V.- HERENCIA DEL SEXO 5.1 DETERMINACIÓN DEL SEXO.Cromosomas sexuales En muchos organismos superiores uno de los pares de cromosmas homólogos son distintos al resto, realizando la determinación genética del individuo. A este par de cromsosomas se les llama cromosomas sexuales' o heterocromosomas, determinándose el sexo por la proporción de los dos cromosomas homólogos. En el sistema de determinación XY, propio del hombre y muchos otros animales, las hembras son XX y los machos XY. Las hembras darán gametos iguales con cromosoma X, sexo homogamético. Los machos darán dos tipos de gametos, uno con el cromosoma X y otro con el cromosoma Y; existe un 50% de probabilidad de que en la fecundación, al unirse los gametos, resulte una combinación XX (hembra)) o XY (macho) Sistema de determinación ZW: en otras especies (mariposas, p.e.) ocurre lo contrario, el sexo masculino es homogamético (ZZ) y el femenino heterogamético (ZW). Sistema de determinación XO: (peces, insectos, anfibios), falta el cromosoma Y, determinándose el sexo por el número de cromosomas X, macho XO y hembra XX El cromosoma Y determina el sexo porque durante la embriogenia en mamíferos influye sobre el desarrollo de las gónadas en testículos, las cuales segregan la hormona testosterona que dirige la diferenciación hacia el fenotipo masculino. Un error en la división meiótica origina individuos XXY ó XXXY, los cuales son machos aunque su fenotipo se desvié más o menos de lo normal. Por otro lado, individuos que solo tengan cromosomas X en su genomio serán hembras, ya que las gónadas se desarrollarán en ovarios que segregan las hormonas estrógenas para encauzar la diferenciación hacia el fenotipo femenino, y, los individuos XXX son superhembras, pero generalmente no producen gametos viables, limitando por tanto su existencia. Se afirma que si bien es cierto que el cromosoma Y es necesario para la diferenciación masculina de un embrión humano, la presencia de un cromosoma X es indispensable para el desarrollo somático. En resumen: el cromosoma X es indispensable para la vida misma, pues jamás se ha visto organismos que tengan cromosomas YY en su genomio; por lo que se afirma que el cromosoma Y es necesario para la diferenciación sexual hacia el fenotipo masculino. 5.2 HERENCIA LIGADA AL SEXO.Se ha determinado que en ciertos organismos como insectos e inclusive el hombre, existen genes en el cromosoma X, que no tienen alelos en el cromosoma Y; porque se dice que este cromosoma no carga genes alélicos a los de la porción homóloga en el cromosoma X. A estos genes que solo 1 se encuentran en el cromosoma X, se les denomina genes ligados al sexo y pasan de padres a hijas y de madres a hijos e hijas. El daltonismo es una enfermedad hereditaria y congénita que pueden trasmitir las mujeres pero que afecta únicamente a los varones. Es un carácter ligado al sexo. La persona que lo padece ve perfectamente, pero tiene dificultad para ver un color o una gama de éste. Carece de tratamiento por lo tanto no tiene cura. Si se casa una mujer normal homocigota (CC) con un hombre daltónico (c ſ), todos sus hijos tendrán visión normal para los colores; pero las hijas serán heterocigotas (Cc) por lo tanto serán portadoras del gen ( c ) que causa daltonismo. Observemos lo siguiente: ♀ ♂ Normal CC C| Normal Cc -- Daltónico cc c| Fenotipo Ejemplo 1.- Mujer normal CC gametos diferentes: { C x Hombre daltónico cl c , l } Cc ; C l ♀ =100% visión normal ♂ =: 100% visión normal Ejemplo 2.- Si se casa una mujer normal, portadora del gen ( c) para daltonismo con un hombre de visión normal. P : Cc Fenotipos: Normal Gametos diferentes: { C , c ♂ x Cl Normal C,l } C I C CC C| c Cc c| ♀ P.G. 1 1 1 1 Rpta.: ♀ = 100% normales Genotipos CC Cc CI cI ♂ = 50% normales; 50% daltónicos 2 La hemofilia es otra anormalidad en el ser humano determinado por un gen recesivo ligado al sexo (h), que no puede dirigir la síntesis de la globulina anti-hemofílica, proteína que forma parte del proceso de coagulación en personas normales. ♀ HH Hh hh Fenotipo Normal Normal Hemofílico ♂ H| -h| Ejm. 1: Si se casa una mujer normal heterocigota (Hh) con un hombre normal (Hl ) , se tiene: P : Hh Normal, portadora x Hl normal Gametos diferentes: {H, h H, l } ♂ H | H HH H| h Hh h| ♀ P.G. Genotipos 1 HH 1 Hh 1 HI 1 hI ♀ =100 % normales ♂ = 50% normales y 50% hemofílicos 5.3 CARACTERES INFLUÍDOS POR EL SEXO.Existe un tipo de herencia autosómica donde la dominancia de un gen depende del sexo del individuo; por lo que se denomina caracteres influídos por el sexo. En este tipo de herencia, el gen se comporta como dominante en un sexo y como recesivo en el otro. La calvicie, es la característica más interesante regulada por este tipo de herencia, donde el gen B en estado homocigota produce calvicie tanto en el hombre como en la mujer; el heterocigota (Bb) produce calvicie en el hombre, pero no en la mujer y el homocigota recesivo no produce calvicie en ninguno de los sexos. En el siguiente esquema se aprecia el efecto del gen dominante en estado heterocigota, por sexo: ♀ ♂ BB Calva Calvo Bb Normal Calvo bb Normal Normal Genotipos 3 Ejemplo 1.- Cómo serán los hijos si se casa una mujer normal heterocigota (Bb) con un hombre también heterocigota?. P : Bb x Fenotipo: Normal Gametos diferentes: { B, b Calvo B, b } P.G. 1 2 1 ♀ = 75% normales 25% calvas Bb Genotipos BB Bb bb ♂ = 75% calvos 25% normales En ovejas, la herencia de cuernos es un carácter influido por el sexo, sólo el homocigota recesivo (cc) no tiene cuernos, así tenemos que si se cruza una oveja sin cuernos (Cc) con un macho sin cuernos (cc), en su descendencia, todas las crías hembras no tendrán cuernos; mientras que el 50% de machos tendrán cuernos y el otro 50% de machos no tendrán cuernos. Genotipos ♀ ♂ BB Con cuernos Con cuernos Bb sin cuernos Con cuernos bb sin cuernos Sin cuernos 5.4 CARACTERES LIMITADOS POR EL SEXO Los caracteres limitados por el sexo son aquellos que se manifiestan en uno solo de los dos sexos y están regulados por las hormonas gonadales (testosterona en el macho) y progesterona y estrógeno en la hembra). Así tenemos, la producción de leche en hembras mamíferas, la presencia de barba en el hombre, la postura de huevos en las gallinas y otras aves hembras, etc. Se puede decir que las hormonas gonadales o sexuales para determinado carácter, ejercen un efecto estimulante en un sexo e inhibidor en el otro; porque estos genes se manifiestan en uno solo de los dos sexos, pero están presentes en el genomio del individuo del otro sexo, aunque no se manifieste en éste. VI.