célula bacteriana. Los investigadores han sustituido el genoma de la bacteria Mycoplasma capricolum por otro sintético con la secuencia del de la especie Mycoplasma mycoides, de tal forma que la primera ha empezado a actuar y auto-replicarse como la segunda. Este avance puede ayudar a resolver problemas energéticos y medioambientales.

“Hemos creado una ‘célula sintética’, ya que está controlada por un genoma ensamblado con fragmentos de ADN sintetizados químicamente”, explica a SINC Daniel Gibson, investigador del Instituto J. Craig Venter de EE UU. Los científicos de esta fundación presentan hoy en la revista Science a la bacteria ‘Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0’, la primera célula controlada por un genoma sintético.

El equipo ya había conseguido, por un lado, sintetizar y copiar químicamente un genoma bacteriano, y por otro, trasplantar el genoma de una bacteria a otra. Lo que han logrado ahora es juntar los dos métodos: primero sintetizar el genoma del microorganismo Mycoplasma mycoides y después trasplantarlo a Mycoplasma capricolum, al que se le extrae el suyo.

El nuevo genoma logró “arrancar” o activar la célula receptora para que produjera proteínas y se auto-replicara como M. mycoides. Surgió así Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0, “que no se puede considerar una nueva especie o subespecie porque es muy similar a la natural”, subraya Gibson. “Como el software del ADN construye su propio hardware, esperamos que las propiedades de las células controladas por el genoma sintético sean las mismas que las que habría si toda la célula se hubiera producido sintéticamente”.

El genoma sintético es una copia del original salvo en 14 genes. El investigador explica que dos se desorganizaron durante el proceso, “pero los otros doce se eliminaron o alteraron intencionadamente, diez de ellos para formar cuatro secuencias que actúan como ‘marcas de agua’ para diferenciar el genoma sintético del natural, y que reemplazan a genes que sabíamos que no eran esenciales para la viabilidad”.

Los científicos se refieren a la célula resultante como ‘sintética’, pero en realidad sólo es sintético el genoma. Gilbson aclara que, aunque el citoplasma de la célula receptora no es sintético, “después de trasplantarla y replicarla en una placa para formar una colonia, la progenie no contendrá ninguna de las proteínas que estaban presentes en la célula receptora original”.

Aplicaciones energéticas y medioambientales

De momento los científicos han tomado como modelo el genoma de M. mycoides, pero en el futuro les gustaría diseñar otros más originales y crear bacterias capaces de realizar tareas específicas para ayudar a resolver problemas como los energéticos, con la producción de combustible, o los medioambientales, mediante microorganismos que limpien ambientes contaminados.

“Hemos aprendido mucho con esta prueba de experimento conceptual y ahora estamos listos para construir diferentes organismos”, señala Gibson. “Por ejemplo, nos gustaría utilizar la información de secuenciación disponible y crear células que puedan producir energía, productos farmacéuticos, compuestos industriales, o que permitan secuestrar el dióxido de carbono”.

Los investigadores también confían en que el método desarrollado ayude a comprender mejor los mecanismos básicos que dirigen toda la vida. “Ya hemos empezado a trabajar con el objetivo final de sintetizar una célula mínima, con sólo la maquinaria necesaria para llevar una vida independiente”, destaca el científico.

“Ahora que somos capaces de sintetizar una célula de un genoma sintético, podemos probar su funcionalidad. Podemos ir reduciendo el genoma sintético y repetir los experimentos en los trasplantes hasta que ya no se puedan eliminar más genes, y el genoma quede tan pequeño como sea posible. Esto nos ayudará a comprender la función de cada gen en una célula y qué ADN se requiere para sostener la forma de vida más simple”, continúa.

En el estudio se apunta que si los métodos descritos se pueden generalizar, “el diseño, la síntesis, el ensamblaje y el trasplante de cromosomas sintéticos ya no será un obstáculo para el progreso de la biología sintética”, y se prevé que los costes de los procedimientos serán cada vez más baratos y automáticos.

Implicaciones éticas

Los autores también hacen referencia en la publicación a las implicaciones éticas de este avance en biología: “Las discusiones éticas relativas a la síntesis de vida las tenemos desde las primera etapas del estudio. Según se vayan extendiendo las aplicaciones de la genómica sintética, anticipamos que este trabajo continuará planteando asuntos filosóficos con implicaciones sociales y éticas. Animamos al dialogo continuo”.

“Cualquier nueva área de la ciencia o la tecnología se puede emplear con fines positivos (en el caso de la genómica sintética: nuevos biocombustibles, nuevas vacunas y medicamentos, agua potable…) o pueden ser utilizados de una manera negativa”, plantea Gibson.

“Desde el primer día del programa de investigación para crear la célula sintética, hace ya casi 15 años, hemos trabajado duro para establecer un diálogo con especialistas en bioética, los gobiernos de EE UU y de otros países, miembros del Congreso, educadores, estudiantes y los medios de comunicación. Esta área de la ciencia se ha analizado en detalle y creemos que tiene un gran potencial para el bien de la sociedad si se usa con prudencia. Tenemos la intención de ser líderes en hacer esto una realidad”, concluye.

