Descifran genoma de la rana

Por admin/Sapiens
30 Abril, 2010

Observar el genoma de la rana nos permite conocer mejor los genes asociados a enfermedades genéticas que comparten con los humanos, pero también nos brinda un vistazo a fragmentos de ADN verdaderamente antiguos, de hace 360 millones de años, que provienen de un antepasado común de todos los mamíferos, aves, reptiles y dinosaurios.

Por ello, cuando se comparan regiones alrededor de genes específicos en los genomas de la rana, del pollo y del ser humano, se puede notar lo asombrosamente similares que son, lo que indica un alto nivel de conservación de la organización o estructura del ADN en los cromosomas.

“La arqueología del cromosoma ayuda a entender la historia de la evolución, demostrándonos cómo el material genético se ha cambiado para crear el genoma mamífero y el actual genoma anfibio”, señala Uffe Hellsten, del Joint Genome Institute del Departamento de Energía de Estados Unidos y autor principal del artículo sobre el primer genoma de anfibio secuenciado, que se publica esta semana en la revista Science.

El genoma de Xenopus tropicalis, una rana africana con uñas, cuenta con entre 20 mil y 21 mil genes, muy cerca del genoma humano con 23 mil, y por lo menos mil 700 genes que en seres humanos se asocian a enfermedades como cáncer, asma, y enfermedades cardiovasculares, se encuentran en las ranas.

“Cuando usted mira los segmentos del genoma del Xenopus (que significa pie extraño), usted está mirando literalmente las estructuras de ADN hace 360 millones de años”, dice Hellsten.

Aunque fragmentos del genoma de la rana han estado disponibles para los científicos desde hace varios años, esta es la primera vez que se obtiene el genoma completo de un anfibio, un hueco importante entre los más de 175 genomas de diversos organismos que se han completado hasta ahora.

“Los de la rata y del ratón nos dieron la impresión de que los genomas se desarrollan rápidamente, pero esto resulta ser característico de los roedores, no de todos los organismos”, afirma Richard M. Harland, del Centro de Genómica Integradora de la Universidad de California en Berkeley. “En lugar, parece que la fractura y el cambio de los cromosomas son acontecimientos extremadamente raros en la evolución”.

De acuerdo con el artículo, la comprensión del ADN de los anfibios podría ayudar a los biólogos a entender cómo están relacionados con enfermedades humanas. El genoma de X. tropicalis se compone de más de mil 700 millones de bases químicas empaquetadas y separadas en 10 pares de cromosomas.

De este género de anfibios existen más de 20 especies de rana en África subsahariana, y es uno de los más usados en laboratorios de todo el mundo para el estudio del desarrollo embrionario y de la biología celular.

Genes salteadores

Cuando se inició el proyecto de la secuencia se decidió ordenar el genoma de la rana X. tropicalis en lugar de su prima X. laevis, de mayor uso científico, porque tropicalis tiene la mitad del tamaño del genoma.

Es diploide, con dos copias de cada gene en 10 pares de cromosomas, mientras que el genoma de X. laevis ha experimentado la duplicación y podría tener incluso hasta cuatro copias de cada gene en 18 pares de cromosomas.

La secuencia de X. laevis habría sido no sólo más costosa, sino también más difícil debido a la complejidad para emparejar genes con el cromosoma adecuado. “Sin embargo, con el bosquejo de esta secuencia de alta calidad se proporcionará una base sobre la cual montar el genoma de los X. laevis”, señala Harland.

Jacques Roberto, del Centro Médico de Rochester, expresa que este será el punto de partida para entender cómo se regulan los genes durante su desarrollo y en los procesos de enfermedad. “Xenopus mantiene la promesa de convertirse en un modelo de gran alcance para ayudarnos a aprender más sobre nuestros propios genes”.

Aunque en la actualidad se conocen los genes que integran una gran cantidad de organismos, realmente no se entiende cómo trabajan, por lo que la nueva secuencia podría ser una nueva herramienta que permita desentrañar su regulación y su función al nivel más básico.

Los investigadores encontraron semejanzas adicionales entre los genes de la rana y los de humanos, por ejemplo, en ranas hay “genes vecinos” muy similares a los del ser humano en casi el 90 por ciento del genoma. Es decir, el genoma de la rana contiene la misma clase de “vecindario genético” que el genoma humano.

Esto es importante pues los científicos intentan entender cómo los grupos de genes vecinos trabajan juntos, al igual que otros elementos genéticos móviles también llamados “genes salteadores” o transposones.