- LIGAMIENTO E INTERCAMBIO GENÉTICO 6.1 LIGAMIENTO FACTORIAL O LIGAMIENTO DE GENES Existen casos en los que las proporciones fenotípicas mendelianas de 3:1 ó 9:3:3:1 para la F2 de uno o dos pares de genes, respectivamente, difieren grandemente, debido a que predominan notablemente los fenotipos idénticos a los progenitores originales, sobre los que se supone que debe haber una recombinación de caracteres. A este fenómeno se le denomina ligamiento factorial o ligamiento de genes y fue descubierto por Bateson en 4 1905, al realizar cruzamientos entre guisantes de olor (Latirus odoratus). Bateson encontró que los gametos que llevan las combinaciones paternas son 7 veces más numerosas que los que llevan combinaciones de genes diferentes (recombinados). Este caso se explica porque en la gametogénesis de los individuos de la F1, se produce una mayor cantidad de gametos que llevan combinaciones genéticas idénticas a los progenitores homocigotas. Morgan explica que esto se debe a que los genes o factores aportados por cada progenitor de la P1 están localizados en el mismo cromosoma. Cuando dos o más genes se encuentran en el mismo cromosoma, se dice que están ligados o enlazados y tienden a permanecer juntos durante la formación de gametos. En un cruce de prueba de dihíbridos se tiene: AaBb x aabb Gametos Diferentes (AB, Ab, aB, ab} x {ab} Resultado: 1 AaBb: 1 Aabb: 1 aaBb: 1 aabb ¼ ¼ ¼ ¼ Esto se debe a que se cumple la ley de distribución independiente de Mendel y los genes se encuentran en cromosomas separados. En cambio, en un cruce de prueba de dihíbridos cuando los genes se encuentran en un mismo cromosoma (ligados), se tiene: (AB/ab) A . a B . b AaBb Gametos diferentes {AB, ab} Resultado : X a . a b . b X X aabb (ab) (ab/ab) 1 AaBb: 1 aabb ½ ½ GENÉTICO – INTERCAMBIO ENTRECRUZAMIENTO – RECOMBINACIÓN Cuando un par de cromosomas homólogos se aparea (sinapsis) se produce el entrecruzamiento e intercambio de material genético entre cromátidas no hermanas; para lo cual se requiere que haya rompimiento y unión de solamente dos cromátidas no hermanas en cualquier punto del cromosoma. A B A B A B A B A b A b 50% P 6.2 a b a b Sinapsis y entrecruzamiento a a B b Meiosis I a a B b Meiosis II 50% R Gametos 5 Se observa que el 50% de gametos que se formen no se han entrecruzado y se les llama gametos parentales, porque se encuentran en forma idéntica a los progenitores. El otro 50% de gametos que se forme, son el resultado del entrecruzamiento y se llaman gametos recombinados. Posición CIS o Fase de Acoplamiento.- Se llama así cuando los dos alelos dominantes están en un cromosoma y los dos alelos recesivos en el otro (AB/ab). Posición TRANS o Fase de Repulsión.- Se llama así cuando el alelo dominante de un locus y el alelo recesivo del otro se encuentran en el mismo cromosoma (Ab/aB). Dos loci ligados pueden estar en Fase de Acoplamiento AB/ab (los dos alelos dominantes sobre el mismo cromosoma, y los dos recesivos sobre el cromosoma homologo) o en Fase de Repulsión Ab/aB (un alelo dominante y otro recesivo sobre cada cromosoma). El entrecruzamiento o recombinación es un fenómeno muy extendido entre los organismos vivos. Ocurre en casi todas las plantas superiores y animales. Es importante porque aumenta la variabilidad genética y la variación es vital para el desarrollo evolutivo de las especies. La variabilidad incrementada con la recombinación es muy valiosa porque permite que se produzca selección natural. 6.3 DOBLES ENTRECRUZAMIENTOS Un par de cromosomas homólogos en sinapsis es un bivalente o una tetrada (estado de cuatro filamentos), en él se pueden producir uno o más quiasmas, dependiendo de la longitud del cromosoma y de la distancia que haya entre los genes de dicho cromosoma. El conocimiento de esto permitirá predecir el porcentaje (%) de gametos parentales y recombinantes formados a partir de determinado genotipo. 6 a) Doble entrecruzamiento recíproco.- Cuando el segundo entrecruzamiento se produce entre las mismas cromátidas que participaron en el primer entrecruzamiento. b) Doble entrecruzamiento Diagonal I y II.- Cuando el segundo entrecruzamiento se produce entre una cromátida que ya intervino en el primer entrecruzamiento y otra diferente. Los gametos resultantes son 75% recombinados y 25% parentales. c) Doble entrecruzamiento complementario.- Cuando en el segundo entrecruzamiento no intervienen ninguna de las cromátidas del primer entrecruzamiento. Los gametos resultantes son 100% recombinados. 6.4 MAPAS GENÉTICOS Entre los científicos que han trabajado intensamente sobre este tema a partir de 1900, tenemos a Morgan, Muller, Sturtevant y Bridges, quienes han aportado invalorables conceptos sobre los grupos de ligamiento, la recombinación y el mapeo cromosómico, permitiendo ˉla posibilidad de establecer la secuencia génica desconocida hasta entonces. Los genes están ubicados en los loci del cromosoma que siguen una disposición lineal semejante a las cuentas de un collar. Es importante conocer el orden génico (secuencia) y la distancia génica (distancia relativa entre genes). La unidad de distancia del mapa genético es el centimorgan que equivale al 1% de entrecruzamiento. Orden Génico.- La suma de las distancias de mapa permite situar a los genes en su orden lineal apropiado. Ejm.: Si nos dan las siguientes distancias: A – B = 12; B – C= 7; A – C= 5 Podemos ubicar el orden génico correcto, mediante el siguiente cálculo: a) Si - A____________B B_________C 12 7 A_________________________C 5 b) Si B____________A A_________C 12 5 - B_________________________C 7 c) Si A_________C C___________B 5 7 - A_________________________B 12 No es correcto No es correcto Correcto Entonces, el gen C debe ser el intermedio entre A y B, siendo el orden: ACB 7 Los cromosomas de algunas plantas superiores como el maíz, tomate, cebada, trigo, arroz, sorgo, camote y arveja han sido totalmente mapeados.; mientras que en animales el mapeo ha sido más lento, sobre todo en el hombre ha sido bastante tedioso e incierto; sin embargo en la actualidad se ha logrado establecer métodos mucho más efectivos para el mapeo cromosómico. VII.- HERENCIA POLIGÉNICA – HERENCIA MULTIFACTORIAL – HERENCIA CUANTITATIVA - HERENCIA DE GENES MÚLTIPLES. 7.1 GENERALIDADES Hasta ahora hemos tratado con características fácilmente distinguibles por un atributo, así como con los genes que las controlan. El pelo humano puede ser rizado, ondulado o lacio; rubio, castaño o negro y las combinaciones posibles: rizado rubio, negro ondulado, etc.; la cresta de una gallina puede ser: simple, roseta o guisante; un hombre es hemofílico o no. En fin, se tata de características donde la variación es fácilmente perceptibles entre los fenotipos causados por genotipos diferentes, donde el medio ambiente no ejerce efecto muy marcado. Este tipo de herencia se llama Herencia Cualitativa, porque el fenotipo producido por un gen se puede distinguir a simple vista y se diferencia con facilidad del fenotipo producido por su alelo correspondiente A (alto); a (bajo). La variación producida por caracteres cualitativos es discontinua debido a que las diferencias entre los fenotipos producidos por un par de alelos alternantes son fácilmente distinguibles. Pero, no todos los caracteres se pueden describir de esta manera, así tenemos por ejemplo que la estatura en el ser humano varía de individuo a individuo en forma continua; lo mismo ocurre con el peso; con el rendimiento por planta, la velocidad entre caballos de carrera, la producción de leche de las vacas, la habilidad entre gallinas ponedoras, etc.; por ello se llaman caracteres cuantitativos y son cuantificables (mensurables, medibles) y la herencia que explica su acción es la Herencia Cuantitaiva o Poligénica y la variación es contínua . 