Capítulo 18: Polimorfismos de ADN y huella genética

El ADN de todas las especies de organismos conocidas tiene la misma estructura química; sin embargo, cada organismo es completamente diferente a otro; la diferencia se debe al orden de las bases nitrogenadas en la molécula de ADN. Los organismos de una misma especie comparten secuencias en su molécula de ADN, pero aún dentro de la misma especie existen variaciones entre individuos. Organismos de una misma especie compartirán regiones de su secuencia hasta en más de 99%, lo que les confiere características similares; más aún, los familiares cercanos tendrán secuencias con mayor parecido entre ellos, pero nunca serán iguales, lo que define la variabilidad genética intra e interespecies.

En el caso del ADN humano, las secuencias que contienen a los genes son poco variables dentro de la especie; no obstante, el resto de la secuencia es muy propenso a la variabilidad y, debido a que hay millones de pares de bases por molécula de ADN y un alto porcentaje de ésta no codifica para una proteína, cada persona tiene una secuencia de ADN única, lo que permite identificarlo tan sólo por el orden de sus pares de bases. Estas secuencias variables se denominan polimorfismos.

Existen dos tipos de polimorfismos genéticos: los que muestran cambio de un solo nucleótido por sustitución de bases y los que implican cambios en el tamaño de la secuencia; esto puede deberse a inserciones o deleciones de secuencias de ADN, o bien a la repetición de bases (o combinación de bases) de manera continua en un segmento del ADN.

Esta variabilidad es un proceso biológico común, ya que 30% de la secuencia de ADN es altamente repetitivo, lo que permite establecer patrones genéticos específicos para identificar individuos, es decir, para establecer una huella genética o huella de ADN (ADN fingerprinting).

Por ello, los científicos han desarrollado estrategias para poder identificar individuos al analizar patrones repetitivos de ADN, los cuales no son un sello exacto, pero sí permiten relacionar muestras de un mismo origen o de personas emparentadas (familiares, ancestros comunes). Estas secuencias se eligieron porque se conoce que varían entre individuos no relacionados, de tal manera que el análisis de un grupo de ellas para encontrar concordancias permite inferir asociaciones con probabilidades altas de que tener un mismo origen o ser de la misma persona.

Un gen está representado como una sección de cromosoma, que equivale a un segmento de ADN con una secuencia determinada, con la información necesaria para crear una proteína específica. Los genes de un organismo contienen toda la información de manera precisa acerca de cada aspecto y proceso de la formación y desarrollo de un individuo; si bien, los genes no pueden dictar su comportamiento, por lo que hay que considerar que el ambiente desempeña un papel muy importante en cómo estos genes se expresan a lo largo de la vida del organismo.

Un gen se presenta en doble dosis, uno que aporta el padre y otro la madre; a estas copias se les llama alelos, por lo que hay dos alelos por cada gen, uno de origen materno y otro paterno. Estas formas alélicas de un mismo gen existen porque la secuencia del ADN está sometida a cambios, en ocasiones debido a mutaciones que suceden al azar pero que originan formas alternas de un gen, estables y heredables, a veces con una función diferente al alelo original o silvestre. La mutación es la base de la variación gradual de la estructura genética de las poblaciones; esto es, la base de la evolución.

La posición física donde se ubica un gen en el genoma se denomina locus (loci en plural), por tanto los alelos silvestres o modificados de un mismo gen residen en un mismo locus. Cuando un individuo tiene diferentes formas alélicas en el locus se dice que es heterocigoto, ya que la secuencia de cada alelo puede generar variantes de la misma proteína. Por el contrario, un homocigoto sería identificado cuando el individuo presente la misma forma alélica (de origen paterno y materno) en el locus, el resultado de la expresión génica será un mismo producto proteico, ya sea a partir del alelo silvestre o del modificado.

Las secuencias variables son múltiples en los organismos, los análisis de genética poblacional han permitido detectar dos o más alelos por cada una, y cuantos más alelos diferentes hay es más polimórfico; es decir, hay mayor poder de identificación, ya que como existe mayor variabilidad en las secuencias, será menos probable que dos individuos compartan las mismas regiones polimórficas.

