INTRODUCCIÓN
La genética es un área de la moderna biología que engloba variadas disciplinas directamente relacionadas con la biología celular y la bioquímica. El objeto de estudio son los genes (fragmentos de ADN) y su función en la herencia, es decir, la forma en que se transmiten los rasgos o afecciones entre generaciones. El ADN (ácido desoxirribonucleico), es la molécula donde se almacenan las instrucciones que permiten a los organismos vivos desarrollarse y guiar su funcionamiento. El estudio completo del ADN celular de un organismo es responsabilidad de la genómica, un campo de la biología molecular que se centra en la identificación de todos los genes de una célula, sus características, funciones y forma en que interactúan entre sí y por acción de los factores ambientales.
Las pruebas genéticas y genómicas ofrecen información valiosa en variadas disciplinas científicas y profesiones relacionadas con la salud humana y animal, actividades deportivas, actividades ganaderas y veterinaria en general, ejemplo de las pruebas genéticas en animales para determinar sus capacidades productivas y así optimizar el rendimiento.
En salud humana, estos estudios permiten confirmar el diagnóstico de una enfermedad genética, buscar marcadores de riesgo de otras enfermedades o el estado de una enfermedad recesiva. La información obtenida puede orientar a los médicos en las medidas terapéuticas, la personalización de una terapia e incluso la evaluación de los riesgos de un individuo para desarrollar enfermedades crónicas, las cuales también pueden ser relevantes para otros miembros de la misma familia por el parentesco genético.
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
La genética es una disciplina científica reciente, el fraile y naturalista austríaco Gregor Johann Mendel comenzó su estudio hace unos 150 años, pero el resultado de sus investigaciones permanecieron en el olvido hasta 1900 en que fueron redescubiertos. Aún así, el interés sobre los fenómenos biológicos se remonta a un periodo muy anterior, la Era Neolítica (unos 10.000 años a.C.), cuando el crecimiento de las poblaciones fue desplazando los métodos habituales de procurarse alimentos mediante la caza, la pesca y la recolección de frutos silvestres.
Se inició así, principalmente en Oriente Medio, el desarrollo de la agricultura y la ganadería, con la siembra de plantas y la cría de animales previamente domesticados. El empirismo permitió descubrir que se podían modificar los cultivos y seleccionar los animales a través de los ciclos reproductivos, de acuerdo con determinados rasgos deseables de los progenitores (los fenotipos), que eran transmitidos a su descendencia (la herencia).
En la antigua Roma, aunque la comprensión sobre los conceptos de la herencia genética no recibieron ninguna contribución relevante, sí se consiguieron algunos éxitos en la cría de animales y reproducción de plantas mediante el método de prueba y error, permitiendo desarrollar importantes técnicas agrícolas y ganaderas que, a pesar de la pérdida de mucha documentación, una gran parte ha conseguido llegar hasta nuestros días muy bien conservada.
Así, la antigua literatura agrícola romana agrupa obras de gran interés, como «De Agri Cultura» de Cato el Viejo, relativa sobre todo al cultivo de viñedos y olivos; los tres libros de Varrón «Rerum rusticarum», uno dedicado a la agricultura, otro a la ganadería y el último a los cuidados de la granja y la apicultura, y de los cuales sólo nos ha llegado completo «De re rustica»; la gran colección de Columela sobre árboles y trabajos del campo; los de «Historia Natural» de Plinio el Viejo; y otras obras traducidas en el 146 a.C. del tratado de Magón el cartaginés, un autor muy reputado en estos temas que lo escribió en lengua púnica. El propio Columela cita también en su obra a tratadistas griegos, los cuales no eran tan conocidos como los romanos pero sí en gran cantidad, llegando a nombrar hasta 39 personajes ilustrados en materia de agricultura, aunque la mayoría de sus obras no se han conservado, probablemente perdidas durante la destrucción de algunas célebres bibliotecas, como la de Alejandría o Pérgamo.
Los filósofos griegos también ocuparon su mente en los fenómenos de la herencia en humanos, tratando de describir y entender sus mecanismos. Tanto Leucipo de Mileto, como Anaxágoras y Demócrito, ya advirtieron que el cuerpo muestra diferencias hereditarias, más tarde conocidas como pangénesis. Estos filósofos creían que sólo el hombre era portador de los caracteres que heredaban los descendientes, aunque Aristóteles estimaba que ambos sexos contribuían en los rasgos de la descendencia.
