La nutrigenética: Nuestro entorno y nuestro genes

A lo largo de los últimos años, el estudio de los genes ha cobrado mucha importancia en muchos aspectos (como en el caso de cura de enfermedades, el estudio sobre nuestros antepasados, la relación que podemos tener con animales, e incluso, en relación con el aspecto físico de las personas). La pregunta de “¿Somos lo que comemos?” la hemos escuchado alguna vez y siempre ha sido en relación con los hábitos alimenticios de las personas y de su peso corporal. Además, durante algún tiempo, se ha creído que esos malos hábitos alimenticios se podían contrarrestar con un poco de ejercicio y que no afectarían más que en cuanto nos marca la báscula o si nos valen los pantalones vaqueros del año pasado. Pero nada más lejos de la realidad. La nutrigenética es una ciencia que ha aparecido durante el siglo XXI y que estudia la relación de los genes con la nutrición y el desarrollo de enfermedades asociadas a dicha expresión. La nutrigenética ofrece la posibilidad de que mediante una dieta personalizada para cada persona se evitaría o retrasaría la aparición de ciertas enfermedades asociadas a los genes. Su mayor representante y, podríamos decir que el “padre” de esta ciencia, José María Ordovas, un español residente en Boston, afirma en sus estudios de esta ciencia que nuestro destino no tiene porque ser el escrito en nuestros genes y que mediante una serie de hábitos saludables podemos modificar nuestro “destino genético”.

Esta ciencia se basa en las mutaciones que sufren nuestros genes. Estas mutaciones son consecuencia de la adaptación de la especie al entorno, y como parte de ese entorno, las variaciones en la dieta. El entorno puede afectar a nuestro genoma a través del llamado epigenoma, que son una serie de diminutas etiquetas químicas que se pegan o se despegan del ADN y activan o desactivan los genes, y que pueden estar influenciadas por cosas de nuestro entorno como pueden ser el clima, la dieta, las horas de sueños, las emociones… Por ejemplo, se ha observado que en crías nacidas de madres alcohólicas o fumadoras o por la falta de cariño, pueden sufrir problemas físicos que son debidos a cambios epigeneticos.

Estos problemas se han estudiado en núcleos de población como por ejemplo en la hambruna holandesa en el invierno de 1944. Las calorías que recibía la población cayeron de 2000 (las que necesitamos) a 600. Murieron muchas personas, pero hace unos años se observó una ola inexplicable de enfermedades cardiovasculares, obesidad, esquizofrenia, diabetes… Esta ola de enfermedades pertenece a la generación que fue concebida durante esta hambruna, cuando las madres sufrieron cambios en su genoma debido a la falta de calorías. En estos individuos, se observo que sus genes eran diferentes en comparación con otras personas que fueron concebidos antes de aquella hambruna. Este tipo de influencia del entorno en los genes también ocurre hoy en día, como sucede a muchos inmigrantes. Por ejemplo, un inmigrante de América del Sur, que vive a 25 o 30 grados de media, en un ambiente familiar y conocido, con una dieta rica en alimentos frescos que emigra a una ciudad del centro o del norte de Europa, donde anochece muy temprano, las temperaturas son muy bajas y apenas hay vida en la calle, sufre alto riesgo de padecer obesidad, diabetes u otros tipos de enfermedades relacionados con los genes.

La nutrigenética no es una ciencia que se pueda estudiar en un laboratorio, en un ambiente ideal y controlado, ya que al pasar las conclusiones sacadas en este ambiente, al individuo, los resultados pueden variar. Esto se debe, a que en el laboratorio no se ha tenido en cuenta a la persona concreta, a su educación, sus relaciones, sus emociones… Sin embargo, con la investigación en este campo se pueden evitar muchos tipos de enfermedades, puede indicarte que actividades físicas son las más recomendadas para tu cuerpo, puede prevenir las variaciones que se pueden producen en tu cuerpo debido a la dieta, etc. A la famosa pregunta antes realizada de “¿Somos lo que comemos?” hay que añadirle un pequeño matiz “¿Seremos lo que comemos?”

Por último, quiero añadir una nota de observación a los lectores de este articulo de que este español, José María Ordovas es uno de los nutricionistas más prestigiosos del mundo salió de España para estudiar en Boston donde alcanzó el prestigio siendo director del laboratorio de nutrición y genómica de la universidad de Tufts (EEUU), uno de los centros más prestigiosos de nutricion. Gracias al trabajo de investigadores españoles, en muchas ocasiones fuera de nuestras fronteras, demostramos al mundo que en España también hay buenos investigadores solo que necesitamos un poco de ayuda por parte de ciertas autoridades.