7.2 POLIGENES Son genes múltiples que están involucrados en la herencia cuantitativa, cuya expresión se debe al efecto acumulativo de cada uno de los alelos que determinan el fenotipo y son fuertemente influenciados por el medio ambiente. La herencia poligénica es cuantitativa, continua, acumulativa y regulada por el medio ambiente. El sueco Nilsson-Ehle fue uno de los pioneros en el estudio de la herencia poligénica. Cruzó dos variedades de trigo, una de grano rojo intenso y otra de grano blanco, observando que en la F1 toda la descendencia era de un color rojo intermedio. En la F2, observó que muy pocas plantas tuvieron granos de color rojo intenso y también muy pocas plantas tuvieron granos de color blanco. Además destacó el hecho que aparecieron nuevos fenotipos como: color rojo oscuro; intermedio y claro. Lo que le permitió concluir que estaban involucrados dos pares de alelos en la determinación del color: 8 P :Fenotipos granos rojo intenso x granos blancos Genotipos x AABB Gametos F1 : Genotipo Fenotipo F2 : AaBb { AB ab } AaBb rojo intermedio x AaBb Gametos: { AB, Ab, aB, ab} x Diferentes Prop.Genotípica 1 2 1 2 4 2 1 2 1 aabb Genotipos {AB, Ab, aB, ab} Prop. Fenotípica AABB AABb AAbb AaBB AaBb Aabb aaBB aaBb aabb Fenotipos 1 Rojo intenso 4 Rojo oscuro 6 Intermedio 4 Rojo claro 1 Blanco Se observa que conforme se incrementa un alelo dominante, el color va incrementando su intensidad por el efecto acumulativo de cada alelo, hasta llegar al rojo intenso (progenitor) y viceversa hasta llegar al color blanco (progenitor). Del mismo modo, el ejemplo del cruce entre una mujer blanca caucásica (aabb) y un hombre negro puro (AABB), explica este tipo de herencia poligénica. P : Fenotipos Genotipos blanca caucásica aabb Gametos F1 F2 : : Gametos: Diferentes ab AaBb Fenotipo Mulatos { AB, Ab, aB, ab} negro puro x AABB AB Genotipo AaBb x x AaBb {AB, Ab, aB, ab} 9 Prop.Genotípica 1 2 1 2 4 2 1 2 1 Genotipos AABB AABb AAbb AaBB AaBb Aabb aaBB aaBb aabb Prop. Fenotípica 1 Fenotipos Negro 4 Oscuro 6 Mulato 4 Claro 1 Blanco La variación casi continua del color de piel está determinada por el porcentaje de melanina de cada genotipo (individuo). 7.3 CONCEPTOS DE BIOMETRÍA EN HERENCIA POLIGÉNICA BIOMETRÍA.- Es la ciencia, rama de la Estadística, que se ocupa de colectar e interpretar observaciones numéricas en torno a una característica biológica. Dicha característica biológica se denomina variable. Población.- Es el conjunto infinito de individuos descritos por una variable. Una población está descrita por parámetros que son atributos numéricos constantes. El promedio aritmético de una población infinita en tamaño, es desconocida, así como su medida de dispersión o desviación estándar; por lo que se dice que ambos parámetros poblacionales son ambiguos e infinitos. Se simbolizan de la siguiente manera: Promedio o Media de la Población : Desviación estándar de la Población : Estos valores ambiguos e infinitos de una población se estiman con los estadísticos : Promedio aritmético de la muestra ( x ) y Desviación estándar de la muestra (s), sujetos a cierto grado de error casual que se cometen al extraer la muestra o muestras de una población. Los estimadores de la población (estadísticos) tienen una gran aplicación en la genética cuantitativa y poligénica. Nos permite determinar por ejemplo, si la variación entre una P1 y una F1 es insignificante o si tiene suficiente significación estadística como para considerarr la superioridad de una o de otra. Nos permite comparar, cepas, razas, variedades bajo determinados patrones de medio ambiente. Le permite al genetista saber si está trabajando con poblaciones distintas o si las diferencias que observa son muy pequeñas; lo que le permitirá ajustar métodos de mejora. La Media o Promedio aritmético ( x ).- Es una medida de tendencia central que es fácil de calcular cuando se trata de un número pequeño de observaciones. Por ejemplo, si deseamos encontrar el promedio aritmético del peso de diez alumnos de cuarto año de la Facultad de Agronomía, se sumarán los diez pesos y al dividir entre diez, se obtendrá el promedio aritmético respectivo; en cambio, cuando se trata de 100 ó más observaciones, se requiere de organizar los datos en una distribución de frecuencias, obteniendo las clases, intervalo de clase y 10 frecuencia de clase a fin de lograr una mejor estimación de los parámetros requeridos. La media, en cuadros de frecuencia, es la media aritmética de todas las intensidades presentadas por los individuos estudiados en la muestra. La Moda es la clase que contiene el mayor número de individuos, es decir, la clase que presenta la frecuencia más grande La mediana, es la intensidad o clase que divide a todos los individuos en dos grupos del mismo número, de tal modo que la mitad muestre el mismo o mayor desarrollo en el carácter medido, que la mediana; la otra mitad, igual o menor desarrollo que ella. Entre las medidas de la variabilidad que permiten calcular la dispersión de las observaciones, tenemos a la desviación estándar, variancia y coeficiente de variabilidad. Desviación típica (s).- Es la raíz cuadrada de la suma del cuadrado de las diferencias del valor de cada clase con la media, multiplicada por su frecuencia y dividida por los grados de libertad (n-1). Variancia (s 2 ).- Viene a ser la suma de los cuadrados de las desviaciones de cada variable, dividida entre los grados de libertad (n-1). Se usa para describir la variabilidad en torno al promedio de un valor. El Coeficiente de Variabilidad.- Viene a ser el porcentaje que se obtiene de dividir la desviación típica con la media de la muestra. Esta medida es útil cuando se van a comparar desviaciones típicas de diferentes variedades bajo condiciones diversas, ya que permite formar un juic io más exacto sobre los valores relativos sobre las desviaciones. VIII MUTACIONES 8.1 DEFINICIÓN.- Mutación es todo cambio súbito o repentino que se produce en el genotipo de un organismo. El botánico holandés Hugo de Vries (uno de los que redescubrió el trabajo de Mendel), fue un magnífico observador y un científico objetivo, que estableció por primera vez la teoría de la mutación por sus investigaciones en Oenothera lamarckiana, planta americana que crecía en forma silvestre en Europa. Posteriormente, fueron Morgan y Muller quienes realizaron grandes aportes a la profundización del conocimiento sobre mutaciones. La mutación es otra importante causa de la variabilidad genética y ha jugado un rol importante en la evolución de las especies; debido a que un gen mutado origina un cambio en el genotipo y fenotipo del individuo en el cual se ha producido, y es heredable. 8.2 CLASIFICACIÓN DE LAS MUTACIONES Las mutaciones, se pueden clasificar de diferentes maneras, así tenemos que por su naturaleza pueden ser: 8.2.1 Mutación espontánea.- Es todo cambio súbito que se produce en el material genético de un individuo, en forma natural, sin la intervención de la mano del hombre. Su frecuencia es baja (de 10 -3 a 10 -6 ); pero es más probable en plantas que en animales. La aparición de la naranja sin pepa 11 Washington navel y de la manzana Delicius, se debe a mutaciones espontáneas que felizmente se han podido reproducir vegetativamente. La frecuencia mutacional de un gen depende de uno de los siguientes factores o de la combinación de éstos: El gen en sí.- se refiere a la estabilidad de un gen. A mayor estabilidad, menor probabilidad de mutación. La especie.- Hay especies más propensas a un cambio que otras. En plantas, Antirrinum es una especie que tiene 10% de frecuencia de mutación y la mayoría son caracteres benéficos; en Drosophila se encontró que la frecuencia es 0.005% en caracteres somáticos y 0.18% en genes ligados al sexo. En el hombre, los genes que producen poliplosis intestinal y distrofia muscular tienen una frecuencia de 10 -4 y 10 -5 . Las condiciones ambientales.- Muller encontró que hay una mayor frecuencia de mutación a temperaturas altas y menor en bajas temperaturas. La tensión del oxígeno, la alimentación y ciertos productos químicos también influyen en la frecuencia mutacional. El sexo.- En Drosophila hay mayor frecuencia mutacional en espermas que en óvulos y en general las mutaciones ligadas al sexo ocurren tres veces más en machos que en las hembras. En humanos, se ha encontrado que la edad de la mujer está correlacionado con el mutante enano acondroplástico. Efectos de otros genes.- Hay genes que en presencia de otros, se vuelven inestables; pero en ausencia de aquellos, su comportamiento es absolutamente normal. Se ha encontrado en Drosophila y en maíz. 8.2.2 Mutación Artificial.