Debieron transcurrir otros mil años para que el conocimiento empírico comenzase a prescindir tímidamente de los antiguos conceptos erróneos sobre la pangénesis y la herencia de caracteres adquiridos, de hecho las antiguas técnicas sin rigor científico convivieron a partir del siglo XVII con la ciencia moderna, incluso manteniendo su influencia hasta finales del siglo XIX.
Esa ciencia moderna dio sus primeros pasos de la mano de naturalistas como Robert Hooke en 1665 quien, mediante un microscopio perfeccionado por él mismo basado en el principio de funcionamiento del telescopio de Galileo, pudo realizar las primeras observaciones sobre las células vegetales del corcho, aunque en aquellos momentos él ignorase la verdadera naturaleza biológica de lo que estaba viendo, y que identificó como unas celdas organizadas a modo de un panal de abejas.
Diez años más tarde, el fabricante holandés de lentes Antoni van Leeuwenhoek, considerado el «padre de la microbiología», fue probablemente la primera persona en observar bacterias y otros microorganismos a través de microscopios que él mismo fabricó y perfeccionó. Su inmensa obra y los estudios realizados a lo largo de su vida fueron muy valorados por los científicos contemporáneos, incluso monarcas y personajes de renombre de su época. La Royal Society también se hizo eco de sus logros.
Por la misma época, el médico y anatomista holandés Regnier de Graaf describió por primera vez el folículo ovárico, consistente en un grupo de células con forma esférica de los ovarios, donde se producen los óvulos. Su descubrimiento fue tan relevante que aún hoy en día se conoce ese órgano como «folículo de Graaf». Este médico pudo realizar variadas observaciones de la biología reproductiva tanto en humanos como en animales, de aquellos órganos que podían ser identificados mediante microscopio o a simple vista, aunque no pudo descubrir los óvulos que se hallan en el interior del folículo citado, pues miden alrededor de una décima parte de un milímetro, debiendo transcurrir otros 150 años para ser hallados y descritos por el naturalista alemán Karl Reinhold Erns von Baer en 1827.
Casi tres décadas antes, en 1802, el naturalista francés Jean-Baptiste-Pierre-Antoine de Monet, caballero de Lamarck, ya había acuñado el término «biología» para designar la ciencia encargada del estudio de los seres vivos. También formuló la que sería la primera teoría de la evolución biológica, publicando extensas obras entre las que destaca «Filosofía zoológica» (1809), donde expone su teoría transformista, que dio lugar al movimiento denominado «lamarckismo». En ese mismo año de 1809 nacería Charles Darwin, que décadas más tarde entraría en la historia por continuar esos estudios formulando su famosa teoría de la evolución y que abordaremos más adelante.
Los postulados de Lamarck también se vieron enfrentados a otro naturalista de renombre de la época, como fue su homólogo francés Georges Cuvier, fundador de la paleontología y la anatomía comparada. Cuvier defendía el «catastrofismo» como la razón de la desaparición de unas especies y la aparición de otras, e incluso incluía a Dios en la «creación» de esos nuevos organismos. Lamarck se vio públicamente superado por los razonamientos de Cuvier y terminó desacreditado, muriendo solo, ciego y olvidado en el París de 1829. Un año después, el propio Cuvier, en su crítica del evolucionismo, confrontó sus teorías con la de otro naturalista francés, Geofroy Saint-Hilaire, defensor de la teoría evolucionista de Lamarck, pero éste también salió derrotado del debate.
Con estos mimbres. en un acalorado debate de ideas y teorías, el siglo XIX aportaría una serie de científicos que vendrían a asentar los preceptos de la genética moderna, como el botánico escocés Robert Brown describiendo en 1831 el núcleo de las células eucariotas; o los naturalistas alemanes Matthias Jakob Schleiden y Friedrich Theodor Schwann, estableciendo en 1839 la teoría celular según la cual todos los animales y plantas están formados por conjuntos de células, las cuales constituyen la unidad mínima de la vida, postulando que cualquier organismo se inicia mediante una única célula, siendo los organismos multicelulares una formación a base de sucesivas divisiones celulares.