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Referencia bibliográfica:
Daniel G. Gibson, John I. Glass, Carole Lartigue, Vladimir N. Noskov, Ray-Yuan Chuang, Mikkel A. Algire, Gwynedd A. Benders, Michael G. Montague, Li Ma, Monzia M. Moodie, Chuck Merryman, Sanjay Vashee, Radha Krishnakumar, Nacyra Assad-Garcia, Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova, Lei Young, Zhi-Qing Qi, Thomas H. Segall-Shapiro, Christopher H. Calvey, Prashanth P. Parmar, Clyde A. Hutchison III, Hamilton O. Smith, J. Craig Venter. “Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome”. Science, 21 de mayo de 2010.

Fecha Original: 20 de mayo de 2010
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Escrito por Kanijo

Científicos del Instituto J. Craig Venter de EEUU han conseguido que un genoma sintético, creado por ellos mismos mediante síntesis química, controle las funciones de una célula bacteriana. Los investigadores han sustituido el genoma de la bacteria Mycoplasma capricolum por otro sintético con la secuencia del de la especie Mycoplasma mycoides, de tal forma que la primera ha empezado a actuar y auto-replicarse como la segunda. Este avance puede ayudar a resolver problemas energéticos y medioambientales.

“Hemos creado una ‘célula sintética’, ya que está controlada por un genoma ensamblado con fragmentos de ADN sintetizados químicamente”, explica a SINC Daniel Gibson, investigador del Instituto J. Craig Venter de EE UU. Los científicos de esta fundación presentan hoy en la revista Science a la bacteria ‘Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0’, la primera célula controlada por un genoma sintético.

El equipo ya había conseguido, por un lado, sintetizar y copiar químicamente un genoma bacteriano, y por otro, trasplantar el genoma de una bacteria a otra. Lo que han logrado ahora es juntar los dos métodos: primero sintetizar el genoma del microorganismo Mycoplasma mycoides y después trasplantarlo a Mycoplasma capricolum, al que se le extrae el suyo.

El nuevo genoma logró “arrancar” o activar la célula receptora para que produjera proteínas y se auto-replicara como M. mycoides. Surgió así Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0, “que no se puede considerar una nueva especie o subespecie porque es muy similar a la natural”, subraya Gibson. “Como el software del ADN construye su propio hardware, esperamos que las propiedades de las células controladas por el genoma sintético sean las mismas que las que habría si toda la célula se hubiera producido sintéticamente”.

El genoma sintético es una copia del original salvo en 14 genes. El investigador explica que dos se desorganizaron durante el proceso, “pero los otros doce se eliminaron o alteraron intencionadamente, diez de ellos para formar cuatro secuencias que actúan como ‘marcas de agua’ para diferenciar el genoma sintético del natural, y que reemplazan a genes que sabíamos que no eran esenciales para la viabilidad”.

Los científicos se refieren a la célula resultante como ‘sintética’, pero en realidad sólo es sintético el genoma. Gilbson aclara que, aunque el citoplasma de la célula receptora no es sintético, “después de trasplantarla y replicarla en una placa para formar una colonia, la progenie no contendrá ninguna de las proteínas que estaban presentes en la célula receptora original”.

Aplicaciones energéticas y medioambientales

De momento los científicos han tomado como modelo el genoma de M. mycoides, pero en el futuro les gustaría diseñar otros más originales y crear bacterias capaces de realizar tareas específicas para ayudar a resolver problemas como los energéticos, con la producción de combustible, o los medioambientales, mediante microorganismos que limpien ambientes contaminados.

“Hemos aprendido mucho con esta prueba de experimento conceptual y ahora estamos listos para construir diferentes organismos”, señala Gibson. “Por ejemplo, nos gustaría utilizar la información de secuenciación disponible y crear células que puedan producir energía, productos farmacéuticos, compuestos industriales, o que permitan secuestrar el dióxido de carbono”.

Los investigadores también confían en que el método desarrollado ayude a comprender mejor los mecanismos básicos que dirigen toda la vida. “Ya hemos empezado a trabajar con el objetivo final de sintetizar una célula mínima, con sólo la maquinaria necesaria para llevar una vida independiente”, destaca el científico.

“Ahora que somos capaces de sintetizar una célula de un genoma sintético, podemos probar su funcionalidad. Podemos ir reduciendo el genoma sintético y repetir los experimentos en los trasplantes hasta que ya no se puedan eliminar más genes, y el genoma quede tan pequeño como sea posible. Esto nos ayudará a comprender la función de cada gen en una célula y qué ADN se requiere para sostener la forma de vida más simple”, continúa.

En el estudio se apunta que si los métodos descritos se pueden generalizar, “el diseño, la síntesis, el ensamblaje y el trasplante de cromosomas sintéticos ya no será un obstáculo para el progreso de la biología sintética”, y se prevé que los costes de los procedimientos serán cada vez más baratos y automáticos.