Se considera que hay un polimorfismo genético cuando existen múltiples alelos de un gen en una población definida o, de manera más específica, cuando la secuencia de bases nitrogenadas de la molécula de ADN de un locus en particular es variable entre los organismos de una población.

La palabra polimorfismo está compuesta por poli (muchos), morfo (forma) e ismo (proceso o estado); es decir, “de muchas formas”. Los ácidos nucleicos y las proteínas tienen la propiedad de presentarse en diferentes formas moleculares o en múltiples alelos, lo que puede tener implicaciones en las patologías moleculares. Un polimorfismo puede observarse en un individuo completo (polimorfismo fenotípico), en formas variables de proteínas o grupos sanguíneos (polimorfismo bioquímico), en las características morfológicas de los cromosomas (polimorfismo cromosómico) o en el ADN, por diferencias en la secuencia nucleotídica (polimorfismos del ADN).

Las variantes alélicas de las secuencias codificantes de genes en el ADN, debidas a procesos normales de la función celular, propician la producción de codones polimórficos y, con ello, de formas alternas de las proteínas, aunque generalmente sin que se altere la función del producto sintetizado, lo que permite diferenciar un polimorfismo de una mutación, lo que se da generalmente al azar.

El polimorfismo puede presentarse en la región promotora del gen, lo cual influye en la expresión génica del ARN mensajero y, por ello, en la proteína que codifica (diferentes fenotipos) o inclusive identificarse en regiones no traducidas (intrones), de tal forma que no se tiene una interpretación de su función, al menos conocida hasta ahora, pero siguen siendo secuencias que permiten diferenciar individuos y especies.

Los polimorfismos, como las mutaciones, pueden clasificarse, de acuerdo con su efecto, como polimorfismos sinónimos o silentes (los que no cambian la traducción del producto proteico en la variación de la secuencia; esto es, los que, cuando la secuencia nucleotídica cambia, el codón que codificaba al aminoácido original se cambia por otro que codifica para el mismo aminoácido o por otro con características químicas similares), y polimorfismos no sinónimos (los que sí producen variación en la lectura del código genético, por alterar codones que cambian el sentido de la traducción de un aminoácido por otro. Además, se considera que los polimorfismos neutros, que son los que varían en su secuencia en regiones no codificables del ADN también son silentes. Un polimorfismo se considera neutro si la presencia o ausencia del alelo no confiere ninguna ventaja o desventaja al individuo. Además, un polimorfismo puede representar ventajas evolutivas para una determinada población, como conferirle resistencia a condiciones medioambientales, de acuerdo con la zona geográfica en la que habita.

El término polimórfico es útil para definir genes o alelos, e incluso se observan secuencias que varían mucho, como en los alelos que definen los grupos sanguíneos y las moléculas de los antígenos leucocitarios humanos (HLA, human leukocyte antigen, que constituye el complejo mayor de histocompatibilidad), a los que se considera altamente polimórficos.

En genética, el concepto básico de polimorfismo menciona que cuando un alelo en un locus en la población presenta una frecuencia de más de 1% se denomina polimórfico. Este porcentaje indica que la presencia de estas variantes es común y no se da por azar, es decir, que el alelo menos común no puede mantener su frecuencia simplemente por mutación.

Los polimorfismos se acumulan en las poblaciones hasta que se tornan comunes entre las especies; entonces se denominan divergencia genética. Así, con el paso del tiempo, un polimorfismo podría llegar a presentarse en un alto porcentaje de una población e incluso ser tan común como un alelo silvestre. Por tanto, un alelo que originalmente pudo considerarse polimórfico puede llegar a ser el alelo más común en una población.

La combinación de secuencias en los alelos que se heredan es única para cada descendiente; así, el análisis de sus polimorfismos permite obtener un patrón o perfil definido único para cada organismo, semejante al código de barras de los productos de los supermercados. A esto se le denomina huella genética individual, por su semejanza a las huellas dactilares, también únicas y características de cada persona.

Los polimorfismos se utilizan como marcadores genéticos para identificar o relacionar a personas, ya que al ser heredables, generalmente sin cambios de padres a hijos, permiten establecer parentescos biológicos directos, ya que comparten los mismos marcadores.