En 1859 Charles Darwin enuncia su famosa teoría sobre el origen de las especies. Sus estudios y observaciones, aunque valiosas, no estuvieron carentes de errores al asumir en su teoría el antiguo modelo de la pangénesis para la herencia. Pero fue consciente de ello, y de hecho intentó explicarlo recurriendo a las teorías de Lamarck, llegando incluso a defender el concepto de éste «la función hace al órgano» como base para explicar la evolución a través de la selección natural.
Casi paralelamente, el ya citado clérigo austríaco Johann Mendel trabajaba entre 1856 y 1863 en sus experimentos sobre la herencia de determinadas variedades de guisante, que dieron lugar a las hoy conocidas como «leyes de Mendel». Su talento para clasificar y sistematizar las observaciones que iba realizando, le llevaron a conclusiones que terminaron sentando las bases en que se fundamenta la genética, es por ello considerado el padre de la genética moderna. Pero sus trabajos quedaron temporalmente relegados y olvidados y ese reconocimiento vendría mucho más tarde, en 1900, casi veinte años después de su fallecimiento en 1884, cuando tres científicos (Carl Correns, Erich von Tschermak y Hugo Marie de Vries), redescubrieron por separado las leyes fundamentales de la genética que Mendel publicara en 1865.
Otro importante descubrimiento, probablemente uno de los logros científicos más decisivos en la historia de la humanidad, fue la existencia de la molécula ADN, hallada por el biólogo y médico suizo Johan Friedrich Miescher en 1869, poco después de que Mendel publicase sus famosas leyes.
Al principio Miescher denominó a esa sustancia «nucleína», ya que la encontró solamente en los núcleos celulares. Más tarde el patólogo alemán Richard Altmann, que fuera discípulo de Miescher, la identifico como un ácido, por lo que la llamó «ácido nucleico». Se convino más tarde en denominarlo Ácido Desoxirribonucleico o ADN. Éste contiene las instrucciones genéticas de los seres vivos para su desarrollo y funcionamiento, siendo además el responsable de la transmisión hereditaria, de ahí su enorme importancia para la ciencia.
A partir de ese momento, se abriría un impresionante campo de estudio de esa molécula que cambiaría para siempre la concepción de la genética que se tenía hasta entonces. Comenzaban de la mano de eminentes científicos varias líneas de investigación, desde la averiguación de cómo dicha molécula era capaz de codificar la información genética para desarrollar un organismo complejo, hasta desvelar la estructura molecular del ADN. Esos trabajos culminaron en 1953, e intervinieron científicos de la talla de Walter Gilbert, Rosalind Franklin, Erwin Chargaff, Sydney Brenner, James Watson o Francis Crick.
Se descubrió más tarde que no sólo los núcleos de las células contienen «ácidos nucleicos», también las células procariotas (que carecen de núcleo) albergan un ácido: el ARN (ácido ribonucleico), una sustancia que permite al ADN transferir la información genética. Se sospechó en 1939 que el ARN intervenía en la síntesis de proteínas, siendo Severo Ochoa quien consiguió descubrir cómo se sintetizaba, y por lo que recibió el premio Nóbel de Medicina en 1959. En 1965 Robert W. Holley consiguió secuenciar 77 nucleótidos del ARN de una levadura, recibiendo también el premio Nóbel tres años más tarde.
LA PRUEBA GENÉTICA. QUÉ ES…
Una prueba o «test genético», aunque su definición puede ser amplia, se ha convenido que es aquél que incluye el estudio de ADN, ARN, proteínas y cromosomas, además de determinados metabolitos. El objetivo más común es detectar mutaciones o la existencia de genotipos que se relacionan con alguna enfermedad o riesgo de padecerla, pero también puede dirigirse a la obtención de información genética para otros fines como el legal (práctica forense), farmacéutico, dietético, conocimiento del perfil genómico en un deportista, investigación de las relaciones de parentesco, alteraciones prenatales, etc.