Implicaciones éticas

Los autores también hacen referencia en la publicación a las implicaciones éticas de este avance en biología: “Las discusiones éticas relativas a la síntesis de vida las tenemos desde las primera etapas del estudio. Según se vayan extendiendo las aplicaciones de la genómica sintética, anticipamos que este trabajo continuará planteando asuntos filosóficos con implicaciones sociales y éticas. Animamos al dialogo continuo”.

“Cualquier nueva área de la ciencia o la tecnología se puede emplear con fines positivos (en el caso de la genómica sintética: nuevos biocombustibles, nuevas vacunas y medicamentos, agua potable…) o pueden ser utilizados de una manera negativa”, plantea Gibson.

“Desde el primer día del programa de investigación para crear la célula sintética, hace ya casi 15 años, hemos trabajado duro para establecer un diálogo con especialistas en bioética, los gobiernos de EE UU y de otros países, miembros del Congreso, educadores, estudiantes y los medios de comunicación. Esta área de la ciencia se ha analizado en detalle y creemos que tiene un gran potencial para el bien de la sociedad si se usa con prudencia. Tenemos la intención de ser líderes en hacer esto una realidad”, concluye.

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Referencia bibliográfica:
Daniel G. Gibson, John I. Glass, Carole Lartigue, Vladimir N. Noskov, Ray-Yuan Chuang, Mikkel A. Algire, Gwynedd A. Benders, Michael G. Montague, Li Ma, Monzia M. Moodie, Chuck Merryman, Sanjay Vashee, Radha Krishnakumar, Nacyra Assad-Garcia, Cynthia Andrews-Pfannkoch, Evgeniya A. Denisova, Lei Young, Zhi-Qing Qi, Thomas H. Segall-Shapiro, Christopher H. Calvey, Prashanth P. Parmar, Clyde A. Hutchison III, Hamilton O. Smith, J. Craig Venter. “Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome”. Science, 21 de mayo de 2010.

Fecha Original: 20 de mayo de 2010
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Los genes Cux son claves en el desarrollo cognitivo

Dos genes son claves en el desarrollo de los procesos cognitivos, según muestra una investigación

Marta Nieto, Beatriz Cubelos y Álvaro Sebastián, del Centro Nacional de Biotecnología, del CSIC.

Los genes Cux1 y Cux2 son fundamentales en las conexiones neuronales y en el desarrollo de los procesos cognitivos, tal como se ha demostrado en un estudio llevado a cabo por un grupo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que se publica en el último número de Neuron.

Los citados genes regulan la formación de las dendritas de las células nerviosas y de las sinapsis neuronales en los mamíferos. La ramificación de las neuronas y la formación del número adecuado de conexiones neuronales, es decir, las sinapsis que se producen en las espinas dendríticas resultan esenciales a la hora de establecer los circuitos neuronales correctos, de los que dependen en gran medida las capacidades intelectuales humanas.

Marta Nieto, investigadora en el Centro Nacional de Biotecnología, del CSIC, y directora el trabajo, señala que, "a pesar de su importancia, a día de hoy apenas estamos empezando a comprender los complejos mecanismos por los que durante la etapa embrionaria y los primeros días tras el nacimiento se forman tanto las dendritas como sus sinapsis". No obstante, sí hay datos de trabajos previos en los que se ha relacionado con cierta frecuencia las alteraciones morfológicas en las dendritas y en sus extensiones con la aparición de defectos cognitivos.

Para este estudio, la también investigadora del Centro Nacional de Biotecnología Beatriz Cubelos y sus colaboradores, bajo la dirección de Nieto, generaron un ratón que carecía del gen Cux2 y comprobaron que el animal sufría una merma en la función de sus sinapsis, así como determinados defectos en la memoria atribuidos a las alteraciones que se producían en la estructura dendrítica.

Número y complejidad
Cubelos, además, descubrió en experimentos con el animal transgénico que los genes Cux1 y Cux2 participan en la regulación tanto del número de sinapsis que se forman, como de la complejidad del árbol dendrítico en un determinado tipo de neuronas, situadas en las capas superficiales de la corteza cerebral de los mamíferos.

Además, ambos genes regulan la expresión de otros a su vez implicados en defectos cognitivos. Según investigaciones previas de este grupo de científicos, los genes Cux1 y Cux2 participan en la maduración de la sinapsis entre neuronas. Hasta ahora se habían observado alteraciones en la morfología de las dendritas en personas con retraso mental.

El hallazgo que aparece ahora en Neuron confirma que la modulación de las sinapsis y de su plasticidad es fundamental en el desarrollo de los procesos cognitivos, con un papel destacado de las neuronas de las capas superficiales del cerebro en el aprendizaje y en la memoria.

El primer 'genoma digital', a la cápsula del tiempo

Un búnker secreto en la profundidad de los Alpes Suizos, esconde un no menos secreto 'genoma digital', que permitirá la conservación de los datos de la tecnología actual para futuras generaciones.

