¿Conoces qué es un Chip de ADN? Son también conocidos como Microarrays de ADN o Biochips y en esencia son una gran cantidad de puntos de ADN unidos a una superficie. Su función es medir niveles de expresión de una gran cantidad de genes de forma simultánea. En cada punto encontramos una cantidad muy pequeña (del grado de picomoles) de una secuencia de ADN específica. Esta secuencia de ADN nos sirve para hibridar con una secuencia de un gen en concreto, que más adelante detectaremos mediante algún fluoróforo. Así explicado tal vez no se entienda muy bien pero vamos a poner un pequeño ejemplo, imagina una célula en dos estadíos diferentes, una joven y otra adulto. Cada célula está expresando una determinada cantidad de genes y por tanto en esas células encontraremos diferencias en sus ARNs mensajeros. Recogeremos de ambas células cantidades de ARNs mensajeros y mediante la enzima retrotranscriptasa inversa  los convertiremos en cDNA. Estas muestras de ambas células las usamos en un chip de ADN que muestrea todos los genes de esa célula. El mismo chip va a ser usado para ambas muestras, pero las muestras de cDNA de cada tipo de célula van a estar marcadas con fluoróforos distintos. Esta combinación de procesos, nos dará un resultado de puntos de colores en el chip de ADN que se deberá analizar mediante computación.

La lectura de los puntos de color nos van a indicar cuáles genes se expresan o no en cada estadío celular. Tendremos un color para aquellos genes que se expresan sólo en el estadío celular joven, mientras que otro color será para aquellos genes que sólo se expresan en el estadío celular adulto. Un color intermedio indicará que esos genes se expresan en ambos estadíos celulares, y evidentemente los puntos oscuros son genes que no se expresan o no hibridan. Estos chips por tanto nos permiten rastrear de una forma amplia qué genes podrían ser de interés para nuestro estudio, ya que por ejemplo, esto mismo se puede hacer para células normales y tumorales. Lo cual nos daría qué genes son los afectados en la célula tumoral y por tanto qué genes son los de interés de estudio.

En un breve anterior vimos que era un HAC o Cromosoma Artificial Humano. Hoy voy a explicar brevemente 3 formas que hay para su síntesis:

1. Síntesis de novo: Introducción en células humanas de DNA de cadena alfa, marcador genético (guanosina trifosfato ciclohidrolasa I), secuencias teloméricas, y un transportador de DNA humano, mediante lipofección (el DNA va introducido en un liposoma catiónico que entra en la célula por endocitosis).
2. Síntesis mediante YACs modificados: Tenemos YACs, con 90 Kb de DNA de cadena alfa del centrómero del cromosoma 21, que por recombinación homologa en levaduras tienen secuencias teloméricas humanas y un marcador de resistencia. Introducimos en células humanas mediante lipofección o microinyección.
3. Fragmentación telómero-dirigida.
1. Obtenemos minicromosomas (menor de 10Mb, el menor conseguido, de 2,5Mb) construidos por fragmentación telómero-dirigida de cromosomas humanos.
2. Introducción en células linfoides de pollo hiperrecombinogénicas, línea DT40, donde introducimos un sitio diana loxP para la recombinasa cre del bacteriófago P1.
3. Recombinación con un BAC con un loxP
4. Translocación mediada por cre  de un fragmento subterminal.

En otro breve intentaré explicar si esto a sido logrado con éxito y las implicaciones morales que podría llevar la aplicación de estos Cromosomas Artificiales Humanos.

Citas:

• Efficient assembly of de novo human artificial chromosomes from large genomic loci  http://www.biomedcentral.com/1472-6750/5/21
• Human artificial chromosomes generated by modification of a yeast artificial chromosome containing both human alpha satellite and single-copy DNA sequences http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC15181/
• Refined human artificial chromosome vectors for gene therapy and animal transgenesis http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3125098/?tool=pmcentrez

¿Qué es un cromosoma artificial?

Un cromosoma artificial es  un vector de clonación de grandes fragmentos de DNA. A día de hoy conocemos y se usan los BACs - Bacterial Artificial Chromosomes (capacidad de 150 Kb de media), los YACs – Yeast Artificial Chromosomes (desde 200-1500 Kb) y los PACs - P1 derived Artificial Chromosomes (aprox. 200 Kb). Y no está muy descabellada la idea de los HACs – Human Artificial Chromosomes, que serían usados como vectores de entre 6 y 10Mb actuando como un minicromosoma estable que se transmitiría en todas las células del organismo y que podría contener genes completos con sus secuencias reguladoras.

