División de Investigación Intramuros del NHGRI
¿Qué es el Genoma Canino?
El cuerpo de un perro contiene billones de células. La mayoría de estas células contienen un núcleo. En los perros, se pueden encontrar 38 pares de autosomas (cromosomas no sexuales) en cada núcleo, para un total de 76 cromosomas más los dos cromosomas sexuales (X e Y) para un gran total de 78. Durante la concepción, el perro recibe una copia de cada cromosoma de cada progenitor. Los cromosomas están formados por ácido desoxirribonucleico (ADN), la «molécula de la vida».
El ADN está formado por pequeños bloques químicos llamados «nucleótidos» o «bases», que son de cuatro tipos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Todos los organismos vivos, incluido el ser humano, utilizan este código de cuatro letras. Las bases están emparejadas en unidades fijas de adenina-timina (A-T) y guanina-citosina (G-C). Los perros tienen aproximadamente tres mil millones de pares de bases en cada célula. Los genes se definen por una secuencia única de nucleótidos que puede ser de tan sólo cien bases o de hasta un millón. La secuencia de cada gen se llama su «código». Por ejemplo, el código de un gen puede dar lugar a proteínas que añaden color al tallo del pelo, el código de otro gen produce enzimas para digerir los alimentos y un tercer gen dirigirá la formación de anticuerpos que combaten enfermedades. Para un determinado gen, el código es muy preciso; un solo error en la secuencia de ADN podría tener consecuencias desastrosas para la salud de su perro.
Cada uno de los 78 cromosomas contiene los códigos de cientos de genes. Los genes codifican la maquinaria necesaria para la fabricación de proteínas, que a su vez conforman la estructura física del cuerpo. Las proteínas son necesarias para todos los sistemas clave del cuerpo, como el sistema nervioso o el sistema digestivo. Cada gen tiene un código específico que se transmite de padres a hijos. El término «genoma canino» se refiere a la secuencia completa del genoma del perro, incluidos todos los genes y los espacios intermedios. Los genes pueden determinar cómo se desarrollará su perro, desde el color de su pelaje hasta sus rasgos de personalidad y, en algunos casos, las enfermedades a las que será susceptible.
Adaptadas de la imagen de ADN de la Oficina de Apoyo a la Publicación Intramuros del NHGRI
, imágenes de perros
cortesía de © AKC/Mary Bloom
Adaptada de la Publicación Intramuros del NHGRI
Imagen de ADN azul de la Oficina de Apoyo
La siguiente secuencia es un ejemplo de secuencia de nucleótidos: GGAAACCTGGTATA…. En esta página también se muestran imágenes de cerca del ADN. La secuencia del genoma del perro se publicó en 2005 (Lindblad-Toh et al. 2005).
Localización de genes mediante «mapeo genético»
Para localizar las secuencias de nucleótidos responsables de los rasgos de interés, los investigadores tienen que peinar unos 3.000 millones de pares de bases, la longitud del genoma canino. No todo el ADN contiene genes. La mayoría de las secuencias de ADN se conocen como ADN no codificante, que puede desempeñar funciones reguladoras como activar o desactivar genes, determinar la cantidad de cada gen que debe producirse o dirigir el ARN mensajero codificado hacia dónde ir en la célula. Para encontrar una mutación que controle o esté asociada a un rasgo, los científicos suelen comparar el ADN de los perros que tienen el rasgo con los que no lo tienen. Esto puede ser bastante sencillo cuando se estudian los genes que controlan la apariencia, sin embargo, es mucho más difícil cuando se estudian las enfermedades o el comportamiento de los perros (Spady et al. 2008; Parker et al. 2006).
Para la mayoría de las comparaciones de todo el genoma utilizamos un «chip SNP» canino, que es un método para leer más de 100 mil puntos en el genoma de una sola vez. El chip SNP canino más reciente tiene más de 170.000 SNPs (descrito en Vaysse et al. 2011). Los SNP, o polimorfismos de un solo nucleótido, representan bases individuales en el genoma que mutan con frecuencia. La mayoría no tienen nada que ver con la enfermedad, pero sirven como señales de tráfico («marcadores») para navegar por el genoma del perro. La asociación se determina calculando la diferencia de frecuencia de cada marcador en los perros con la enfermedad o el rasgo frente a los perros que no tienen la enfermedad o el rasgo. Una vez que se encuentra una asociación significativa entre un SNP y un rasgo, los científicos investigan los genes y las secuencias adyacentes para tratar de encontrar la variante o la combinación de variantes que contribuyen al rasgo de interés.
Secuenciación del genoma
Debido a las mejoras en la tecnología que han reducido el precio de la secuenciación, ahora podemos utilizar la secuenciación de todo el genoma para encontrar mutaciones de interés. En los últimos 30 años, los científicos han realizado notables avances en la tecnología de secuenciación de genes, de manera que ahora es posible determinar la secuencia de todo el genoma de un organismo en cuestión de días. La tecnología de secuenciación revela más secretos de los genes caninos mucho más rápido que nunca.