Acompañados por guardias de seguridad de negro riguroso, los científicos han llevado una cápsula del tiempo a través de un laberinto de túneles y cinco zonas de seguridad hasta una bóveda, sorprendentemente cerca de la estación de esquí de Gstaad, tremendamente 'chic'.

La caja sellada que contiene la llave para desentrañar formatos digitales 'difuntos' quedará sepultada durante el próximo cuarto de siglo tras una puerta de tres toneladas y media, capaz de resistir un ataque nuclear.

"Puedes coger los libros de Einstein de la estantería y leerlos hoy. Traer al presente 50 años y la mayor parte de las notas de Stephen Hawking sólo se podría concebir mediante un almacenaje digital. En unos años, podría suceder que no fuéramos capaces de acceder a ello", argumenta el miembro de la Biblioteca Británica Adam Farquhar, uno de los dos ingenieros informáticos y archivistas involucrados en la transferencia de datos a la cápsula.

Esta cápsula del tiempo contiene el equivalente digital al código genético de los diferentes formatos de datos, un 'genoma digital', para Farquhar.

Unos 100 GB de datos, el equivalente a 24 toneladas de libros, ya se han creado para cada persona en el mundo, teniendo en cuenta desde las fotos de las vacaciones hasta los datos médicos.

Paradójicamente, la tecnología que ayuda a los hombres a vivir más es poco duradera. Algunos estudios sugieren que CD y DVD tienen una vida de 20 años, y algunos formatos digitales no viven más allá de siete años. El hardware, aún menos.

Investigadores descifran el ‘código de unión’

Un descubrimiento que resuelve un misterio de la complejidad biológica subyacente.

Investigadores de la Universidad de Toronto han descubierto una visión fundamentalmente nueva de cómo las células vivas usan un número limitado de genes para generar órganos enormemente complejos como el cerebro.

En un artículo publicado el 6 de mayo en la revista Nature titulado “Deciphering the Splicing Code“, un equipo de investigación liderado por los Profesores Brendan Frey y Benjamin Blencowe describe cómo el código oculto dentro del ADN explica uno de los misterios centrales de la investigación genética – cómo un limitado número de genes humanos pueden producir un número enormemente superior de mensajes genéticos. El descubrimiento une un hueco de décadas de antigüedad entre nuestra comprensión del genoma y la actividad de procesos complejos dentro de las células, lo cual podría algún día llevarnos a predecir o prevenir enfermedades tales como cánceres o desórdenes neurodegenerativos.

Cuando se secuenció completamente el genoma humano en 2004, se encontraron aproximadamente 20.000 genes. No obstante, se descubrió que las células vivas usan esos genes para generar una fuente mucho más rica y dinámica de instrucciones, que constan de cientos de miles de mensajes genéticos que dirigen la mayor parte de la actividad celular. Frey, que tiene estudios en ingeniería y medicina, asemeja este descubrimiento a “escuchar una orquesta tocando tras una puerta cerrada, y cuando abres la puerta ves que sólo tres músicos generaban toda esa música”.

Para descubrir cómo las células vivas generan esta vasta diversidad en su información genética, Frey y el becario de posdoctorado Yoseph Barash desarrollaron un nuevo método de análisis biológico asistido por ordenador que encuentra “contraseñas” ocultas en el genoma que constituyen a lo que se refieren como “código de unión”. Este código contiene las reglas biológicas que se usan para gobernar cómo partes separadas de un mensaje genético copiadas desde un gen pueden unirse de diferentes formas para producir distintos mensajes genéticos (ARNs mensajeros). “Por ejemplo, tres genes de neurexina pueden generar unos 3000 mensajes genéticos que ayuden a controlar las conexiones del cerebro”, dice Frey.

“Anteriormente, los investigadores no podían predecir cómo se reordenarían, o unirían, los mensajes genéticos, dentro de una célula viva”, dice Frey. “El código de unión que hemos descubierto ha tenido éxito al predecir cómo se reordenar miles de mensajes genéticos de forma distinta en muchos tejidos distintos”. El grupo de Blencowe, incluyendo al estudiante graduado John Calarco, usó los datos experimentales generados para derivar y comprobar predicciones a partir del código. “Que el código de unión pueda hacer predicciones precisas a tan gran escala es un gran paso adelante en el campo”, dice Blencowe.

Frey y Blencowe atribuyen el éxito de su proyecto a la estrecha colaboración entre su equipo de talentosos biólogos computacionales y experimentales. “Comprender los sistemas biológicos complejos es como comprender un circuito electrónico complejo. Nuestro equipo hizo ‘ingeniería inversa’ con el código de unión usando datos a gran escala generados por el grupo”, señala Frey.