Componentes necesarios para la formación de un HAC

¿Qué es un Cromosoma Artificial Humano (HAC)?

Es aquel de construcción análoga al cromosoma artificial de levadura, que consta de un centrómero y telómeros de origen humano, que permitiría la clonación de fragmentos de ADN muy grandes y su transferencia a las células humanas para aplicar la terapia génica.

¿Y qué ventajas tiene? Las principales son: Pueden portar más de cientos de kb (genes completos con sus zonas regulatorias) llegando a medir megabases en total. Y evidentemente no tendrían problemas de inserción. Pero… ¿Su expresión sería normal? ¿Y su segregación? ¿Serían estables?

¿Qué necesitaríamos?

Serían necesarios varios componentes esenciales, lo primero un centrómero proveniendte de la rotura de un cromosoma o de secuancias repetitivas alfa satélites sintetizadas de novo. Este componente es necesario para el reparto del cromosoma a las células hijas y como origen de replicación.

Después necesitaríamos los extremos teloméricos todo ellos unido al centrómero y por supuesto al conjunto de genes que tendría nuestro cromosoma artificial humano.

Aunque todo esto no es tan sencillo como parece, en sucesivos posts voy a explicar posibles formas de crear un HAC  y problemas morales y tesituras en las que nos envolvemos si en un futuro esta técnica se decidiera usar como terapia génica, o incluso como mejora del genoma humano o como supervacuna para enfermedades deletereas específicas o incluso como solución en un futuro a la continua acumulación de mutaciones en el genoma humano y seguir siendo viables.

El Síndrome de Ehlers-Danlos (EDS, por sus siglas en inglés, Ehlers-Danlos Syndrome) es un grupo de alteraciones genéticas que afectan a la síntesis de colágeno. La gravedad de este síndrome depende de la mutación y puede ser de leve a parcialmente mortal. A día de hoy no se conoce cura y el tratamiento que existe es para contrarrestar los síntomas. Fue descrita por Edvard Ehlers en 1901, Dinamarca que la definía como hiperelasticidad dérmica, hiperlaxitud articular e hiperquimosis múltiple (formación de hematomas). Más tarde en 1908, Henri-Alexandre Danlos de Francia observó un paciente con pseudotumores moluscoides. El nombre de este síndrome recoge los dos apellidos de estas dos personas.

Los síntomas básicamente tienen que ver con el colágeno. Los más comunes provienen con aquel que afecta a los ligamentos de las articulaciones, provocando inicialmente un dolor en éstas, facilidad en luxaciones, para más tarde convertirse en un dolor crónico de prácticamente todas las articulaciones, y la incapacidad por hacer esfuerzos o trabajo normal sin la sensación de fatiga o agotamiento. Otro tipo afecta a la piel y su facilidad en formación de cicatrices o problemas debido a su bajo grosor, aparte de la lenta cicatrización. Uno de los más graves es aquel que afecta al sistema circulatorio que afecta a vasos sanguíneos y puede provocar la muerte prematura por rotura de órganos o vasos. Todo esto es provocado por diferentes tipos de mutaciones, ya sea en proteínas fibrosas, tipos de colágenos, o enzimas que intervienen con estas.

Si quieres más información puedes hacerlo en: Asociación Síndromes de Ehlers-Danlos e Hiperlaxitud que además están creando el primer registro de afectados español para esta enfermedad.

Es una población cualquiera los individuos no son iguales en sus características, sino que existe cierta variación. Algunos, por ejemplo, son más altos o más bajos, otros de pelo rubio o moreno. Parte de esta variación está determinada por los genes y su diversidad alélica. El estudio de este hecho es llevado a cabo por la genética de poblaciones. Gracias a este campo de la genética podemos comprender mejor la adaptación de las especies. Veamos porque.

En la jerga científica el conjunto de genes de una población se conoce como acervo genético. Aquí se incluyen todos los alelos de todos los genes. Conociendo los alelos como las distintas maneras de presentarse de un mismo gen. Dichos alelos aparecen en distintas proporciones dentro de la población siendo algunos más abundantes que otros. Si estudiamos los caracteres más abundantes veremos que se corresponden según el ambiente. Es decir, serán caracteres que permiten sobrevivir a la especie en el ambiente determinado. Pero aparte de este alelo abundante, que podemos llamar A1, habrá otros como A2, A3, etc. Éstos segundos se encuentran en una frecuencia menor en la población, pero se pueden mantener y no desaparecer por completo. Ésto se debe, por ejemplo, a que sean caracteres más o menos parecido a A1.

