November 2009
El ratón (Mus musculus) es nuestro familiar más cercano entre los organismos modelo en genética. Foto: George Shuklin.
Todos los seres vivos, desde las bacterias hasta los elefantes, y desde las flores hasta los humanos, siguen instrucciones escritas en el lenguaje universal del ADN. Todos los seres vivos incluyen componentes básicos similares - proteínas codificadas con ADN. Y todas las enfermedades se pueden rastrear hasta genes o proteínas que no funcionan bien.
Los cuatro organismos modelo - la levadura, el gusano, la mosca, el ratón - comparten con los humanos un vasto número de genes, proteínas, e incluso sendas genéticas.
Levadura (Saccharomyces cerevisiae)
- Una célula viva individual de tan solo 3 micrones de diámetro (si se ponen en fila 4.000 de ellas medirían una pulgada).
- Se reproduce mediante gemación y se duplica cada 90 minutos.
- Su genoma fue secuenciado en 1996.
- 12 millones de pares de bases de ADN
- 6.000 genes, de los cuales por lo menos el 31% tienen equivalentes humanos.
Gusano (Caenorhabditis elegans)
- Un animal multicelular de 1 milímetro (0,04 pulgadas) de largo.
- Duración de Vida: 2 a 3 semanas. Una nueva generación cada 3 días.
- Su genoma fue secuenciado en 1998.
- 99 millones de pares de bases de ADN.
- 19.099 genes, de los cuales el 40% tiene equivalente humano.
Ratón (Mus musculus)
- Nuestro familiar más cercano entre los organismos modelo, 120 milímetros (6,6 pulgadas) de largo.
- Duración de vida: 2 años. Una nueva generación cada 9 semanas
- Se espera tener la secuencia de su genoma para el 2001.
- Se estima que tiene 3 billones de pares de bases de ADN (tal como en los humanos).
- Se estima que tiene 40.000 genes (tal como los humanos).
- Casi todos los genes humanos tienen una contraparte en el ratón, y se ha encontrado que es imposible distinguir entre algunos bloques de ADN secuenciado de ratón y las versiones humanas.
La Mosca (Drosophila melanogaster)
- Un animal multicelular de comportamiento complejo, de 4 milímetros (0,16 pulgadas) de largo.
- Duración de vida: 3 a 4 meses. Una nueva generación cada 10 días.
- Su genoma fue secuenciado en marzo del 2000.
- 165 millones de pares de bases de ADN
- 13.600 genes, de los cuales aproximadamente el 50% tienen equivalentes humanos.
El ser humano (Homo sapiens)
- 5 a 6 pies de altura.
- Duración de vida: Aproximadamente 40 años en los países en desarrollo, 60 a 70 años en los Estados Unidos y otros países industrializados. Una nueva generación cada 20 -25 años.
- El genoma humano fue secuenciado (se produjo un borrador preliminar) en junio del 2000.
- 3 billones de pares de bases de ADN.
- Aproximadamente 40.000 genes.
Pese a sus obvias diferencias en términos de tamaño y estilo de vida, todos estos organismos modelo fabrican proteínas que llevan a cabo las mismas funciones centrales que en los seres humanos, diciéndole al organismo cuándo y cómo crecer, reproducirse, combatir las tensiones, y finalmente morir.
Genes paralelos
Las moscas no se enferman de los riñones, y los gusanos no se enferman del corazón, sin embargo muchos del los genes humanos que son culpables de estas y otras afecciones tienen genes paralelos en los organismos modelo, en los cuales pueden ser estudiados más fácilmente.
Después de que el genoma de la mosca fue secuenciado en marzo del 2000, un equipo de científicos encontró que el 61% de los genes humanos que se sabe han mutado en 289 enfermedades humanas, tiene equivalentes cercanos en las moscas. Muchos de esos genes también tienen paralelos en los gusanos e incluso en la levadura.
A continuación mostramos ejemplos de la similitud entre los genes de algunas de las enfermedades humanas y aquellos que han sido secuenciados en las moscas, los gusanos y la levadura.2 Los organismos cuyos genes muestran el mayor grado de similitud son:
- Enfermedad de Parkinson Juvenil: mosca
- Cáncer de la tiroides: mosca
- Sordera hereditaria: mosca, gusano, levadura
- Leucemia: mosca
- Fibrosis quística: mosca, gusano
- Enfermedad de Wilson (un trastorno del hígado): mosca, gusano, levadura
- Cáncer colo-rectal hereditario no asociado a la poliposis (una enfermedad del colon): mosca, gusano, levadura
- Exostosis múltiple (un trastorno de los huesos): mosca
- Miopatía cardíaca familiar (enfermedad cardíaca heredada: mosca, gusano, levadura
- Cáncer pancreático: mosca
- Distrofia muscular de Duchenne: mosca, gusano
- Xeroderma Pigmentosum D (cáncer de la piel de inicio temprano): mosca, levadura
Proteómica — un nuevo enfoque para el tratamiento de las enfermedades
Con el fin de agilizar la búsqueda de mejores tratamientos, algunos científicos quieren ahora pasarse de la genómica, que es el estudio de todos los genes de las células de un organismo, al siguiente nivel -la proteómica, que es el estudio de todas las proteínas especificadas por estos genes y la forma como ellas interactúan.
Las proteínas son las vigas del cuerpo, así como sus ingenieras y encargadas de mudanzas, sus portadoras de mensajes y sus luchadoras contra las infecciones. Pero las proteínas no actúan solas, se unen a otras proteínas afectándolas. Por lo tanto, cuando un gen mutante produce una proteína defectuosa, puede afectar cadenas completas de interacciones con otras proteínas, causando así enfermedades.
Curar podría entonces ser equivalente a interrumpir o compensar algunas de las interacciones defectuosas. Pero primero deben ser identificadas en forma precisa. Es aquí cuando los organismos tales como la levadura y las moscas están siendo particularmente útiles.
Hace una década, Stanley Fields, un investigador del HHMI [Howard Hughes Medical Institute] en la Universidad de Washingon, Seattle, concibió una forma ingeniosa de identificar pares de proteínas que interactúan físicamente las unas con las otras. En la actualidad él y sus colaboradores están utilizando este sistema de “dos híbridos” para explorar las interacciones de las proteínas en la levadura. Recientemente los científicos identificaron 957 interacciones que involucraban 1.004 proteínas de levadura. Es muy probable que existan interacciones similares entre proteínas correspondientes en los seres humanos.
Entretanto, Stuart Schreiber y sus colegas en la Universidad de Harvard han adaptado la técnica de micromatrices (o microarreglos) de Patrick Brown— originalmente concebida para ADN - para usarla con proteínas, permitiéndoles así estudiar más de 10.000 proteínas simultáneamente. De esta forma detectaron grandes cantidades de interacciones de proteínas que se desconocían anteriormente. También sometieron a revisión a cientos de moléculas pequeñas para ver cuáles de ellas interactuarían con las proteínas en las micromatrices.
Estos dos enfoques están suministrando nuevas pistas para una gran gama de nuevas drogas potenciales, como también están creando las bases para una ciencia médica más precisa.
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