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Autor: Paul Cantin
Fecha Original: 5 de mayo de 2010
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Primer genoma interpretado

Primer genoma humano secuenciado, y clínicamente interpretado

El proyecto genoma humano costó 3 mil millones de dólares, secuenciar el año pasado ADN completo de Stephen Quake (ahora os cuento quien es) 50.000 dólares. En estos momentos ya están a $5.000 el genoma, y pronto su precio bajará a los $1.000. ¡la medicina personalizada ya está aquí! No tan deprisa… ¿Cuan fácil es extraer información de relevancia clínica de estos genomas? ¿Quién lo hará? ¿ya estarán los médicos preparados para ello?

Estas preguntas son las que el científico de Stanford Stephen Quake y un equipo multidisciplinar de más de 20 investigadores querían abordar en el estudio publicado el pasado viernes en la revista Lancet. Quake no se conformaba con tener la secuencia de letras de su ADN en el disco duro de su ordenador, como es el caso del centenar de personas que ya han secuenciado su genoma. Él quería ser el primero en integrar dicha información genética a su historial clínico, familiar, análisis médicos, y ver qué utilidad real podía salir de todo ello. En definitiva; la idea era hacer una especie de “prueba piloto” de lo que será en el futuro la medicina personalizada, y analizar sus ventajas y dificultades.

Tenemos noticias buenas y malas, ¿cuáles queréis primero? Empecemos por las buenas: la primera conclusión del estudio es que efectivamente, sí tendrá todo el sentido del mundo tener tu genoma secuenciado. Será más práctico que ir haciendo tests para leer sólo fragmentos. El precio de secuenciarlo va a caer en picado, y la información que obtendrás de él tendrá una relevancia clínica enorme como herramienta de medicina preventiva (puede que esta afirmación no te sorprenda, pero en el interior de la comunidad científica hay ciertas dudas en lo referente a enfermedades complejas). Los resultados específicos obtenidos por Quake son lo de menos, pero como ejemplo sí logró averiguar que respecto a un estadounidense blanco de 40 años sus posibilidades de tener cáncer de próstata en algún momento de su vida pasaron del 16 al 23%, mientras que su riesgo de Alzheimer bajó del 9 al 1.4%. Y datos parecidos con otras patologías, algunas que ya podrían haber sido sospechadas por su historial familiar, y otras que fueron “una sorpresa”. Lo más destacable posiblemente fue descubrir que tenía tres mutaciones que le predisponían a problemas cardiovasculares y muerte súbita, pero para complicar un poco el asunto, análisis clínicos específicos mostraron que no se estaban manifestando y por tanto había menos motivos de preocupación (este punto refleja la complejidad de trasladar ciertos datos genéticos a las recomendaciones clínicas). Muy relevante fue también descubrir que tenía una sensibilidad específica ante un fármaco para el corazón. En caso de necesitarlo, sería mejor utilizar otro. Pero da igual; lo importante es que integrando toda la información (no sólo la genética) sí fueron capaces de sacar conclusiones útiles como medicina preventiva y ante futuras terapias. Este estudio, aunque no ofrece titulares suculentos, se está revelando como muy influyente y se considera un paso adelante en el camino hacia la medicina personalizada.

Pero también hay noticias no tan positivas: Quake taró 3 semanas en secuenciar su genoma y lo publicó en un paper de tres autores, pero hacer todo este análisis de manera completa y rigurosa costó casi un año a un amplio equipo de especialistas. Es complicadísimo. Esto no será tan fácil como aplicar un programa informático en el que introduzcas tus mutaciones y te aparezcan unas recomendaciones específicas. Eventualmente, quizás algún día tu médico de cabecera sí estará preparado para interpretarlo, pero no será tan rápido como el desarrollo exponencial de las técnicas de secuenciación parecían indicar. Obtener la secuencia de nuestro genoma estará tirado. Eso no es problema. Y saber si tienes unas mutaciones u otras, tampoco. Pero salvo en casos concretos para los que ya existen tests genéticos específicos, sacar conclusiones clínicas fidedignas de toda la avalancha de datos genéticos que se avecina requerirá algo mucho más complicado que secuenciar un genoma.

Diversidad Genética Basada en Cuándo Se Expresan los Genes

28 de Abril de 2010. Ahora, casi una década después de publicarse el primer bosquejo del genoma humano, los científicos saben que muchas diferencias entre los individuos no son el resultado exclusivo del contenido de sus genes, sino también de dónde y cuándo se expresan esos genes.


Un equipo de científicos dirigido desde la Universidad Yale, usando tecnología de secuenciación de ADN avanzada, ha identificado por primera vez variaciones individuales de dónde, a lo largo de la cadena de tres mil millones de letras que componen el genoma humano, hacen su trabajo diversos genes reguladores importantes.

Estos hallazgos proporcionan nuevos y esclarecedores datos sobre los mecanismos que contribuyen a la diversidad de la vida.

Las diferencias en cómo se regulan nuestros genes podrían conducir a un conocimiento más profundo de las enfermedades, acercándonos más a la medicina personalizada, e incluso ayudar a explicar cómo evolucionan las especies.
Los investigadores analizaron los genomas de varios individuos y un chimpancé para buscar variaciones en áreas del genoma donde ciertas proteínas, específicamente factores de transcripción, se unen a puntos concretos del ADN.