- Es el cambio que se produce en el material genético de animales o plantas, con la intervención de la mano del hombre, utlizando agentes mutagénicos (físicos como las radiaciones X, ultrvioleta, gamma, etc. y químicos como gas mostaza, fenol, ácido nitroso, colchicina). Cabe mencionar la importancia del uso de la colchicina (alcaloide) en los laboratorios para obtener poliploides que mejoran el tamaño y la apariencia de flores y frutos. Mediante la inducción de mutaciones el hombre busca incrementar la variabilidad genética a fin de poder seleccionar los fenotipos de caracteres deseables con la hipótesis de que un buen fenotipo representa a un buen genotipo. 8.2.3 Mutación Dominante .- Es una mutación poco frecuente y se produce cuando un gen recesivo muta hacia su alelo dominante. Ejm.: a ------ A. Si esto ocurre así y es una mutación ventajosa será fácilmente observable desde la primera generación; pero si ha sido desventajosa o letal, no se podrá observar porque no sobrevivirá el individuo en el cual ocurrió. 8.2.4 Mutación Recesiva.- Es una mutación que ocurre con mayor frecuencia y se produce cuando un gen dominante muta hacia su alelo recesivo o hacia otro alelo de un locus múltiple. Ejm.: A ------- a . En este caso es difícil detectarlo porque quedará inhibido por su alelo 12 dominante y recién se observará en la segunda generación, de acuerdo a la segregación mendeliana, cuando se exprese como homocigota recesivo (aa). 8.2.5 Mutación Ventajosa.- Es aquella que ofrece algún beneficio para el hombre. Es poco frecuente, pero se puede incrementar la frecuencia utilizantes agentes mutagénicos. 8.2.6 Mutación Desventajosa.- Llamada también deletérea; porque no produce ningún beneficio al hombre; pudiendo llegar a ser a ser Letal si ocasiona la muerte al individuo en el cual ocurre la mutación. 8.2.7 Mutación Somática.- Es aquella que ocurre en cualquiera de los cromosomas somáticos del individuo, sin interferir en las células germinales. La manzana delicius y la naranja sin pepa, son ejemplos de este tipo de mutación. 8.2.8 Mutación Germinal o Ligada al Sexo.- Es aquella que se produce en los cromosomas sexuales y que se transmite de generación en generación. El caso de la aparición de una oveja macho con extremidades cortas en Massachusetts, permitió generar toda una línea con animales con dicha característica, que pareció importante entonces. 8.3 APLICACIONES PRÁCTICAS DE LAS MUTACIONES Como ya se ha mencionado, la mayoría de las mutaciones producen desventajas en un organismo; además esperar que una mutación espontánea sea ventajosa es demasiado incierto y fuera de todo control; sin embargo, la aparición de la naranja sin pepa, la manzana Delicius, la uva sin pepa, son el resultado de cambios mutacionales que han mejorado el fruto para el uso y beneficio del hombre. Las mutaciones en el visón y en otras pieles de animales han proporcionado variedades que satisfacen los deseos de quienes usan estos abrigos y son valiosas para quienes las cultivan. Aunque la posibilidad de mejorar plantas y animales mediante mutaciones es dudosa e incierta, cada vez se está llegando a perfeccionar técnicas que permitan mejorar el uso de agentes mutagénicos que incrementarían la probabilidad y frecuencia de la ocurrencia de mutaciones. Una aplicación de las mutaciones inducidas, ha sido mejorar la producción de penicilina por el Moho Penicillium, al ser irradiadas millones de esporas, se seleccionaron las más eficientes en la producción del antibiótico Utilizando rayos gamma, se ha logrado obtener una variedad de durazno de maduración tardía y actualmente se ha logrado general gran variabilidad genética en el frijol de grano amarillo, para seleccionar nuevas líneas superiores a las variedades actuales. 8.4 LAS MUTACIONES Y EL HOMBRE No se puede considerar al hombre como un material experimental como se hace con las plantas y animales, por las implicancias graves que ello significaría; por el contrario se sugiere permanecer fuera del alcance de 13 los agentes mutagénicos para evitar riesgos innecesarios. No olvidemos que explosiones atómicas han generado mutaciones negativas irreversibles como cancer y leucemia en el hombre. 8.5 MUTACIONES ARTIFICIALES O INDUCIDAS Son las mutaciones que el hombre produce y sigue intentando producir utilizando diversos agentes mutagénicos con la finalidad de buscar o incrementar la variabilidad genética de animales o plantas, a fin de detectar nuevos caracteres ventajosos, transmisibles a sus descendientes por vía sexual. Morgan fue el primero en lograr mutaciones en alas de Drosophila usando radium y Muller usó rayos X para producir mutantes en Drosophila. 8.6 AGENTES MUTAGENICOS Los agentes mutagénicos son diversas sustancias físicas o químicas que el hombre utiliza para producir mutaciones artificiales en animales o plantas en forma experimental. Entre los agentes químicos de mayor importancia se puede mencionar al Metanosulfonato de Etilo (MSE), la Colquicina o colchicina (potente alcaloide) que es el que se viene utilizando para producir poliploides de gran importancia económica en plantas. Entre los agentes físicos, tenemos las radiaciones con rayos X y actualmente son los rayos gamma los que mejores resultados vienen proporcionando en la obtención de nuevas variedades en especies cultivadas como arroz, cebolla, frijol, etc. Los resultados obtenidos hasta el día de hoy con el empleo de agentes mutagénicos para la producción de mutaciones favorables son tan significativos, que refuerzan el criterio de la gran importancia en la creación de nuevas variedades, más aún si se tiene en cuenta que una vez producida y detectada la mutación favorable, ésta es de fácil transmisión natural a la descendencia, vía la reproducción sexual. IX. CITOGENETICA Es una ciencia moderna que se formó de la fusión de dos ciencias separadas originalmente: Genética y Citología, que estudia los problemas basados en la correlación de las características genéticas y citológicas (especialmente las cromosómicas) que caracterizan el sistema particular que se investigue. Comprende el estudio del comportamiento cromosómico durante la meiosis y la mitosis, su origen y relación con la transmisión y recombinación de los genes. 9.1 CROMOSOMAS.- Los cromosomas son cuerpos coloreados que están constituidos por una secuencia lineal de información genética (genes), formados por dos cromatidas hermanas unidas a un centrómero común. La forma de los cromosomas es constante para todas las células somáticas y es, por tanto, característica de especie. La forma depende fundamentalmente de las constricciones que presente el cromosoma y de su localización en la cromátida. Según la posición del centrómero, los cromosomas se clasifican en: De acuerdo a la ubicación del centrómero, el cromosoma puede ser: 14 a) b) c) d) e) Telocéntrico.- Cuando el centrómero se encuentra en uno de los extremos del cromosoma, el cual aparenta tener un solo brazo. Acrocéntrico.- Cuando el centrómero se ubica cerca de uno de los extremos y divide el cromosoma en dos partes o brazos desiguales. Submetacéntrico.- Cuando el centrómero divide al cromosoma en dos partes o brazos desiguales. Metacéntrico.- Cuando el centrómero se encuentra en el centro del cromosoma y lo divide en dos partes o brazos iguales. Acéntrico.- Cromosoma o porción de cromosoma que no tiene centrómero. A. B. C. D. telocéntricos, con el centrómero en un extremo acrocéntricos, uno de sus brazos es muy corto submetacéntricos, brazos de diferente longitiud metacéntricos, brazos de igual longitud 9.2 MODIFICACIONES EN LA ESTRUCTURA CROMOSOMICA: 9.2.1 Variación del tamaño de cromosomas.