Genomas a la carta

 Uno de los mayores y, quizás, el más importante descubrimiento científico del siglo XX fue la secuenciación completa del genoma humano. Y es que cuando leí por primera vez sobre este tema me pareció realmente asombroso, no ya solo por el reto científico que presentaba y el cual abriría muchas puertas para el futuro, sino por la complejidad y el alcance del proyecto a nivel mundial que implicaba una gran cantidad de países como Australia, Brasil, Inglaterra, Canadá, China, Francia, Alemania, Dinamarca, Israel, Italia, Unión Europea, Japón, Corea, Méjico, Holanda, Rusia y Suecia, y un largo etcétera. Era el mayor proyecto científico jamás llevado a cabo.

Ahora bien, ¿Qué es lo que supone el conocer esta secuencia al completo? Pues bien, este proyecto causó una gran controversia y creó un gran debate a nivel mundial, y es que como dicen, la información es poder.  Si a eso le sumamos que además de ser un gran reto científico, el conocimiento obtenido aseguraría la superioridad tecnológica y comercial del país, ya tenemos todos los ingredientes para hacer un buen pastel. Esto obligó al desarrollo de programas para contemplar las consecuencias éticas y sociales de la investigación científica y que no se produzcan conflictos. Tanto es así, que la UNESCO redactó en 1997 la “Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos”.

A nivel público este proyecto también causo gran expectación  debido a las aplicaciones que esto podría tener. Y es que ya a  primera vista este descubrimiento tendría una gran repercusión principalmente en el campo de la medicina.  De hecho, una de las aplicaciones más directas es el conocimiento de la base molecular de enfermedades génicas y la realización de un diagnóstico adecuado. Entre estas enfermedades destaca el Alzheimer, catalogada como la enfermedad del siglo XX, una enfermedad degenerativa y hasta la fecha incurable. Recientemente se ha descubierto que esta enfermedad puede ser de origen genético en un 20% de los casos. Gracias al PGH se han localizado marcadores para el Alzheimer de origen genético en los cromosomas 1, 14, 19 y 21.
Otra de las aplicaciones de la PGH es el desarrollo de terapias contra las enfermedades, ya sea génica, farmacológica o medicina preventiva.

Y por último, y no menos importante, el diagnóstico de posibles enfermedades, ya sea de manera presintomática o prenatal. Un diagnóstico prenatal consiste en un conjunto de técnicas que sirven para conocer la adecuada formación y el correcto desarrollo del feto antes de su nacimiento, para poder conocer posibles malformaciones desde los primeros estadios de desarrollo del embrión. Comúnmente llamada amniocentesis, prueba que consiste en el análisis del líquido amniótico. Y es aquí donde surge el debate. La sociedad hoy en día permite el aborto en caso de embriones que en un futuro hubieran presentado problemas de salud debido a su dotación génica. Sin embargo, ¿Qué ocurre con los casos en los que presenta predisposición a una cierta enfermedad? La polémica está también alimentada por el hecho de que se pueden conocer enfermedades que pueden aparecer a su edad avanzada, como el Alzheimer, o enfermedades para las que se puede tener una predisposición, pero que no es seguro 100% que vayan a aparecer. En ese caso, ¿abortaríamos a un feto que puede presentar la Enfermedad de Alzheimer casi al final de su vida o que tuviera cierta predisposición a padecer cáncer?

Esto es en cuanto a prevención de enfermedades, pero seguro que ya habéis oído los famosos “bebés a la carta”.  Además de realizar un diagnóstico preimplantacional de los embriones para elegir uno que no sea portador o paciente de enfermedades genéticas, existen clínicas que seleccionan embrión según el aspecto físico o la elección de determinados caracteres por los padres. ¿Niño o niña? ¿Rubio o moreno? por supuesto que sea guapo, alto, inteligente y a poder ser que no tenga pecas como su madre. Y es aquí donde entramos en terreno peligroso, la ética. ¿Es ético jugar con el genoma humano y las leyes de la herencia?

En conclusión, esto es como un huevo kínder. Al final lo más emocionante es la sorpresa.