En animales, la prueba genética tiene utilidad en variados campos. Los animales de granja y el ganado en general, pueden ser estudiados genéticamente para evaluar las mejores opciones de reproducción; puede emplearse para determinar la calidad de la leche en las vacas lecheras y así optimizar las capacidades productivas, estimar las enfermedades genéticas en caballos o su potencial deportivo en los de carreras, etc.
CLASIFICACIÓN DE LAS PRUEBAS GENÉTICAS
Los avances de secuenciación en el proyecto Genoma, tanto en humanos como en animales y otros organismos, ha permitido comprender mejor el funcionamiento de los roles genéticos en diferentes ámbitos de la biología. La consecuencia inmediata ha sido la posibilidad de realizar estudios genéticos para un gran número de enfermedades, e incluso pruebas específicas para identificar mutaciones. Existen en la actualidad más de 700 análisis genéticos distintos.
En consecuencia, por lo heterogéneo de las pruebas genéticas éstas podrían clasificarse de diversas maneras, pero la más utilizada se refiere a los objetivos del estudio. Se distinguen a grandes rasgos entre pruebas de diagnóstico y pruebas predictivas:
Pruebas de diagnóstico
Las pruebas de diagnóstico están enfocadas a confirmar el origen genético de una enfermedad que ha sido sugerida clínicamente de forma previa; un ejemplo de ello es el estudio del gen conocido como FMR1 (Retraso Mental Frágil) localizado en varones en el cromosoma X. Es una proteína que se halla normalmente en el cerebro y esencial en el desarrollo cognitivo y las funciones reproductivas. Cuando este gen muta, deriva hacia deficiencias cognitivas, retrasos del desarrollo, Parkinson, retraso mental, autismo y fallos ováricos prematuros (menopausia precoz o pérdida de la función hormonal de los ovarios).
Las pruebas de diagnóstico también son útiles en la elección de un tratamiento o para determinar cómo evoluciona una enfermedad.
Pruebas predictivas
La pruebas predictivas, se clasifican a su vez en presintomáticas y de predisposición genética. Las presintomáticas son de utilidad en pacientes con riesgo de sufrir una enfermedad que se presume tardía (puede aparecer pasada la mediana edad), como puede ser la enfermedad de Huntington, que provoca desgaste de algunas células nerviosas del cerebro, con síntomas iniciales de movimientos torpes y problemas de equilibrio, para más tarde impedir la deambulación e incluso la capacidad de hablar y tragar. Es una enfermedad hereditaria con un 50% de posibilidades de desarrollarla si uno de los padres tiene la mutación de este gen.
Por su parte, las pruebas que estudian la predisposición genética a alguna enfermedad, se utilizan para determinar si una persona que no tiene síntomas pero sí antecedentes familiares de una enfermedad concreta, posee las alteraciones genéticas que se asocian con ella. De confirmarse la prueba positiva, implica un riesgo extremo de sufrir la enfermedad, pero sin asegurar que se vaya a presentar. Es el caso del estudio de los genes llamados BRCA1 (cáncer de mama tipo 1) y BRCA2 (cáncer de mama tipo 2). Son genes que forman parte del sistema de reparación de tumores por daños en el ADN; si dichos genes presentan mutaciones existe un riego alto de sufrir estos tipos de cáncer en aquellas familias con cáncer hereditario de mama-ovario.
Otras pruebas
- Prueba de portador: se realiza para determinar si una persona es portadora de la copia de un gen alterado por determinada enfermedad. Esta puede ser autosómica recesiva, es decir, la persona desarrollará la enfermedad sólo si hereda dos copias del gen alterado. Por este motivo, las parejas que sean portadores del mismo gen autosómico recesivo tienen una probabilidad de cada cuatro de tener un hijo con esa enfermedad. Las mujeres pueden portar el gen en el cromosoma X y no estar afectadas, por eso la prueba de portador se suele realizar generalmente en mujeres.
- Estudio de preimplantación: se utiliza tras la fecundación in vitro para diagnosticar alguna enfermedad o trastorno genético en el embrión previo a la implantación en el útero materno.
- Diagnóstico prenatal: se utiliza para diagnosticar en el feto en desarrollo alguna enfermedad o trastorno genético. Incluye varias pruebas del suero materno, amniocentesis, muestreo percutáneo de sangre umbilical, etc.