- Existen unos cromosomas que se les denomina “gigantes” por su gran tamaño comparado con los cromosomas de las demás especies en general y son los cromosomas politénicos y los cromosomas plumulados. Los primeros se encuentran en las glándulas salivales de algunos dípteros como Drosophila melanogaster que tienen la particularidad de crecer por aumento de tamaño más que por duplicación de las células individuales. Se llaman politénicos porque tienen muchos filamentos, estructuras semejantes a cables,formados por una serie de bandas, interbandas y protuberancias, ordenadas linealmente a lo largo del cromosoma, siguiendo un patrón determinado que se repite en el cromosoma homólogo. Cromosomas politénicos de Drosophila melanogaster 15 Los segundos se encuentran en los ovocitos de anfibios y de otros vertebrados y se denominan “plumulados” o “plumosos” , se caracterizan porque a lo largo del eje central de cada uno de estos cromosomas se encuentra un centenar de cromómeros, de cada uno de los cuales surge un par de asas laterales, que también siguen un orden lineal a todo lo largo del cromosoma. A Aspecto plumulado de cromosomas de ovocitos de anfibio La importancia de los cromosomas “gigantes” es que su minucioso estudio ha servido para demostrar el orden lineal en que se encuentran los genes en el cromosoma y los análisis químicos han demostrado que el contenido principal del gen es el ADN que es el material genético. Además, se ha podido construir mapas genéticos o cromosómicos citológicos, distinguiendo sinapsis, entrecruzamiento, ligamientos, etc. y se puede identificar los cambios estructurales en los cromosomas. 9.2.2 Variaciones del número cromosómico.De acuerdo al número cromosómico, los organismos pueden ser: Euploides o Aneuploides. Euploides.- Organismos cuyo número cromosómico o genomio es múltiplo exacto del haploide (n) o monoploide básico de su especie. Pueden ser: a) Haploides.- (n) porque tienen un solo juego cromosómico o genomio. Ejm. Hongos y bacterias. Aunque generalmente un organismo haploide es débil, de corta vida y los machos pueden ser estériles, no es el caso del macho de la abeja y la avispa que son normales. b) Diploides.- (2n), los que tienen dos juegos cromosómicos o genomios. La mayoría de las plantas y animales son diploides. Ejm: tabaco (2n=48), maíz (2n=20), hombre (2n=46), ratón (2n=40). c) Triploides.- (3n), los que tienen tres juegos cromosómicos o genomios. Generalmente se forman de la unión de un gameto normalmente haploide y otro diploide; por lo que son estériles y son muy poco comunes en la naturaleza. Sabemos que el endosperma es triploide. d) Tetraploides.- (4n), los que tienen cuatro juegos cromosómicos o genomios. Ejm. Papa (4n=48), algodón (4n=52). 16 e) Poliploides.- en general son los los que tienen más de dos juegos cromosómicos o genomios; sin embargo, el término se usa más en organismos tetraploides. Pueden ser autotetraploides cuando se han producido por la duplicación de un diploide de su misma especie, alotetraploides o anfidiploide cuando se han originado por la hibridación de dos organismos diploides diferentes. Ejm. Triticum turgidum es un alotetraploide entre T. Monococcum y otras especie desconocida. T. Vulgare es autotetraploide (n=7). Aneuploides.- organismos diploides que tienen un número irregular en su genomio ya sea por exceso o por defecto. Pueden ser: a) Monosómicos (2n-1).- cuando les falta uno de los cromosomas de cualquier par. b) Disómicos (2n-1-1).- cuando les falta un cromosoma de en cada uno de dos pares diferentes. c) Nulisómicos (2n-2).- cuando les falta los dos cromosomas de un mismo par. d) Trisómico (2n+1).- cuando en alguno de sus pares tiene un cromosoma extra. En humanos es causa del Síndrome de Down (mongolismo) por la trisomía en el cromosoma 21. (47, XY, +21) es un niño con este síndrome. 9.2.3 Variaciones morfológicas de los cromosomas.- Conocidas también como aberraciones cromosómicas. a) Deficiencia.- Cuando se ha perdido una porción de cromosoma, puede ser una porción terminal o intercalar. b) Duplicación.- cuando una porción de cromosoma, se repite una o más veces a lo largo de él. c) Inversión.- cuando una porción intercalar de cromosoma se rompe y se adhiere inmediatamente a él pero en sentido invertido. d) Translocación.- cuando se rompe una porción intercalar de cromosoma y se adhiere a otro cromosoma diferente, en el cual también ha ocurrido lo mismo, intercambiando porciones no homólogas. Estas variaciones en la morfología, originan dificultades durante la sinapsis y en el entrecruzamiento o recombinación genética; por lo que se producen configuraciones especiales en cada caso. X. LAS BASES QUIMICAS DE LA HERENCIA 10.1 NATURALEZA QUIMICA DE CROMOSOMAS Y GENES Los cromosomas constan de cuatro macromoléculas: ácido desoxirribonucleico (ADN); ácido ribonucleico (ARN); histonas, que son proteínas de bajo peso molecular, y unas proteínas más complejas llamadas proteínas residuales. Además contiene lípidos, sales de calcio y magnesio y la enzima ADN-polimerasa. El ADN más las histonas forman las nucleo-proteínas que componen entre el 60 al 90% del volumen del cromosoma. 17 En las proteínas, los aminoácidos forman cadenas de péptidos, los que se eslabonan para formar el polipéptido que constituye la molécula de proteína. En los ácidos nucleicos la molécula consta de una cadena de nucléotidos eslabonados para formar un polinucleótido. Un nucléotido consta de una molécula de fosfato, una azúcar pentosa y una base nitrogenada. En el ADN el azúcar pentosa es la desoxirribosa y en el ARN es la ribosa. Las bases nitrogenadas son las purinas y pirimidinas. Las Purinas del ADN son la adenina y la guanina, y las pirimidinas son la citosina y la timina. Las purinas del ARN son también la adenina y la guanina, pero las pirimidinas son la citosina y el uracilo. La molécula de ADN consta de dos cadenas de nucleótidos formando una configuración helicoidal, una cadena está unida a la otra cadena por enlaces de hidrógeno formando una conexión horizontal entre ambas cadenas. Este enlace es altamente específico ya que las purinas de una cadena se unen con las pirimidinas de la cadena compl ement aria: A=T y G=C. 10.2 LA REPLICACION DEL MATERIAL GENETICO (ADN).La teoría de replicación del ADN fue propuesta por Watson y Crick. La molécula del ADN tiene función autocatalítica relacionada con la síntesis de otra molécula de ADN que es copia fiel y exacta de la original. Durante la replicación del ADN, la doble cadena que compone la molécula se desenrolla de su configuración helicoidal y se rompen los enlaces débiles de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas entre una y otra cadena. Aparentemente una endonucleasa causa rompimiento en las cadenas simples de ADN posiblemente en sitios determinados. Esto permite el desenrollamiento de la molécula de ADN. A la vez que se van rompiendo los enlaces de hidrógeno, cada una de las cadenas que componen la molécula, sirve de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria en todas sus partes a la cadena original. 18 Replicación semi conservativa del ADN Por ejemplo, si una porción de una de las cadenas originales tiene las bases nitrogenadas de los nucléotidos que la componen en la secuencia de AATCGTCTATTG, la nueva cadena que se sintetiza será: TTAGCAGATAAC. En este proceso, participan activamente y en forma integrada por lo menos tres enzimas: endonucleasa, ADN-polimerasa y ADN-ligasa. La replicación del ADN ocurre en la Interfase, unas tres horas antes del inicio de la Profase. 