Los transposones antes eran considerados “ADN basura” porque se ignoraba su función, pero ahora muchos científicos creen que pueden ser determinantes en el trabajo de los genes. La mitad del genoma de la rana se compone de transposones, y de éstos, un porcentaje inusualmente alto –tres cuartas partes– son capaces de mover los genes que los rodean. Los científicos todavía están intentando entender las implicaciones.

Estudios embrionarios

Una de las grandes ventajas de X. laevis para la experimentación, es que produce huevos grandes que pueden ser fácilmente manipulados, incluso los investigadores han estudiado desde hace años cómo un huevo fertilizado se convierte en un embrión y cómo los embriones desarrollan sus patas, cabeza y cola.

“El genoma de tropicalis ayudará a los científicos a conectar los cambios genéticos con las regiones de ADN que participan en el desarrollo de ambas especies”, dice Harland. “Ha sido uno de los modelos animales por excelencia en la investigación científica junto con la mosca de la fruta, el ratón, el pollo, el nematodo y el pez cebra”.

Cuando los biólogos descubrieron a principios de siglo XX que estas ranas eran inusualmente sensibles a la gonadotropina coriónica humana (HCG), fueron adoptadas ampliamente como prueba de embarazo barato en hospitales, sobre todo en los años 40 y 50.

De hecho, se puede inyectar una rana con orina de una mujer y se sabrá si ella está embarazada; el HCG en la orina hará que la rana ovule y produzca sus huevos en 8 o 10 horas. Además, a las ranas se les puede inducir a que pongan huevos en cualquier momento del año inyectándoles hormonas.

Las ranas tienen un ciclo de vida corto, de tan sólo 4 meses, lo que las hace ideales para la experimentación, mientras que sus huevos siguen siendo relativamente fáciles de manipular y de inyectar.

Sistema inmune

El ADN de la rana podría arrojar luz para entender el sistema inmunológico humano, es decir, cómo el cuerpo se protege contra amenazas como microbios, virus y otros invasores externos.

Esto podría ayudar a comprender algunos de los desórdenes que afligen a centenares de millones de personas que sufren asma, lupus, esclerosis múltiple, y artritis reumatoide, entre otros padecimientos, o para tratar con más eficacia enfermedades como cáncer o Alzheimer.

Entre las aplicaciones que se vislumbran para el genoma de la rana se encuentra el desarrollo de vacunas que incorporan la información sobre cómo el sistema inmune distingue al amigo del enemigo.

Las ranas desarrollan tal sistema no una vez, como la mayoría de los organismos, sino dos veces; la segunda vez, cuando se rehacen y se metamorfizan de renacuajo a rana.

Roberto y sus colegas encontraron una semejanza llamativa entre las ranas y los seres humanos en los genes que producen las proteínas conocidas como complejo de histocompatibilidad o MHC, que desempeñan un papel dominante al permitir a un organismo detectar los materiales u organismos extraños, así como en el control de las células cancerosas.

Medio ambiente y ranas

La investigación realizada por 48 científicos de 24 instituciones y 5 países, también da pistas de por qué las especies de la ranas en el mundo continúan disminuyendo rápidamente.

Las ranas y otros anfibios están expuestos a toxinas y a los cambios ambientales en su hábitat, por lo que se les considera como los organismos centinela debido a su sensibilidad extrema a los agentes contaminantes en el ambiente o en sus alimentos.

Por ejemplo, la rana posee hormonas miméticas que las hacen más susceptibles a los contaminantes químicos tóxicos en lagos y ríos, que pueden ser la causa de la declinación de sus poblaciones en todo el mundo.

“Tenemos la esperanza de que la comprensión de los efectos de estos interruptores hormonales nos ayudarán a preservar la diversidad de la rana y, puesto que estos productos químicos tóxicos también afectan a seres humanos, podría tener un efecto positivo sobre la salud humana”, expresa Uffe Hellsten.

México ocupa el quinto lugar en el mundo en cuanto a su diversidad de anfibios con 15 familias, 43 géneros y 363 especies; sin embargo, también es uno de los países que tiene mayor número de anfibios en peligro de extinción. De acuerdo con estudios del Instituto de Biología de la UNAM, el 60 por ciento de estás especies están por desaparecer.

A nivel mundial existen 6 mil especies de anfibios, de las cuales mil 856 están en riesgo de extinción, una tasa de 32 por ciento, contra el 12 por ciento de las aves y el 23 por ciento de los mamíferos.

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