Los factores de transcripción son cruciales para la vida porque controlan la actividad de múltiples genes al regular la transferencia, o transcripción, de información desde el ADN hacia moléculas de ARN, las cuales a su vez transportan la información hacia la maquinaria de fabricación de proteínas en la célula. La ubicación de estos puntos de unión es crucial para determinar la función de los genes que son regulados.

Los investigadores encontraron que los individuos examinados diferían en un 25 por ciento de los puntos de unión que regulan las ARN polimerasas II, las cuales figuran entre las moléculas de mayor importancia para la transcripción de genes a proteínas. Las diferencias entre humanos y chimpancés también fueron pronunciadas, lo cual sugiere que podrían desempeñar un papel clave en crear la variación entre las especies. Cuando los investigadores analizaron una vía bien conocida del sistema inmunitario, se determinó que sólo el 7,5 por ciento de los puntos de unión diferían entre los individuos humanos.

Entre otros, han intervenido en esta investigación: Maya Kasowski y Wei Zheng de la Universidad Yale, y Fabian Grubert y Michael Snyder (ambos ahora en la Universidad de Stanford).

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Científicos españoles identifican un sistema de señales en el cerebro implicado en la esquizofrenia

El estudio, realizado en ratones, explica que la mutación de dos genes implicados en la esquizofrenia conduce al mal funcionamiento de unas neuronas reguladoras de la corteza cerebral

"Si hay una enfermedad cerebral de la que conocemos poco su sustrato biológico es la esquizofrenia, y me refiero no a lo que aprecian los psiquiatras, los síntomas, sino a qué neuronas funcionan mal", avanza el neurocientífico español Oscar Marín. El investiga con su equipo desde hace años dos genes que, cuando son normales, se ocupan en el embrión de que unas neuronas de la corteza cerebral, llamadas interneuronas, lleguen a su posición correcta. Ahora, en colaboración con el equipo que co-dirige con la también neurocientífica Beatriz Rico, ha descubierto que los mismos genes son necesarios para que se formen las conexiones de las interneuronas, es decir, para que puedan comunicarse con otras neuronas. Y lo más interesante es que cuando están mutados, esos dos genes son clave en la esquizofrenia. Los investigadores parecen así haber dado un nuevo e importante paso adelante al descifrar cómo afecta la alteración de estos dos genes al sistema de señales entre neuronas, provocando el mal funcionamiento de la corteza cerebral que es característico de la esquizofrenia. Marín, Rico (Instituto de Neurociencias, Alicante) y sus colegas dan a conocer los resultados de su investigación, realizada con ratones, en la revista Nature.

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En la corteza cerebral hay dos tipos de neuronas, explica Rico. La mayoría son de las llamadas piramidales, que hacen múltiples funciones; el otro tipo son las interneuronas, especializadas en regular la actividad de las primeras. El trabajo de estos científicos no va a pasar desapercibido en absoluto ya que, mientras que la mayoría de las investigaciones en este campo se han centrado en las neuronas piramidales, Marín y sus colegas apuntan hacia las otras, las interneuronas, como desencadenantes de la esquizofrenia cuando funcionan mal.

Los dos genes en los que ellos se centran son los denominados Nrg1 y ErbB4. Se han identificado hasta ahora unos 10 ó 12 genes relacionados con la esquizofrenia, pero son menos los que realmente parecen claves en la enfermedad y los dos con los que trabajan Marín y Rico, según explican ellos mismos, parecen ser los favoritos. Todos las mutaciones que han probado estos investigadores españoles en el experimento provocan disfunciones características de la corteza cerebral en pacientes con esquizofrenia.

"Lo que me parece más interesante es que las mutaciones de diferentes genes, en esta enfermedad, podrían converger en las interneuronas", dice Marín. En la investigación participan seis científicos del Instituto de Neurociencias (CSIC-Universidad Miguel Hernández), un experto de la Universidad de Castilla-la Mancha, y un estadounidense, de la Universidad de California en Davis, que ha aportado los ratones transgénicos del experimento. La investigación se inscribe en el programa Consolider del instituto de Alicante.

"La esquizofrenia es una enfermedad compleja que interfiere en las funciones de varios sistemas cerebrales necesarios para las actividades cognitivas y el comportamiento social", recalcan los investigadores en Nature. En cuanto al componente genético del trastorno, Marín explica que su "carácter hereditario es enorme", lo que no excluye que haya una influencia del entorno notable para desencadenar el trastorno esquizofrenia en quienes padecen la predisposición genética. En realidad, dice este investigador, es muy posible que no se trate de la esquizofrenia, sino de esquizofrenias, diferentes formas de la enfermedad, algo así como el cáncer de hace unas décadas ha resultado ser muchos diferentes cánceres.

¿La Molécula Más Primigenia de la Maquinaria de la Vida?

2 de Abril de 2010. Una molécula de ARN muy pequeña creada por un equipo de científicos puede catalizar una reacción clave necesaria para sintetizar proteínas, los "ladrillos" fundamentales de la vida.