10.3 FUNCION GENETICA. SINTESIS DE PROTEINAS. CLAVE GENETICA La función que cumple el ADN y los ácidos ribonucleicos (ARN), en la síntesis de proteínas ha quedado ampliamente demostrada y se refiere en forma resumida a que el ADN cromosómico es el que dirige indirectamente la síntesis de proteínas que se realiza en el citoplasma utilizando al ARNm como mediador. Al replicarse la molécula del ADN, no sólo sirve de molde para la síntesis de una nueva molécula de ADN, sino que también sirve de molde para la formación del ARNm que recibe el mensaje genético en clave; este proceso se llama transcripción en el cual el ADN transcibe la clave genética al ARNm para la síntesis de una determinada proteína. Esta clave genética está compuesta por tripletes de bases nitrogenadas. La enzima ARN-polimerasa es la que cataliza la síntesis de la cadena de ARN sobre el molde que reemplaza y suple una de las cadenas de ADN. El ARNm sale del núcleo con el mensaje codificado y llega a los ribosomas, donde se realiza la síntesis de proteínas. Cada molécula de ARNm se pega a varios ribosomas (polirribosoma o polisoma). Cada ribosoma con el ARNr (ribosómico) “lee” la información contenida en el 19 ARNm y forma una cadena de polipéptidos de acuerdo con esa información que responde a la secuencia de las bases nitrogenadas y determina la secuencia de aminoácidos en la proteína. El ARNt (transferencia) actúa como accesorio del ARNm en la síntesis de proteínas. Por cada una de las veinte clases de aminoácidos existe un tipo de ARNt , cuya función en transferir los aminoácidos libres que van a formar el polipéptido, de todas partes del citoplasma, al ribosoma. Las moléculas de ARNt se alinean a lo largo de la molécula de ARNm y se produce la “traducción” de la clave genética y se produce automáticamente el alineamiento de los aminoácidos en la secuencia determinada por la clave. A esto le sucede la formación de la cadena de polipéptidos y de la molécula de proteína. La clave genética consiste en tripletes de nucleótidos que en determinada secuencia codifican la formación de un aminoácido. A este trío o triplete del ARNm se le llama codón y al trío o triplete complementario del ARNt se llama anticodón; por lo que se forma un complejo codón – anticodón para facilitar el mecanismo de apareamiento de las bases nitrogenadas, que es el que determina la secuencia de aminoácidos en la proteína. Podemos comparar la relación ADN-ARNm-ARNt-proteína con el alfabeto y el diccionario. La clave genética formada por los tripletes de nucléotidos es el “diccionario” usado por las células para traducir la información escrita en una clave de cuatro letras (ATCG) a un lenguaje de 20 letras (los aminoácidos) que forman 64 codones que son suficientes para codificar los 20 aminoácidos. Por ejemplo, las bases AAC, CGA y GCA codifican para asparagina, arginina y alanina, respectivamente. XI. GENETICA DE POBLACIONES. LEY DE HARDY – WEINBERG. FRECUENCIAS GENICAS Y GENOTIPICAS. El matemático inglés G. H. Hardy y el médico alemán W. Weinberg, a partir de 1908, mostraron que las proporciones mendelianas que se demostraron mediante cruzamientos controlados, no se cumplían en poblaciones naturales. Ellos encontraron y demostraron que en poblaciones grandes con reproducción al azar, se establecía un equilibrio entre las frecuencias de los alelos en una población. La frecuencia relativa de aparición de cada alelo tendía a permanecer constante, generación tras generación. Por otro lado, la frecuencia de un fenotipo en una población panmítica depende de la frecuencia del alelo que produce el fenotipo, lo que no guarda relación necesariamente con la dominancia o recesividad del alelo. Así por ejemplo, hay casos en los que aunque el gen sea dominante para un determinado carácter, se encuentra en muy baja frecuencia en la población, como el color de ojos azules y pelo rubio gobernados por genes recesivos se encuentran en alta frecuencia en los países escandinavos; mientras que el color de ojos y pelo oscuro que son gobernados por genes dominantes se encuentran en baja frecuencia. Lo contrario ocurre en los países mediterráneos. 20 11.1 EQUILIBRIO GENETICO. LEY DE HARDY – WEINBERG Respecto al equilibrio genético de poblaciones, Hardy – Weinberg postularon lo que hoy se conoce como la Ley del equilibrio genético o Ley de Hardy-Weinberg, que dice: en una población grande con apareamiento al azar (panmixia), se mantiene el equilibrio genético, en ausencia de mutación, selección, migración y deriva génica, a través de las generaciones sucesivas. Llamamos mutación a un cambio ocurrido en el genoma de una célula, que se transmite a su descendencia dando lugar a células hijas o a individuos que se denominan mutantes. La mutación es un proceso que cambia la estructura genética de las poblaciones a un ritmo muy lento. Las tasas de mutación son muy bajas y por ello no pueden producir cambios de frecuencias (por generación) rápidos en las poblaciones. La migración es el movimiento de individuos entre poblaciones. Si las poblaciones difieren en frecuencias alélicas o génicas, la migración puede producir cambios importantes en las frecuencias alélicas. El movimiento de genes de una población a otra se denomina “flujo genético”. La selección natural es uno de los factores más importantes en el cambio evolutivo y es la mayor fuerza del cambio de la frecuencia génica. La principal contribución de Darwin al estudio de la evolución, fue el reconocimiento que la selección natural es el mecanismo que permite la divergencia de las poblaciones a especies distintas. Deriva génica En pequeñas poblaciones es posible que las fluctuaciones al azar resulten significativas en los cambios de frecuencias alélicas como es el caso de la deriva génica. En casos extremos se podría fijar un alelo y excluir otro. Puesto que las poblaciones naturales tienen un tamaño finito, en cada generación hay un sorteo de genes durante la transmisión de gametos de los padres a los hijos que hace que las frecuencias de los alelos fluctúen de generación en generación. La deriva genética es el efecto acumulativo de la fluctuación de genes durante la transmisión de gametos de padres a hijos, de generación en generación. Si “p” ó “q” = 1, entonces ya no es posible un cambio de frecuencias porque sólo hay una variante alélica. El efecto último de la deriva genética es la fijación de uno de los alelos en la población. Esta ley se puede expresar en términos matemáticos, como sigue: si dos alelos (A y a) se encuentran en una población panmítica con la frecuencia de p y q, respectivamente, donde p + q = 1, las proporciones esperadas de los tres genotipos (AA, Aa y aa) se distribuyen de acuerdo con la expansión del binomio (p + q)² y se mantienen constantes y en equilibrio de generación en generación. Si ( p + q)² = 2² + 2pq + q², la distribución constante de los genotipos en la población es como sigue: 21 AA = p² ; Aa = 2pq ; aa = q² Esto quiere decir que la probabilidad de seleccionar al azar un individuo AA dentro de una población es igual a p²; la probabilidad de seleccionar un individuo Aa es igual a 2pq y la de un individuo aa es igual a q². Esquematizando la combinación al azar de los alelos A, a, tenemos: Frecuencia de alelos p(A) q(a) p (A) q(a) p² AA Pq Aa Pq Aa q² aa La ley de Hardy-Weinberg, expresada en términos de p² + 2pq + q² = 1, resume el resultado de las combinaciones al azar de óvulos y espermatozoides portando esos alelos. Por lo tanto, se concluye que los genotipos se segregan de acuerdo con la distribución binomial si el factor azar determina dicha distribución. El equilibrio alélico de las poblaciones es alterado por distintos factores como mutación, selección, migración y deriva genética; siendo los factores que contribuyen a la dinámica poblacional. Principios: 1) La ley de H-W afirma el equilibrio de la población genética cuando se cumplen las condiciones de panmixia, tamaño de la población y ausencia de migración, mutación y selección. 