Para poder llevar a cabo estos estudios de marcadores, en primer lugar hay que definir los tipos de polimorfismos genéticos, ya que pueden clasificarse de acuerdo con diferencias de estructura, forma de transmisión, distribución, estabilidad, tamaño. Dado a que los métodos de estudio e identificación de polimorfismos son diversos y cada opción tiene ventajas y desventajas, la utilización de varios tipos de polimorfismos que aporten diferente información sobre su herencia e individualidad permite obtener resultados más amplios y útiles para una interpretación adecuada.

Tipos de polimorfismos

Las características de las secuencias que permiten detectar sitios polimórficos son muy variables. Así, pueden diferenciarse dos tipos de polimorfismos: los que involucran cambios en un solo nucleótido y en los que intervienen deleciones o inserciones de pocos o muchos pares de bases.

De acuerdo con esta clasificación, los marcadores polimórficos más utilizados para realizar un perfil genético son:

• Polimorfismos de un solo nucleótido o nucleótido único (single nucleotide polymorphism, SNP).

• Polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción (restriction fragments length polymorphism, RFLP).

• Número variable de repeticiones continuas o en tándem (variable numbers of tandem repeats, VNTR). De estos polimorfismos se diferencian dos tipos: minisatélites y microsatélites.

• Repeticiones cortas y continuas (short tandem repeats, STR).

• Polimorfismos del cromosoma Y.

• Marcadores mitocondriales.

• Insertion-deletion (InDel).

Polimorfismos de un solo nucleótido o nucleótido único

Como su nombre lo indica, los SNP son variaciones en un solo nucleótido o par de bases en una secuencia dada (figura 18-1). Estos polimorfismos pueden estar representados por la deleción, inserción o sustitución de una base nitrogenada en la secuencia nucleotídica normal. Este tipo de polimorfismo es muy frecuente, y se ha descrito que es posible encontrar un SNP en el ADN humano cada 1000 a 3000 pb, en secuencias codificantes de proteínas. Además, es posible que estén presentes de manera más cercana en el ADN no codificante, inclusive entre 500 a 1000 pb en promedio.

Las ventajas de los SNP como biomarcadores son básicamente su amplia distribución a través de todo el genoma humano, su frecuencia y su estabilidad; además, debido a su alta frecuencia, muchas enfermedades genéticas están causadas por un SNP o se relacionan con la identificación de un SNP específico.

Polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción

Este tipo de polimorfismos se evidencian mediante el uso de enzimas de restricción, que cortarán determinadas secuencias de ADN. De este modo se generan fragmentos (de restricción), que pueden hibridar con sondas específicas para poder reconocerlos. Si un SNP afecta el sitio de restricción de una enzima, se evidenciará un polimorfismo de restricción o RFLP. Cuando el cambio de un nucleótido altera la secuencia diana para una determinada enzima de restricción puede detectarse el polimorfismo en función de la variación que éste genera en el patrón de restricción. En los casos en que el sitio de restricción se reconozca en ambas cadenas de ADN, se considerará un homocigoto, y al resolver los fragmentos en un corrimiento electroforético se obtendrá como resultado una sola banda en el gel, a una distancia determinada (figura 18-2).

El hecho de que un individuo sea heterocigoto significa que tiene alelos diferentes en un determinado locus, por lo que al identificar su secuencia en un gel se observará más de una banda: una para el fragmento sin corte de restricción y otras con el corte. En este caso, el número de variantes alélicas es siempre dos (C: corta/NC: no corta) y se maneja en función de la identificación del sitio de restricción por la enzima utilizada en la digestión, es decir, si corta o no corta en la secuencia analizada. En cambio, pueden identificarse tres genotipos: homocigoto para corte C/C, heterocigoto C/NC y homocigoto para no corte NC/NC (figura 18-3). De esta manera se identifica a los individuos con reconocimiento de la enzima de restricción en ambos alelos, en uno solo o en ninguno de ellos (figura 18-3).