Este logro podría constituir un avance sustancial hacia el conocimiento definitivo de los orígenes de la vida en la Tierra.

Esta enzima, la enzima de ARN más pequeña conocida que realiza una reacción química celular, ha sido creada en la Universidad de Colorado en Boulder.

Rebecca Turk, Nataliya Chumachenko y Michael Yarus han intervenido en este trabajo.

El ARN celular puede tener cientos o miles de sus unidades estructurales básicas, llamadas nucleótidos. El equipo de Yarus se concentró en una ribozima (una forma de ARN que puede catalizar reacciones químicas) que tiene sólo cinco nucleótidos.
Como las proteínas son complejas, una pregunta muy difícil de responder es de dónde surgieron las primeras proteínas.

Ahora parece que las primeras macromoléculas catalíticas podrían haber sido moléculas de ARN. Dado que son un tanto simples, probablemente existieron en el amanecer de la vida en la Tierra, y son capaces de catalizar reacciones químicas sin la presencia de proteínas.

El nuevo hallazgo ha sido toda una sorpresa. Nadie esperaba que una molécula de ARN así de pequeña y simple fuera capaz de hacer una cosa tan complicada.

El descubrimiento brinda una mayor credibilidad a la hipótesis del "mundo de ARN", que propone que la vida en la Tierra evolucionó a partir de formas antiguas de ARN.

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Un juez de NY dictamina que los genes humanos no son patentables

Un juez de Nueva York acaba de invalidar las patentes genéticas relacionadas con los genes BRCA1 y BRCA2, cuyos derechos estaban en posesión de la empresa privada Myriad Genetics. El juez ha dictaminado que dichos genes “son productos de la naturaleza, no invenciones, y por tanto no pueden estar sujetos a las leyes de propiedad intelectual”. Esta decisión podría sentar un precedente y tener consecuencias importantes en el campo de la medicina, la investigación científica, y la industria biotecnológica.

Justo lo comentábamos hace un par de semanas en este post. Myriad Genetics descubrió en 1993 que ciertas mutaciones en los genes BRCA1 y BRCA2 estaban asociadas a mayor riesgo de cáncer de mama y de ovario. Patentó su hallazgo para reservarse los derechos de propiedad intelectual, y ahora es la única compañía en EEUU que puede hacer tests genéticos sobre ellos. Como consecuencia, un análisis preventivo que sería muy útil y barato cuesta unos infladísimos 3.500 dólares en EEUU, y muchas mujeres con antecedentes familiares de cáncer de mama no pueden permitirse saber si están a riesgo genético o no.

Ayer lunes 29 de marzo, una demanda presentada en mayo del año pasado por la ACLU y la Public Patent Foundation (PUBPAT) ha prosperado y el juez Robert Sweet del distrito sur de Nueva York dictaminó que “la identificación de las secuencias del BRCA1 y BRCA2 es un hito científico de un valor incuestionable por el que Myriad merece reconocimiento, pero esto no implica que sea algo sobre lo que puedan poseer una patente”.

Posiblemente los abogados de Myriad apelarán, y la última palabra no está escrita todavía, pero esta decisión judicial importantes implicaciones. El 20% de genes humanos que de momento se conocen están protegidos por cerca de 2.000 patentes genéticas que impiden a muchos científicos investigar sobre ellos, o incluirlos en sus tests para saber qué fármacos funcionan mejor en un determinado grupo de pacientes. Es un tema tremendamente relevante, sobre todo teniendo en cuenta el momento en que se encuentra la investigación en genómica humana. En los últimos años el número de alteraciones genéticas asociadas a enfermedades comunes está aumentando a un ritmo exponencial, y con el progresivo abaratamiento de las técnicas de secuenciación, muy pronto los beneficios que pueden suponer disponer de esta información irrumpirán en la práctica médica rutinaria en forma de una medicina preventiva y tratamientos personalizados mucho más eficientes. Este conocimiento debe ser de dominio público. Es demasiado valioso como para estar restringido por intereses comerciales.

No debemos preocuparnos demasiado por si se pierden incentivos económicos y se retrasa el proceso de extraer información significativa de nuestro ADN. Descubrir mutaciones genéticas relacionadas con la salud cada vez es más sencillo, y si no lo hacen primero compañías privadas, lo hará un poco más tarde la investigación con fondos públicos. La industria ya encontrará sus oportunidades de negocio.

El juez ha sido contundente: "La purificación de un producto natural, sin más, no puede transformarse en una patente. Y como el ADN aislado no es diferente del ADN en estado natural, no es patentable”.

En definitiva, más allá de invalidar unas patentes específicas sobre genes tan relevantes como el BRCA1 y BRCA2, la decisión es una amenaza al principio de que los genes puedan ser patentados. Puede ser un primer precedente a una modificación radical de esta normativa, y tener un gran impacto en el futuro de la medicina.

Andar Primero Apoyando los Talones, ¿Herencia de una Mejor Capacidad de Lucha?