La técnica llega directamente al corazón del código genético; descifrando la secuencia exacta de las bases con letras que componen cada gen, y las secuencias alrededor y entre los genes que ayudan a su regulación.
Cortesía de la Oficina de Apoyo a la Publicación Intramuros del NHGRI
Aprendiendo sobre las mutaciones
Una vez que los científicos han secuenciado un gen, se podría pensar que su trabajo ha terminado, pero no es tan sencillo. Ahora deben determinar si los cambios detectados en el código genético modifican realmente el funcionamiento del gen. No todos los perros tienen versiones idénticas del mismo gen. La variación genética se produce cuando se cometen «errores» en los mecanismos de duplicación o reparación de la célula que provocan un cambio permanente en la secuencia de nucleótidos del gen. Estas mutaciones dan lugar a formas variantes de un gen, llamadas alelos, que pueden cambiar la función del gen. Si estas mutaciones existen en las células germinales, pueden transmitirse a la futura descendencia. La mayoría de los genes controlan más de una función dentro del perro. A menudo, la forma en que se expresa un gen, o se «enciende» para fabricar proteínas, puede tener un efecto directo en el funcionamiento de otros genes. Aunque algunos errores en el código pueden inactivar un gen y otros pueden aumentar o añadir actividad a un gen, la mayoría de los cambios tienen pocas o incluso ninguna consecuencia. A menudo es un rompecabezas complejo de resolver. Los científicos, siempre conscientes de que los alelos indeseables junto con los buenos se transmitirán de padres a hijos, suelen trabajar durante años para comprender la verdadera función de una proteína con el fin de mejorar la salud de los perros que estudian. Sin embargo, con la ayuda de la bioinformática, el enfoque estadístico para entender extensos conjuntos de datos biológicos, tenemos acceso a muchas herramientas para desentrañar los secretos del genoma canino. Utilizando enfoques nuevos y sofisticados, los bioinformáticos con talento pueden comparar la secuencia del genoma de un gran número de individuos para encontrar mutaciones individuales. En el Proyecto Genoma del Perro a menudo modelamos nuestros enfoques a partir de las técnicas aprendidas en el Proyecto Genoma Humano.
Enfermedades genéticas y el genoma canino
Los investigadores han identificado más de 360 trastornos genéticos que se dan tanto en humanos como en perros, y aproximadamente el 46% de ellos se dan sólo en una o unas pocas razas. Para la mayoría de ellos, no se ha encontrado la lesión genética subyacente.
El cáncer es una enfermedad genética, pero no todas las mutaciones que dan lugar al cáncer son heredables. A lo largo de la vida, el ADN de las células del cuerpo de un perro es capaz de sufrir cambios genéticos espontáneos. A lo largo de los años, estas mutaciones genéticas pueden acumularse o producirse en genes importantes. Si una sola célula acumula suficientes mutaciones o adquiere una variación en un gen crítico, la célula puede empezar a dividirse y crecer de forma incontrolada. La célula dejará entonces de realizar la función que se le ha asignado y esto puede conducir al cáncer. Se han identificado algunos genes potentes que pueden iniciar el proceso por sí mismos, a menudo con una simple mutación. Es posible que haya oído hablar de los genes de susceptibilidad al cáncer de mama BRCA1 y BRCA2. Pertenecen a esta última categoría. Por último, los factores ambientales también contribuyen al cáncer, como la exposición a la luz solar y el cáncer de piel en los seres humanos.
El diagnóstico de cáncer suele producirse cuando el crecimiento incontrolado forma masas de células llamadas tumores. Cada célula contiene una copia del gen mutado idéntica a la de la célula mutada original. Las células tumorales pueden migrar a otros órganos y comenzar a crecer allí. Esto se llama metástasis. El objetivo de la terapia contra el cáncer es eliminar todas las células tumorales de un individuo afectado, ya que una sola célula restante puede provocar la reaparición del cáncer. La radioterapia se utiliza como «terapia local», dirigida a eliminar las células dentro del propio lugar del tumor. De forma similar, la cirugía suele utilizarse para extirpar el tumor. La quimioterapia es una «terapia sistémica» que mata las células que crecen rápidamente, tanto las del tumor como, con suerte, las que se han desplazado a otros órganos.
Hasta la fecha, el tratamiento de la mayoría de las enfermedades se lleva a cabo de forma retrospectiva, una vez que se diagnostica la enfermedad. En los perros esto suele ocurrir en una fase avanzada, ya que son incapaces de decirle a alguien que no se sienten bien. Los avances en la investigación genética deberían aumentar este enfoque. De hecho, una de las posibilidades más interesantes en el estudio del cáncer reside en la capacidad de utilizar la genómica para identificar mutaciones y diagnosticar el cáncer antes de que se convierta en un problema grave. En última instancia, esperamos producir pruebas genéticas para identificar mutaciones deletéreas antes de que un perro enferme. Por último, la comunidad científica espera trabajar con la comunidad de criadores caninos para agotar los alelos de susceptibilidad a la enfermedad de las poblaciones.
Última modificación: Martes, 13-Feb-2018 13:07:00 EST
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