El hecho de poder diferenciar homocigotos de heterocigotos mediante este tipo de polimorfismos permite definir a los RFLP como codominantes; es decir, que ambos alelos se manifiestan sin dominar la expresión de uno sobre el otro. Sin embargo, a pesar de que los RFLP son prueba de que existe variación heredable en el ADN, este tipo de polimorfismos suele ser difícil de encontrar, y en todo caso, sólo permite determinar si se presenta o no un sitio polimórfico en una secuencia específica. Por ello, su utilización en el diagnóstico indirecto es limitada, ya que normalmente presentan un número de alelos bajo.

Satélites, microsatélites y minisatélites

El ADN satélite se define como secuencias repetitivas de tamaño variable, que pueden ir desde los 100 a los 200 nucleótidos repetidos en bloque uno tras otro (en tándem), cientos o miles de veces a lo largo del genoma. Estas secuencias están localizadas en la heterocromatina constitutiva (por ejemplo, en los centrómeros o en regiones cercanas a los telómeros), aunque en ocasiones están presentes en algunas regiones intracromosómicas.

Asimismo, a lo largo de la secuencia de ADN es posible encontrar secuencias en las que se repiten de 2 a 9 pb, denominados microsatélites, o repeticiones de 10 a 60 pb, llamados minisatélites, que son más útiles para estudios de identificación que los satélites. Su identificación se lleva a cabo mediante reacción en cadena de la polimerasa (PCR) con iniciadores específicos que flanquean el sitio de la secuencia donde están localizados los mini o microsatélites, y su variación se identifica de acuerdo con el número de secuencias repetidas presentes, que puede ir desde dos repeticiones hasta cientos. Los mini o microsatélites se encuentran muy distribuidos a lo largo del genoma, aunque los minisatélites, en particular, se localizan con frecuencia cerca de la región telomérica. Se consideran polimorfismos codominantes, de tal forma que un heterocigoto generará dos bandas en un corrimiento electroforético, mientras que los homocigotos generarán sólo una banda con tamaño variable, de acuerdo con el número de repeticiones existentes en el individuo (figura 18-4).

Estas regiones de ADN repetidas en bloque o en tándem están sujetas a procesos como duplicación o recombinación, por lo que pueden ser altamente variables y diferir mucho entre individuos, lo que las convierte en marcadores genéticos muy informativos.

Polimorfismos con número variable de repeticiones continuas o en tándem, y con repeticiones cortas y continuas

Los VNTR y STR se consideran microsatélites o minisatélites, es decir, loci que corresponden a secuencias cortas de ADN (un par o trío de bases), repetidas en bloque o tándem un número específico de veces. La longitud de estas secuencias puede ser de pocas bases hasta algunas decenas de nucleótidos, y la cantidad de repeticiones determinará la variabilidad de alelos distintos en un mismo locus. Así, en un mismo cromosoma pueden existir regiones con diferente número de repeticiones en la población (figura 18-5).

Estos polimorfismos se localizan con frecuencia en regiones intrónicas o no codificantes, su longitud es variable, de entre 20 y 100 pb repetidas y su variabilidad es alta dentro de las poblaciones, lo que permite su uso confiable en la identificación de individuos.

Debido a que los polimorfismos son heredables, una persona podrá presentar VNTR heredados de su madre y padre, pero no podría presentar VNTR que sus padres no tengan. De esta manera, las secuencias repetidas de un individuo presentan un patrón único, y mientras más VNTR sean analizados más distintivo e individualizado será el perfil o patrón polimórfico obtenido, tal como las huellas dactilares, sólo que a escala molecular (figura 18-6).

El análisis con STR se basa en los microsatélites y se diferencian en motivos repetidos, denominados perfectos cuando se presentan sin interrupción y de forma ordenada (por ejemplo, TATATATATATATA); en caso contrario, se trata de repeticiones interrumpidas (TATATAGCTATAT) o combinadas (TATATAGCGCGCGCGCTATATA).

La desventaja principal de este tipo de polimorfismos es que no están distribuidos por todo el genoma, lo que limita su uso para determinadas condiciones o enfermedades; sin embargo, su aplicación ha sido amplia en pruebas de paternidad y en genética forense.

Polimorfismos del cromosoma Y

El cromosoma Y tiene recombinación genética con su homólogo (cromosoma X) sólo en aproximadamente 1% de su secuencia; por ello, la porción no recombinante es de especial interés, ya que contiene secuencias que no se encuentran en otras regiones del ADN nuclear, además de que son puramente de herencia paterna a hijos varones.