Alba Sánchez Olmedo P1

El increíble mundo de la Biología Molecular

A veces, me da por pensar, cómo es posible que a partir de algo tan complejo como es el DNA, surjan las proteínas, esas moléculas a las que, como bioquímico, les voy a dedicar toda mi vida. Las hay de todo tipo: enzimas, transductoras, de señalización, inmunoglobulinas, etc., cada una de ellas, con una función concreta en el organismo En el segundo año de carrera, vimos los procesos que engloba la transcripción genética, algo que me pareció tan fabuloso, que por eso hoy lo plasmo aquí. Con esto, quiero transmitir lo que conozco de una manera sencilla, para todas aquellas personas que lo desconocen. Para comenzar, voy a explicar lo que es el DNA. El DNA es una estructura compleja formada por dos hebras antiparalelas formadas por nucleótidos los cuales se unen por parejas; Adenina con Timina y Guanina con Citosina. Estas uniones le dan a las dos cadenas una conformación conocida como B, donde se forman hendiduras mayores y menores. Este DNA a su vez se encuentra superenrrollado y organizado con ayuda de las histonas, formando nucleosomas. Para comenzar con los procesos de transducción genética, hablamos del fenómeno de replicación (se va a explicar para procariotas). REPLICACIÓN La replicación del DNA consiste en, a partir de una hebra de DNA, obtener una copia idéntica. Este proceso es de carácter semiconservativo (a partir de una hebra madre, se obtiene una hija). La generación de esta hebra hija es llevada a cabo por una serie de enzimas denominadas DNA polimerasas, aunque también están involucradas enzimas como topisomerasas, helicasas, DNA ligasas, etc., y son necesarios algunas moléculas tales como un cebador, los cuatro dNTPs (dATP, dGTP, dTTP y dCTP) y cofactores (Mg2+). Se distinguen 3 fases:

I. Iniciación La replicación comienza en un origen de replicación donde se unen proteínas de inicio y que facilitan la separación de las hebras. Una vez que se ha formado este complejo de iniciación, es preciso ir desenrollando las hebras y luego, tras la formación de la hebra hija, volver a enrollarlo; todos estos mecanismos son llevados a cabo por el replisoma, el cual esta formado por:

• HELICASAS: estas proteínas se unen a las hebras de DNA y las va separando en un proceso que requiere la hidrólisis de ATP. Se crean así dos horquillas de replicación que avanzan en sentidos opuestos y liderados por una helicasa.
• PROTEINAS DE UNIÓN (a hebra sencilla): estas proteínas se unen a las hebras recientemente separadas para que no se puedan volver a unir.
• TOPOISOMERASAS: la separación de las hebras va generando superenrollamientos positivos por delante de la horquilla. Esta proteína se encarga de eliminar esta tensión de torsión sin modificar la estructura del DNA.
• PRIMASA: el cebador necesario para formar las hebras hijas es generado por esta proteína. Se trata de una polimerasa de RNA dirigida por DNA (el molde es DNA).

II. Elongación En esta etapa, se produce la incorporación de los nucleótidos que darán lugar a la hebra hija. Según avanza la horquilla de replicación, la DNA polimerasa va adicionando nucleótidos en dirección 5’–›3’ (3’–›5’ respecto a la hebra madre). La hebra que coincide con la dirección de síntesis, se la denomina conductora, la hebra que tiene sentido de síntesis opuesto, se la denomina retardada. En ésta ultima, la incorporación de los nucleótidos, se realiza mediante fragmentos de Okazaki.

Mecanismo de la elongación:

En la hebra conductora se sintetiza un único cabedor como punto de partida. En la hebra retardada se está sintetizando el primer fragmento de Okazaki (rojo). Los enzimas implicados son la DNApol δ o ε en la hebra conductora y la DNApol α en la hebra retardada.

Alrededor de la DNApol α, la hebra retardada crea un bucle permitiendo que la síntesis sea en sentido 5’–›3’. A continuación esta polimerasa se separa de la hebra retardada y se une la DNApol δ o ε, que continua alargándola.

La síntesis del fragmento de Okazaki termina cuando se alcanza el extremo 5’ del fragmento anterior. Se libera el bucle y el fragmento generado y comienza la síntesis de un nuevo fragmento. En la hebra retardada, los fragmentos generados no están unidos. Mediante un sistema de nucleadas se elimina el RNA cebador del fragmento de Okazaki 1. La DNApol δ o ε elonga el extremo 3’ del fragmento número 2, rellenando el lugar que ocupaba antes el cebador, hasta alcanzar el extremo 5’ del fragmento número 1. Para terminar la DNA ligasa sella la mella resultante uniendo el 5’-P del fragmento 1 con el 3’-OH del fragmento 2.

III. Terminación Es la fase final de la Replicación y no está muy bien estudiada. En ella, las horquillas de replicación se encuentran y las proteínas implicadas se separan. Existen 4 sitios de terminación, ordenados de dos en dos (TerD y TerA; TerB y TerC), para deterner la replicación de ambas horquillas. A continuación se muestra un vídeo explicativo en el que se va viendo de una forma simplificada y a cámara lenta todo lo que se ha detallado acerca de esta fase de la transducción genética: Acabada la replicación de DNA, comienza la fase denominada TRANSCRIPCIÓN:

La transcripción es el proceso encargado de generar una molécula de RNA a partir de la información contenida en el DNA, siempre que sea codificante. Esta información se encuentra en los genes, que son aquellas regiones del genoma que contienen la información necesaria para sintetizar una molécula de polipéptido. En un gen se pueden distinguir varias partes: Región reguladora: no contiene información. Su función es contactar con los factores de transcripción proteicos para regular positivamente o negativamente en inicio de la trascripción. Región estructural: formada por regiones no codificantes, intrones y regiones codificantes, exones. Características: 1. El enzima encargado para la transcripción es la RNA polimerasa, formado por numerosas subunidades. 2. Este enzima no necesita un cebador, ya que se va a unir a secuencias promotoras del DNA. Lo que si necesita son los cuatro sustratos ATP, GTP, UTP y CTP y un ión divalente (Mn2+ o Mg2+). 3. Es un proceso que está divido en varias etapas y es diferente en procariotas y eucariotas. Aquí, y como se dijo al principio, se explica para procariotas.

I. Iniciación En el DNA se encuentran dos regiones denominadas promotora y de terminación, para iniciar y terminar la transcripción, respectivamente. En procariotas a la región que se transcribe se la denomina operón.

Esta etapa comienza con la unión de diversos factores de transcripción al DNA, lo que hace que se una la RNApol. A todo este complejo se denomina complejo de iniciación. Este complejo produce el desenrollamiento y separación de las hebras de DNA. A esta zona de hebras separadas, burbuja de transcripción, es donde va a tener lugar la síntesis de RNA.

La formación de los primeros enlaces fosfodiéster se dan entre los nucleótidos en su forma libre. Generalmente el ATP se aparea con un nucleótido timina de la hebra molde de DNA y a continuación se une el siguiente ribonucleósido trifosfato (NTP) complementario al siguiente nucleótido de la hebra molde. De esta manera, se van añadiendo nucleótidos hasta un número alrededor de 10 bases, momento en el cual, la RNApol se separa de los factores de transcripción unidos a los promotores y comienza a desplazarse en sentido 3′->5′ de la hebra molde. Comienza entonces la siguiente etapa.

* Antes de comenzar la siguiente etapa, ha de disociarse una subunidad de la RNApol, la subunidad σ, y el resto de la RNApol, continua con la elongación.

II. Elongación La RNA polimerasa continúa  alargando la cadena de RNA que va saliendo de la burbuja de transcirpción mientras avanza por el DNA. La tensión creada por el desenrollamaniento de las hebras es resuelta por las topoisomerasas. Una vez que la RNApol ha pasado por y sintetizado el RNA, las dos hebras de DNA vuelven a unirse con ayuda de las topoisomerasas.  Los factores de transcipción generales de la elongación evitan la terminación prematura y aumentan la velocidad del proceso.

III. TerminaciónLa etapa de terminación en procariotas puede ser de dos tipos:

• Independiente de ρ: no se precisa del factor ρ ya que el propio RNA posee una secuencia palindrómica cerce del punto de terminación que hace que se forme una horquilla, que hace que se separe del DNA y se interrumpa la síntesis de DNA.
• Dependiente de ρ: en el RNA hay una secuancia rica en G y C de 50 a 90 nucleótidos de longitud. Cuando esta secuencia sale de la burbuja de transcripción, interacciona con una proteína ρ (ro). Esta proteína se desplaza hasta alcanzar al complejo de elongación produciendo su desnaturalización y liberando el RNA. Termina la transcripción.

El siguiente paso es eliminar los intrones para dejar solo los exones, proceso que se conoce como splicing. Después y ya lo dejaremos para otras publicaciones, viene el proceso de TRANSDUCCIÓN, en el que a partir de una molécula de RNAm se obtiene una proteína funcional. Por mi parte esto va a ser todo, no es gran cosa, pero sirve de ayuda para aquellos que vayan un poco perdidos y quieran aclararse. Espero que haya gustado, aunque sea solo un poco…

Antonio Escudero Alcaraz (P1)

Borrador número 1

Para ver como funcionaba este programa, hemos hecho esta pequeña prueba.

Tal vez a alguien le parezca ridícula mi aportación sobre el mundo de la biología molecular, pero he de decir que quedé bastante impresionado al conocer como se desarrollaba el trabajo de la DNA polimerasa sobre el DNA en la transducción de proteínas.

Esta entrada que estamos haciendo esta tarde, es porque el profesor nos ha dicho que hagamos pruebas sobre la creación de nuestro blog. Es algo bastante nuevo para nosotros puesto que ninguno de los del grupo habíamos hecho algo parecido nunca. Estamos bastante contentos con la realización de este tipo de prácticas, ya que es algo que lo podemos utilizar tanto dentro de la asignatura de bioinformática como en nuestra vida diaria.

A contiunación mostramos un video que vimos en la asignatura de biologia molecular del 2º año de carrera. En él se muestra el proceso de transducción proteica.