2) En las condiciones anteriores, las frecuencias genotípicas de la descendencia dependen sólo de las frecuencias génicas de la generación parental. 3) Si por cualquier causa se alterara el equilibrio en una población, pero volvieran a reestablecerse las condiciones de H-W, el equilibrio se alcanzaría en la siguiente generación, aunque con nuevas frecuencias génicas y genotípicas. 11.2 FRECUENCIA GENICA Y FRECUENCIA GENOTIPICA La frecuencia génica viene a ser la proporción de un alelo (gen) respecto del total de alelos (genes) de ese locus genético en una población grande, con reproducción panmítica. También se puede decir que es la probabilidad de encontrar un gen específico cuando se escoge un gen al azar en la población. En un grupo de individuos, las frecuencias génicas de un locus particular pueden estimarse a partir de las frecuencias genotípicas. Tanto la frecuencia génica como la frecuencia genotípica son constantes de generación en generación en ausencia de migración, mutación y selección. 22 Los análisis de las frecuencias génicas son instrumentos importantes en genética de poblaciones y permiten hasta cierto punto la reconstrucción de la historia genética de las poblaciones. Las frecuencias génicas de un cierto locus pueden inferirse a partir de las frecuencias genotípicas. XII. INGENIERÍA GENETICA – GENETICA MOLECULAR 12.1 DEFINICIÓN La Ingeniería Genética (IG) es una rama de la genética que se concentra en el estudio del ADN, pero con el fin su manipulación. En otras palabras, es la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado. ENZIMAS DE RESTRICCIÓN. Como ya se dijo, la IG consiste la manipulación del ADN. En este proceso son muy importantes las llamadas enzimas de restricción, producidas por varias bacterias. Estas enzimas tienen la capacidad de reconocer una secuencia determinada de nucleótidos y extraerla del resto de la cadena. Esta secuencia, que se denomina Restriction Fragment Lenght Polymophism o RLPM, puede volver a colocarse con la ayuda de otra clase de enzimas, las ligasas. Análogamente, la enzima de restricción se convierte en una "tijera de ADN", y la ligasa en el "pegamento". Por lo tanto, es posible quitar un gen de la cadena principal y en su lugar colocar otro. VECTORES. En el proceso de manipulación también son importantes los vectores: partes de ADN que se pueden autorreplicar con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos vectores permiten obtener múltiples copias de un trozo específico de ADN, lo que proporciona una gran cantidad de material fiable con el que trabajar. El proceso de transformación de una porción de ADN en un vector se denomina clonación. Pero el concepto de clonación que "circula" y está en boca de todos es más amplio: se trata de "fabricar", por medios naturales o artificiales, individuos genéticamente idénticos. ADN POLIMERASA. Otro método para la producción de réplicas de ADN descubierto recientemente es el de la utilización de la enzima polimerasa. Éste método, que consiste en una verdadera reacción en cadena, es más rápido, fácil de realizar y económico que la técnica de vectores. 12.2. APLICACIONES La Ingeniería genética tiene numerosas aplicaciones en campos muy diversos, que van desde la medicina hasta la industria. Sin embargo, es posible hacer una clasificación bastante simple bajo la cual se contemplan todos los usos existentes de estas técnicas de manipulación genética: aquellos que comprenden la terapia génica, y aquellos que se encuentran bajo el ala de la biotecnología. 23 1) Usos de la terapia génica. El primer intento de utilizar la IG como terapia génica fue en 1989, cuando en norte américa se trasplantaron genes entre humanos con cáncer terminal. Aunque las víctimas de cáncer murieron, la transferencia de genes fue un éxito. Hoy el desafío de los científicos es, mediante el conocimiento del Genoma Humano, localizar "genes defectuosos", información genética que provoque enfermedades, y cambiarlos por otros sin tales defectos. La ventaja quizá más importante de este método es que se podrían identificar en una persona enfermedades potenciales que aún no se hayan manifestado, para o bien reemplazar el gen defectuoso, o iniciar un tratamiento preventivo para atenuar los efectos de la enfermedad. Por ejemplo, se le podría descubrir a una persona totalmente sana un gen que lo pondría en un riesgo de disfunciones cardíacas severas. Si a esa persona se le iniciara un tratamiento preventivo, habría posibilidades de que la enfermedad no llegue nunca. A través de una técnica de sondas genéticas, se puede rastrear la cadena de ADN en busca de genes defectuosos, responsables de enfermedades genéticas graves. Si bien la información del Genoma Humano fue recientemente descubierta, ya se han localizado los "locus" de varias enfermedades de origen genético. He aquí algunas de ellas: Hemofilia – Alcoholismo – Corea de Huntigton – Anemia Falciforme – Fibrosis quística – Hipotiroidismo Congénito – Retraso Mental – Miopatía de Duchenne – Maníacodepresión – Esquizofrenia – Síndrome de Lesch Nyhan – Deficencia de ADA – Hidrocefalia – Microcefalia – Labio Leporino – Ano Imperfecto o Imperforación – Espina Bífida. Pero los alcances de la terapia génica no sólo se limitan a enfermedades genéticas, sino también a algunas de origen externo al organismo: virales, bacterianas, protozoicas, etc. En febrero de este año, por ejemplo, se anunció que un grupo de científicos estadounidenses empleó técnicas de terapia génica contra el virus del SIDA. Sintetizaron un gen capaz de detener la multiplicación del virus responsable de la inmunodeficiencia, y lo insertaron en células humanas infectadas. El resultado fue exitoso: el virus detuvo su propagación e incluso aumentó la longevidad de ciertas células de defensa, las CD4. 2) Biotecnología. Las biotecnologías consisten en la utilización de bacterias, levaduras y células animales en cultivo para la fabricación de sustancias específicas. Permiten, gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de la bioquímica, la microbiología y la ingeniería química aprovechar en el plano tecnológico las propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares. Permiten producir a partir de recursos renovables y disponibles en abundancia gran número de sustancias y compuestos. Aplicadas a escala industrial, las tales biotecnologías constituyen la bioindustria, la cual comprende las actividades de la industria química: síntesis de sustancias aromáticas saborizantes, materias plásticas, productos para la industria textil; en el campo energético la producción de etanol, metanol, biogas e hidrógeno; en la biomineralurgia la extracción de minerales. Además, en algunas actividades cumplen una 24 función motriz esencial: la industria alimentaria (producción masiva de levaduras, algas y bacterias con miras al suministro de proteínas, aminoácidos, vitaminas y enzimas); producción agrícola (donación y selección de variedades a partir de cultivos de células y tejidos, especies vegetales y animales trangénicas, producción de bioinsecticidas); industria farmacéutica (vacunas, síntesis de hormonas, interferones y antibióticos); protección del medio ambiente (tratamiento de aguas servidas, transformación de desechos domésticos, degradación de residuos peligrosos y fabricación de compuestos biodegradables). Los procesos biotecnológicos más recientes se basan en las técnicas de recombinación genética descritas anteriormente. A continuación se detallan las aplicaciones más comunes. Industria Farmacéutica. Obtención de proteínas de mamíferos. Una serie de hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento, factores de coagulación, etc. tienen un interés médico y comercial muy grande. Antes, la obtención de estas proteínas se realizaba mediante su extracción directa a partir de tejidos o fluidos corporales. En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se clonan los genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos adecuados para su fabricación comercial. Un ejemplo típico es la producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura Sacharomces cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina humana. Obtención de vacunas recombinantes. El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de microorganismos patógenos inactivos, puede comportar un riesgo potencial. Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen actualmente por IG. Como la mayoría de los factores antigénicos son proteínas lo que se hace es clonar el gen de la proteína correspondiente. Agricultura. 25 Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las características de gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles al hombre, son las llamadas plantas transgénicas. Las primeras plantas obtenidas mediante estas técnicas fueron un tipo de tomates, en los que sus frutos tardan en madurar algunas semanas después de haber sido cosechados. Recordando que la célula vegetal posee una rígida pared celular, lo primero que hay que hacer es obtener protoplastos. Entre las técnicas indirectas cabe destacar la transformación de células mediada por Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria puede considerarse como el primer ingeniero genético, por su particular mecanismo de acción: es capaz de modificar genéticamente la planta hospedadora, de forma que permite su reproducción. Esta bacteria es una auténtica provocadora de un cáncer en la planta en la que se hospeda. Las técnicas directas comprenden la electroporación, microinyección, liposomas y otros métodos químicos. Entre los principales caracteres que se han transferido a vegetales o se han ensayado en su transfección, se mencionan a: Resistencia a herbicidas, insectos y enfermedades microbianas. Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles a herbicidas. Para la resistencia a los insectos se utilizan cepas de Bacillus thuringiensis que producen una toxina (toxina - Bt) dañina para las larvas de muchos insectos, de modo que no pueden desarrollarse sobre las plantas transgénicas con este gen. Respecto a los virus se ha demostrado que las plantas transgénicas con el gen de la proteína de la cápsida de un virus, son resistentes a la invasión de dicho virus. Incremento del rendimiento fotosintético. Para ello se transfieren los genes de la ruta fotosintética de plantas C4 que es más eficiente. Mejora en la calidad de los productos agrícolas. 26 Tal es el caso de la colza y la soja transgénicas que producen aceites modificados, que no contienen los caracteres indeseables de las plantas comunes. Síntesis de productos de interés comercial. Existen ya plantas transgénicas que producen anticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables Asimilación de nitrógeno atmosférico. Aunque no hay resultados, se ensaya la transfección del gen nif responsable de la nitrogenasa, existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, y que permitiría a las plantas que hospedasen dicho gen, crecer sin necesidad de nitratos o abonos nitrogenados, aumentando la síntesis de proteínas de modo espectacular. Proyecto HUGO El Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que busca seleccionar un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la secuencia de su ADN. Se inició oficialmente en 1990 como un programa de quince años con el que se pretendía registrar los 80.000 genes que codifican la información necesaria para construir y mantener la vida. Tres años entes del cincuentenario del descubrimiento de la estructura de la doble hélice por parte de Watson & Crick (1953), se produjo el mapeo del genoma humano. El conocimiento del Genoma Humano permitirá identificar y caracterizar los genes que intervienen en las principales enfermedades genéticas, lo que hará posible el tratamiento mediante terapia génica a casi todas las enfermedades que tengan un posible origen genético. ANÁLISIS DE LAS IMPLICANCIAS Siempre que los avances científicos y tecnológicos se producen con rapidez, el entusiasmo por seguir adelante no deja lugar a un análisis sobre los pro y los contras que puede provocar. Un caso histórico es la Revolución Industrial. En la vorágine de construir las mejores máquinas, los científicos de la época dejaron de lado el factor contaminación ambiental, ignorando que, un siglo más tarde, el haber utilizado máquinas a vapor inició un proceso prácticamente irreversible de calentamiento global y contaminación atmosférica. Otro caso más que clásico es la fórmula de la Teoría de la Relatividad, que abrió camino a dos aplicaciones bien polarizadas y antagónicas: el uso de la medicina atómica para salvar vidas, y la construcción de bombas atómicas para destruirlas. Y parece ser que el hombre no aprende de sus errores, porque en el afán de ver "hasta dónde podemos llegar", los genetistas y otros científicos de hoy anuncian día a día orgullosamente sus nuevas hazañas, sin tener en cuenta las consecuencias no sólo ambientales, sino también éticas y morales. En el caso de la IG orientada al agro, por ejemplo. Las cosechas transgénicas ya son abundantes en el mundo, pero no son probadas y comprobadas correctamente las posibles consecuencias ecológicas que pudiesen causar. Esto provocó el levantamiento de los organismos ecológicos no gubernamentales, que han elaborado una extensa lista de faltas cometidas por las distintas compañías. Esta acción, a su vez, creó una concepción 27 negativa de los organismos transgénicos. Se lo ve como algo completamente nocivo para la salud, a la vez que se desconoce de qué se trata. Está en el conocimiento popular que cualquier ser, planta o animal, genéticamente modificado es sinónimo de veneno o tóxico. Este miedo irracional fue utilizado por ciertas organizaciones protectoras del medio ambiente para aumentar este temor popular. La ciencia se puede usar tanto para el bien como para el mal. Depende de nosotros el uso que le demos. Sería una lástima que una ciencia tan prometedora como esta fuera desperdiciada para fines inmorales o puramente económicos. Es el deber de los hombres de hoy tomar una decisión fundamental: aprender del pasado histórico del mundo, o seguir caminando a ciegas, con los ojos tapados y sin mirar atrás. XIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1.- ANDERSON Richard. 1969. Genética de Poblaciones. Enseñanza programada. México. Centro Regional de Ayuda Técnica. AID. 2.- BLANCO RODRÍGUEZ, J. 1994. Genética general. Madrid: Marbán. 3.- BENITO JIMÉNEZ, C; 1997. 360 Problemas de Genética, resueltos paso a paso. Editorial Síntesis. Madrid. 4.- CAMARENA, F.; CHURA, J. y BLAS, R. 2008.Mejoramiento Genético y Biotecnología de plantas. Concytec - UNA La Molina. 241 pág. 5.- CUBERO, J. I. 1999. Introducción a la Mejora genética vegetal. Ediciones MundiPrensa. 6.- GARDNER, E.; Simmons, M. y Peter Snutad. 1998. Principios de Genética. Editorial LIMUSA. 8.- GRIFFITH A. J. F GELBART, W. M., MILLER, J. H. and R.C. LEWONTIN. 2000. Genética Moderna. Interamericana-McGraw Hill, Madrid. 9.- IAÑEZ, E. 1997. Ingeniería genética de Plantas. 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