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Los médicos y los científicos desde hace mucho han entendido que el genoma, la totalidad de información genética de un organismo vivo, representa una rica fuente de información respecto a temas que varían desde metabolismo básico y mecanismos de evolución, hasta longevidad y envejecimiento. Empero, el tamaño masivo del genoma humano, 3 × 109 pares de bases de nucleótido, requirió un cambio paradigmático en el modo en el cual los científicos abordaron la determinación de las secuencias de DNA. A su vez, los avances recientes en bioinformática y biología computacional han sido impulsados por la necesidad de crear nuevos métodos para “explotar” la masa de datos sobre secuencia generados mediante la aplicación de tecnología cada vez más eficiente y económica a los genomas de cientos de organismos nuevos y, en fecha más reciente, de varios seres humanos individuales.
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El Human Genome Project (HGP)
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La terminación exitosa del Proyecto Genoma Humano (HGP) representa la culminación de más de seis decenios de logros en biología molecular, genética y bioquímica. A continuación se listan en forma cronológica varios eventos hito que llevaron a la determinación de toda la secuencia del genoma humano.
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1944 — Se demuestra que el DNA es el material hereditario
1953 — Se postula el concepto de la doble hélice
1966 — Se resuelve el código genético
1972 — Se crea la tecnología de DNA recombinante
1977 — Surge la tecnología de secuenciación de DNA práctica
1983 — Se mapea el gen del cual depende la enfermedad de Huntington
1985 — Se inventa la reacción en cadena de polimerasa (PCR)
1986 — La secuenciación de DNA se hace automatizada
1986 — Se identifica el gen del cual depende la distrofia muscular de Duchenne
1989 — Se identifica el gen causante de la fibrosis quística
1990 — Se lanza el HGP en EUA
1994 — Se completa el mapeo genético humano
1996 — Se establece el primer mapa de genes humanos
1999 — Se inicia la Single Nucleotide Polymorphism Initiative
1999 — Se completa la primera secuencia de un cromosoma humano, el número 22
2000 — Se completa el “primer borrador” del genoma humano
2003 — Se completa la secuenciación del primer genoma humano
2010 — Científicos emprenden la secuenciación de 1 000 genomas individuales para determinar el grado de diversidad genética en seres humanos
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Hacia 2011 se habían secuenciado más de 180 genomas eucariontes, procariontes y de archaea. Los ejemplos comprenden los genomas del pollo, gato, perro, elefante, rata, conejo, orangután, mamut lanudo y ornitorrinco, y los genomas de varios individuos, entre ellos Craig Venter y James Watson. En 2010 se completó el genoma del hombre de Neanderthal, cuyo análisis inicial sugiere que hasta 2% del DNA en el genoma de los seres humanos actuales fuera de África se originó en hombres de Neanderthal o en ancestros de los mismos.
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Hasta la fecha en que se escribió este capítulo, se habían reportado las secuencias de genoma de más de 5 000 entidades biológicas, que varían desde virus y bacterias hasta vegetales y animales. El acceso fácil a secuencias de genoma de organismos que abarcan los tres dominios filogenéticos, y a los algoritmos poderosos que son un requisito para manipular los datos derivados de estas secuencias y transformarlos, ha cambiado la investigación básica en biología, microbiología, farmacología y bioquímica.
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Al comparar los genomas de cepas patógenas y no patógenas de un microorganismo particular, pueden ponerse de manifiesto genes que tienen probabilidades de codificar para determinantes de virulencia en virtud de su presencia sólo en la cepa virulenta. De modo similar, la comparación del genoma de un agente patógeno con el de su huésped puede identificar genes singulares para el primero. En teoría, fármacos que se dirijan a los productos proteínicos de los genes específicos para agente patógeno deben producir pocos efectos secundarios o ninguno para el huésped infectado. Durante el próximo decenio se atestiguará la expansión de la “revolución genómica” hacia la práctica cotidiana de la medicina y la agricultura a medida que médicos y científicos exploten el nuevo conocimiento del genoma del Homo sapiens y los genomas de los organismos que lo colonizan, se alimentan de él y lo infectan. Mientras que el primer proyecto del genoma humano requirió varios años, cientos de personas y muchos millones de dólares para completarse, enormes avances de la eficiencia y la economía han llevado a una compañía a proyectar que para 2014 se habrán determinado secuencias de genoma individuales de hasta un millón de personas. La capacidad para diagnosticar y tratar a pacientes con el conocimiento de su conformación genética como guía, un método popularmente denominado “medicina de diseñador”, hará a la medicina más segura y más eficaz.
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Secuenciación del exoma
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Un heraldo de esta nueva era ha sido proporcionado por la aplicación de “secuenciación del exoma” al diagnóstico de enfermedades genéticas raras o crípticas. El exoma consta de los segmentos de DNA, llamados exones, que codifican para las secuencias de aminoácidos de las proteínas (cap. 36). Puesto que los exones sólo comprenden alrededor de 1% del genoma humano, el exoma representa un blanco de tamaño mucho menor y más tratable que el genoma completo. La comparación de las secuencias del exoma ha identificado los genes de los cuales depende una lista creciente de enfermedades que incluye retinitis pigmentosa, síndrome de Freeman-Sheldon, y síndrome de Kabuki.
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Los desafíos potenciales de la medicina de diseñador
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Si bien la “medicina de diseñador” basada en el genoma promete ser muy eficaz, también confronta a la humanidad con profundos desafíos en las áreas de ética, legislación y política pública. ¿Quién posee el acceso a esta información y lo controla? ¿Puede, por ejemplo, una compañía de seguros de vida o de gastos médicos negar cobertura a un individuo con base en los factores de riesgo que queden de manifiesto a partir de su secuencia del genoma? ¿Una empresa que esté contemplando otorgar un empleo tiene el derecho de conocer la conformación genética de un empleado potencial? ¿Las personas que están considerando contraer matrimonio tienen el derecho de conocer los factores de riesgo genéticos de sus prometidos? Irónicamente, la resolución de estos temas quizá resulte ser un proceso más prolongado y laborioso que lo que fue la determinación de la primera secuencia del genoma del ser humano.