Si el interés es determinar relaciones familiares de herencia paterna, comparar familiares o descendientes varones, los polimorfismos de utilidad serían secuencias específicas del cromosoma Y, las cuales se identifican mediante amplificación de regiones determinadas, utilizando iniciadores específicos.

La secuencia de la heterocromatina del cromosoma Y es variable y a lo largo de la molécula se han identificado secuencias repetitivas tipo microsatélites, como repeticiones AC. Además, hay que considerar que el índice de mutación para el cromosoma Y es muy bajo y no tiene implicaciones negativas para la reproducción, de manera que son variaciones muy útiles para identificar parentescos o rastrear descendientes por línea paterna. Esto también ha servido, en los estudios evolutivos de la especie humana, para la determinación de un origen común, producto de una sola migración procedente de África.

Marcadores polimórficos mitocondriales

La mitocondria es un organelo celular que existe en múltiples copias según el tipo de célula. Las mitocondrias son exclusivamente de herencia materna, es decir, todos los descendientes tendrán en sus células mitocondrias de su madre. Esto se debe a que en el momento de la fecundación el óvulo conserva las mitocondrias en el citoplasma, mientras que las mitocondrias de espermatozoide, que se encuentran en el cuello, entre la cabeza y la cola, se eliminan y no se integran al interior del óvulo para la formación del embrión. Este método permite identificar a individuos de acuerdo con parentescos por línea materna, ya que todos los hermanos, hombres y mujeres, compartirán la misma información en su ADN mitocondrial (ADNm).Las ventajas del análisis del ADNm es que existen múltiples mitocondrias (1 × 10³-1 × 10⁴ copias) por célula, cada una con varias moléculas de ADNm, caracterizado por ser una doble hebra circular y tener un genoma pequeño (16569 pb, que codifica para 37 genes). Además, este genoma presenta una alta tasa de mutación (5 a 10 veces más que el ADN nuclear), lo que le confiere hipervariabilidad. Este tipo de análisis es útil, sobre todo para análisis evolutivos, antropológicos o forenses, o cuando no se tiene fácil acceso al ADN nuclear, éste está deteriorado o existe en ínfimas cantidades.

Para llevar a cabo este tipo de análisis, es necesario extraer el ADNm. Para ello, se requiere amplificar regiones determinadas del ADNm, en particular las regiones hipervariables HV1 (16024-16035, 342 pb) y HV2 (73-340, 267 pb), localizadas en la región control, que es la zona que regula la transcripción de la molécula. Estos segmentos de ADNm son luego secuenciados y comparados con muestras de familiares provenientes por línea materna, por el tipo de herencia mitocondrial, para detectar diferencias en la secuencia génica.

Insertion-deletion

Se han descrito polimorfismos que consisten en bases insertadas o suprimidas. Las secuencias involucradas son pequeñas, en general de hasta 10 pb; sin embargo, es posible que se presenten secuencias de hasta 1000 a 1500 pb, como en el caso de la inserción de elementos transponibles o transposones (fenómeno de transposición, presente en algunos genes que pueden moverse a través del genoma y reinsertarse en lugares definidos en otra región cromosómica).

Polimorfismos de secuencias aleatorias

Es posible analizar polimorfismos de fragmentos o secuencias de ADN amplificado de forma aleatoria (Random Amplified Polymorphic ADN, RAPD). La ventaja de esta técnica es que no se requiere conocimiento previo de la secuencia ni sondas homólogas, como en los RFLP, lo que la convierte en una opción como prueba tamiz.

En este caso, para la amplificación se utilizan iniciadores de 8 a 10 pb con secuencia aleatoria, de manera que, de encontrarse las secuencias de complementariedad entre el iniciador y la muestra de estudio, puede amplificarse una muestra representativa del genoma.

Al realizar análisis por electroforesis se evidenciarán múltiples bandas que muestran fragmentos de ADN; es decir, si existiera homología en las secuencias éstas serían amplificadas y evidenciadas como una sola banda, mientras que si no existiera homología entre el iniciador y la muestra, debido a algún cambio en la secuencia que hiciera perder la región de acoplamiento del iniciador, entonces el fragmento no amplificaría y no habría banda. Con este método no es posible diferenciar heterocigotos de homocigotos que presenten la secuencia, ya que en ambos se presentaría la banda en el gel, por eso se dice que es una prueba tamiz, ya que sólo identifica si se encuentra la secuencia en la muestra, pero no si esta secuencia se presenta en múltiples alelos o sólo en uno.