Pongamos un ejemplo real para entendernos. Existe una especie de polilla (Biston betularia, habita en Inglaterra) cuyo color mayoritario era claro (A1). Éste le permitía camuflarse en los troncos de los árboles que estaban cubiertos de líquenes. Pero la llegada de la industria a la zona provocó la muerte de los líquenes y el oscurecimiento de los troncos. La especie, ante éste cambio no desapareció, sino que se adaptó. Dentro de la población existía una pequeña parte con tonalidades más oscuras (A2). Al cabo del tiempo la población sufrió un cambio en sus frecuencias alélicas siendo ahora A2 el más abundante.

La variabilidad genética es un as en la manga de la especie en cuestión. Permite tener una batería de posibilidades frente a los cambios del medio. Esto asegura que las especies se adapten y en última instancia evolucionen hacia un nuevo tipo.

Pero no todas las posibilidades son buenas. Existe la inacertada “carta” de nacer albino en plena selva o desarrollar anemia falciforme en los seres humanos. Algunos alelos, por la simple lógica de que son perjudiciales, se ven relegados a una frecuencia muy baja. Pero siguen ahí. Ésto ha permitido la selección de la anemia falciforme en heterocigosis (vease definición al final) en determinadas zonas del planeta. La causa radica en la enfermedad de  la malaria. Las personas con anemia falciforme en heterocigosis se ven recompensadas frente a los homocigotos no enfermos, ya que esta enfermedad les da una baza contra la malaria. Un ejemplo de como la evolución actúa ciegamente. A veces hacia un callejón sin salida que reduce la tasa reproductiva de la especie y otros hacia buenos caminos. Todo sea por la supervivencia.

Definición homocigosis y heterocigosis alélica: siguiendo con el ejemplo de la anemia falciforme. Esta enfermedad es el producto de la mutación en un gen que afecta al trabajo de los glóbulos rojos (muy a groso modo). Digamos que el alelo sano lo conocemos por A y el alelo mutado por a. En los organismos diploides hay dos copias de cada gen lo que permite tres posibilidades: AA, aa y Aa. Las dos primeras tienen mismos alelos por lo que se dicen que son homocigotos para el gen. En cambio los individuos Aa presentan dos alelos diferentes por lo que se dice que son heterocigotos para el gen. En el caso de la anemia, los individuos sanos son AA mientras que los aa presentan la enfermedad. Cuando se trata de Aa, la enfermedad se presenta de manera leve por lo que los individuos pueden vivir normalmente con ciertas restricciones.

En entradas anteriores os presentaba los grupos sanguíneos ABO y su base molecular. Ahora saltamos a otro tipo de grupo: el Rh. En 1940 el ya mencionado premio Nobel Karl Landsteiner, publicó un trabajo sobre la inmunización en la especie Macaco rhesus. En el estudio describía la existencia de un anticuerpo al que llamó anti-rhesus o Rh. Este anticuerpo tenía la cualidad de reaccionar con la sangre del 86 % de la población de monos estudiada. A los individuos que reaccionaban ante este anticuerpo los llamó Rh positivos y a los que no, Rh negativo. Se incluía así una variante más a tener en cuenta a la hora de realizar una transfusión sanguínea. Aquí un Rh negativo nunca puede recibir sangre de uno positivo. El antígeno presente en los Rh+ se conoce como AgD. Por el contrario, los Rh- no presentan el antígeno.

 Un hecho curioso relacionado con este grupo sanguíneo, es la incompatibilidad feto-materna. Este caso ocurre cuando una mujer Rh- y un hombre Rh+ tienen un hijo Rh+. En principio, este hijo es viable, pero cuando nace su sangre se puede mezclar con la de la madre. Esto hace que la madre se inmunice produciendo el anticuerpo anti-Rh. En futuros embarazos, si esta madre vuelve a tener un hijo Rh+ lo podría matar antes de nacer debido a una eritoblastosis fetal.

Para rizar más el rizo, existe la posibilidad de que el sistema ABO y el Rh interactúen entre ellos. Volviendo al caso en el que la madre es Rh- y el padre es Rh+, puede darse que la madre no se inmunice. Esto es gracias al sistema ABO, dónde la madre ha de ser del grupo O y el padre A,B o AB. Lo importante en este caso es que el hijo sea del grupo A o B (del AB no podría ser ya que de la madre siempre recibirá el alelo O). Así cuando la sangre del feto pasa a la de la madre, actúan los antígenos anti-A y anti-B de ésta y eliminan la sangre fetal. Esta acción es más rápida que la inmunización de la madre ante el antígeno Rh y evita la incompatibilidad feto-materna.