24 de Marzo de 2010. Los osos, los monos antropomorfos y los humanos estamos entre los pocos animales que al andar apoyan primero el talón, y luego la parte anterior de la planta del pie y los dedos. Ahora, un estudio muestra la ventaja de esto: En comparación con caminar apoyando primero el talón, andar sólo sobre la parte anterior de la planta del pie requiere un 53 por ciento más de energía, y andar sólo sobre los dedos del pie un 83 por ciento más de energía.


Nuestros talones se apoyan en el suelo al inicio de cada paso. Sin embargo, en la mayoría de los mamíferos, los talones permanecen elevados al caminar y al correr. Los perros, los gatos y otros animales caminan y corren apoyándose mayormente sobre la parte anterior de la planta del pie. Los ungulados como los caballos y los ciervos corren y caminan sobre los extremos de los dedos de sus pies. Pocas especies se apoyan sobre su talón: osos, humanos y monos antropomorfos como los chimpancés, los gorilas y los orangutanes.

El nuevo estudio ha sido llevado a cabo por el equipo del biólogo David Carrier, profesor en la Universidad de Utah.
El andar de forma económica (ahorrando energía) debió ayudar a encontrar comida a los primeros humanos cazadores-recolectores. Sin embargo, dado que esa capacidad de andar apoyando primero los talones existe también en los monos antropomorfos, debió desarrollarse antes de que nuestros ancestros comunes bajaran de los árboles.

El que nuestros ancestros pudieran apoyar los pies de esa manera cuando aún vivían subidos a los árboles plantea interrogantes, ya que no solían caminar a grandes distancias. Así que el andar de forma económica probablemente no explica esta postura del pie ni por qué se desarrolló, incluso aunque ahora nos ayude a andar de forma económica.

Carrier ofrece una posible explicación: Apoyar primero el talón puede resultar ventajoso durante una pelea debido a que incrementa la estabilidad y aplica más torque al suelo para girar, empujar y emprender otras acciones. Y esto aumenta la agilidad en maniobras rápidas de giro durante encuentros agresivos.

En comparación con otros mamíferos, los humanos caminamos de forma energéticamente económica, pero corremos de forma cara. Teniendo en cuenta las grandes distancias de los trayectos que efectuaban los cazadores-recolectores, no es sorprendente que los primeros humanos conservaran esa postura del pie heredada de nuestros ancestros arborícolas, dado que les facilitaba caminar de forma económica.

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La Enorme Diversidad Genética de los Bosquimanos

24 de Marzo de 2010. En lo que constituye un gran avance científico, se ha conseguido aumentar de forma espectacular el volumen de información genética sobre enfermedades humanas complejas y sus posibles tratamientos disponible para los investigadores del campo médico.


El equipo internacional de científicos que ha realizado esta importante labor, dirigido por investigadores del Instituto Oncológico Pediátrico CCIA en Australia, la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia, y la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos, secuenció los genomas de varios indígenas sudafricanos y, entre otros hallazgos, ha descubierto que están entre las personas con mayor diversidad genética del mundo.

Los genomas de cuatro bosquimanos del desierto de Kalahari y una persona de la etnia bantú son los primeros de una población indígena en ser secuenciados. Más de 1,3 millones de variantes genéticas nuevas se han añadido a las bases de datos sobre las variaciones del genoma humano, que hasta ahora se habían limitado casi a las variantes europeas.

El descubrimiento tiene importantes implicaciones para la investigación médica, proporcionando indicadores potenciales sobre los orígenes de muchas de las enfermedades más complejas, incluyendo el cáncer, así como sus mejores tratamientos potenciales. También plantea dudas acerca de suposiciones científicas actualmente aceptadas sobre las causas genéticas de muchas enfermedades.

Se cree que los indígenas cazadores-recolectores del sur de África constituyen el más antiguo linaje conocido de los humanos modernos. "Encontramos como promedio, tantas diferencias genéticas entre dos bosquimanos, como entre un europeo y un asiático", explica la doctora Vanessa Hayes, codirectora del proyecto en la Universidad de Nueva Gales del Sur.

Esta investigación proporciona ahora a los científicos datos importantes que les ayudaran a profundizar en la historia de la evolución humana y también en cómo han evolucionado las enfermedades que afectan a la especie humana.

Los genomas en este trabajo están personalizados, es decir con los nombres de todos los participantes y sus historiales médicos registrados. Entre los participantes se encuentra Desmond Tutu, galardonado con el premio Nobel de la Paz, y miembro de la comunidad bantú. Las secuencias de los genomas serán publicadas en breve y estarán disponibles de forma gratuita en internet.

Conocer las variaciones genéticas humanas es vital para determinar el riesgo en cada persona de contraer determinadas enfermedades, y para poder predecir mejor el efecto de los fármacos ante enfermedades genéticas complejas. Es crucial, por tanto, incluir las diferencias genéticas de la población mundial en toda investigación genética médica que se lleve a cabo.

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