Polimorfismos de proteínas

Pueden realizarse estudios de polimorfismos de proteínas, mediante la identificación de la secuencia de aminoácidos. Esto es especialmente útil para la diferenciación de isoenzimas en el citoplasma celular, mediante la detección de mutaciones no sinónimas en el ADN, que ocasionarían que la estructura primaria de la proteína tuviera variaciones, aunque sin alterar su acción sobre un mismo sustrato, sino que sólo afectaría su afinidad por el mismo.

Este análisis se lleva a cabo mediante electroforesis, basado en que, al cambiar en la secuencia un aminoácido por otro con propiedades fisicoquímicas diferentes (por ejemplo, un aminoácido por uno básico, o uno polar por uno no polar), la estructura final de la proteína sería diferente y sus patrones de migración en la electroforesis se verían afectadas, ya que las cargas e interacciones entre aminoácidos tendrían variaciones. Estas variantes se consideran polimorfismos codominantes, ya que pueden tener función proteica a la par de su homólogo silvestre.

Este análisis es útil para identificar polimorfismos en proteínas que tienen función enzimática. Las variantes pueden dar diferente respuesta metabólica y ocasionar que la homeostasis se altere. Hay que considerar, sin embargo, la influencia ambiental, ya que si ésta es mínima es más sencillo analizar las consecuencias de un polimorfismo en la actividad de la enzima. Como ejemplo cabe mencionar las enzimas metabólicas de la familia citocromo P-450 (CYP450), que intervienen en la transformación, neutralización y eliminación de compuestos, por ejemplo, de los medicamentos.

Los métodos de estudio, cada vez más precisos, permiten llevar a cabo los análisis de marcadores genéticos casi con certeza absoluta. Sin embargo, el estudio de polimorfismos requiere de conocimientos técnicos y científicos adecuados, además de una gran experiencia en la interpretación de los resultados, a fin de que éstos sean confiables.

La creación de perfiles genéticos por medio de polimorfismos se realiza con marcadores o regiones con patrones de repetición definidas (micro o minisatélites). El perfil genético, o huella de ADN, determinará el genotipo de un individuo de acuerdo con los marcadores genéticos analizados. Cuanto mayor sea el número de marcadores analizados, mayor será la certeza para la identificación del individuo o para la confirmación de la relación filial, lo que permite realizar estudios de paternidad, filogenéticos, o de genética forense o criminalística, para la identificación molecular de individuos.

Los polimorfismos pueden asociarse directa o indirectamente a patologías o procesos de enfermedad específicos, o incluso servir para establecer asociaciones entre la presencia del polimorfismo con un gen defectuoso cercano a él, por estudios de desequilibrio de ligamiento o solamente como marcadores de susceptibilidad, en los que su identificación permite establecer riesgos para el desarrollo de enfermedades multifactoriales.

Los polimorfismos conocidos y más útiles son generalmente modificaciones puntuales de la secuencia de ADN. Estas modificaciones se estudian principalmente para estudios de riesgo genético para diversas enfermedades, aunque también se consideran las variaciones de secuencia de fragmentos de cromosomas, como las alteraciones cromosómicas estudiadas en el cariotipo, los segmentos polimórficos en la heterocromatina del cromosoma Y, o las secuencias repetitivas, inserciones o deleciones, entre otras. Estas últimas, si bien también sirven para el diagnóstico genético, son más útiles para estudios de identificación familiar, filiación, identificación de individuos en accidentes, criminalística y ciencia forense, entre otros.

La identificación de SNP tiene una gran importancia en la investigación biomédica, ya que ha permitido conocer y entender el proceso de enfermedad, así como poder establecer estrategias de tratamiento, control y prevención.

Su aplicación clínica incluye, por ejemplo, la identificación de genotipo E4 del gen de apolipoproteína E humano (APOE), que se ha asociado con enfermedades del metabolismo de lípidos y con susceptibilidad a desarrollar la enfermedad de Alzheimer.