Enfermedades y anomalías asociadas
Existen tres tipos de enfermedades o anomalías que pueden ser detectadas en un análisis genético:
Anomalías cromosómicas
En los seres humanos cada célula contiene 23 pares de cromosomas, es decir 46 en total. 22 de estos pares son los llamados autosomas, y son idénticos en hombres y mujeres, pero el par 23 son los cromosomas sexuales, o sea son diferentes para el sexo femenino y masculino. Así, las mujeres poseen dos copias del cromosoma X, mientras que los hombres tienen un cromosoma X y uno Y.
Una persona presenta una anomalía cromosómica cuando tiene uno o más cromosomas alterados, por ejemplo una translocación entre ellos o cuando no tiene los 46 cromosomas. Un caso significativo es el del Síndrome de Down (Trisomía 21); los individuos que sufren esta anomalía presentan una copia extra del cromosoma 21, resultando un total de 47 en vez de los 46 que debería tener.
Enfermedades monogénicas
Las enfermedades monogénicas son aquellas en las que interviene el cambio de un único gen, y su naturaleza depende de la función que desempeñe el gen mutado. Suelen ser enfermedades severas aunque raras, y aún así afectan a millones de personas en todo el mundo.
Los humanos poseen dos copias de cada gen, los denominados «alelos», uno heredado del padre y el otro de la madre. Algunas enfermedades monogénicas suceden por la alteración de un único alelo, como la ya citada enfermedad de Huntington, que afecta a las funciones cognitivas y la coordinación muscular. Otras sólo se desarrollan si están alterados los dos alelos, ejemplo de la fibrosis quística que afecta al sistema digestivo y los pulmones. También pueden tener un solo alelo alterado y no presentar ningún síntoma de la enfermedad, siendo en este caso sólo portadores (son portadores «sanos»). Si dos portadores tienen descendencia juntos, existe una cuarta parte de probabilidades de que un hijo herede las dos copias mutadas del gen, y por tanto desarrollar la enfermedad.
Enfermedades genéticas complejas
Existen enfermedades genéticas que surgen como resultado de la interacción de varias alteraciones, en combinación con el estilo de vida y los factores ambientales. Incluye enfermedades tan comunes como la diabetes, el asma, determinadas enfermedades cardíacas y un buen número de cánceres. En ellas están involucrados varios genes, al contrario que en las enfermedades monogénicas, que sólo interviene un gen.
MEJORAMIENTO GENÉTICO EN ANIMALES
El mejoramiento genético en animales es una herramienta que permite a los ganaderos criadores y productores, establecer aquellas estrategias que les permitan optimizar el recurso genético disponible en sus cabañas. Esta herramienta utiliza la variación genética para aumentar, tanto cualitativa como cuantitativamente, la producción de los animales domésticos o determinadas características deseadas, sea con el objetivo de obtener rendimientos en la producción de leche, carne o por sus cualidades de fortaleza física. Se basa en los cambios de las frecuencias génicas (diferencias) de la población en estudio, habitualmente determinada por programas de selección y de condiciones económicas de la producción.
Las evaluaciones genéticas en el ganado han ido proveyendo de una ingente cantidad de información productiva, reproductiva y de algunas enfermedades, útiles en el desarrollo de los programas de mejoramiento genético. Tales evaluaciones se basan en los registros productivos y genealógicos (pedigrí), seleccionando aquellos animales que sobresalen o con un mérito genético no sólo para producir con eficiencia, sino también para transmitir a su descendencia todo su potencial genético.
FUENTES CONSULTADAS
- Una Historia de la Genética – A. H. Sturtevant
- Pruebas genéticas predictivas – Luis David Castiel, Javier Sanz Valero
- Análisis genéticos por motivos de salud – Consejo de Europa
- Indicaciones del estudio genético – Enrique Galán Gómez
- Breve historia del ADN, su estructura y función – Oscar E. Piro
- Antecedentes de la función y la estructura del ADN – José C. Illana
- Pruebas genéticas – MedlinePlus
- Tests genéticos: Definición, métodos… – Marcela Lagos, Helena Poggi
- La genética – Leukemia&Lymphoma society
- Estudios genéticos en la práctica clínica – Manlab