En el gen del metil-tetrahidrofolato reductasa (MTHRF), involucrado en el metabolismo de folatos, se reconoce como distintivo el polimorfismo Cis677Tre, que genera una enzima termolábil menos activa. Esto produce niveles bajos de folato en plasma y niveles elevados de homocisteína, lo que está ligado a enfermedad cardiovascular.

Los polimorfismos en enzimas metabolizadoras de fármacos ocasionan diferencias en la respuesta al tratamiento y en efectos de éste entre pacientes, ya que la biotransformación de cada compuesto puede variar, según el genotipo del individuo. Los SNP en estas enzimas han servido para identificar de forma temprana efectos secundarios a fármacos, incompatibilidad o resistencia a terapias y variación en la eficacia de medicamentos. Todo esto ayuda al médico en la toma de decisiones de la terapéutica adecuada para cada paciente. A este proceso se le conoce como medicina personalizada.

Para la farmacogenética es de gran utilidad el estudio de los genes CYP450, entre ellos el CYP2D6, que metaboliza una gran cantidad de fármacos y presenta múltiples variantes alélicas. Se definen cuatro fenotipos, de acuerdo con la actividad que presente su producto génico, es decir, si serán metabolizadores rápidos, funcionales, lentos o pobres (sin función enzimática). Todo ello conlleva implicaciones clínicas importantes. Por un lado, en un metabolizador lento o pobre la permanencia en la célula de los compuestos o sus formas reactivas más tiempo del necesario podría ocasionar toxicidad, debido a la falta de uno de los alelos funcionales (lento) o por tener alelos que producen variantes poco funcionales de la enzima (isoenzimas) o carecer de la enzima (pobre). Por otro lado, un metabolizador rápido (o ultrarrápido) puede tener más de dos copias del alelo activo, lo que produce enzimas altamente funcionales con actividad enzimática acelerada, de manera que el compuesto se metaboliza tan rápido que posiblemente pierda eficacia.

También son importantes los polimorfismos de acetilación de genes involucrados en el metabolismo de una gran variedad de compuestos con arilaminas e hidracinas, además de carcinógenos. Estos compuestos son metabolizados por la enzima citosólica N-acetiltransferasa (NAT2), donde la identificación de polimorfismos se ha asociado con una función disminuida de la enzima. A esto se le conoce como fenotipo acetilador lento y conlleva riesgo o susceptibilidad aumentada a padecer cáncer colorrectal o de vejiga.

Para el diagnóstico genético, el estudio de polimorfismos tipo SNP permite identificar variantes alélicas que se han asociado con riesgo de presentar enfermedades, sobre todo multifactoriales. Estas determinaciones ayudan a establecer programas de prevención, ya que al ser multifactorial, el componente ambiental tiene una gran importancia. Así, si se sospecha o existe la certeza de tener variantes génicas de riesgo es posible hacer cambios en diversos factores del estilo de vida que puedan desencadenar la enfermedad. Por ejemplo, diversos SNP se han asociado con la predisposición a padecer diabetes tipo 2, entre ellos SNP en el gen PPARG (peroxisome proliferator-activated receptor gamma o receptor de glitazona NR1C3, rs1801282 Pro12Ala, C/G), receptor nuclear implicado en el metabolismo de glucosa y en el catabolismo y almacenamiento de los ácidos grasos. El gen ENPP1 (ecto-nucleótido pirofosfatasa/fosfodiesterasa 1 o PC1, rs1044498 Lis121Gln, C/A), que codifica para una glucoproteína de membrana clase 2, se ha asociado con resistencia a la insulina. Además, el gen IL6 (interleucina 6, rs1800795 -174, G/C) es citocina con funciones biológicas diversas, incluida la respuesta inmune. Además, en muchos de los SNP asociados se han encontrado variantes no sinónimas, de tal manera que el producto génico de la secuencia modificada tendría una alta probabilidad de conferir alteraciones funcionales.

Por otro lado, la tipificación de genomas microbianos permite determinar la distribución de los tipos microbianos en determinada población, su patogenicidad y resistencia a tratamientos o inmunogenicidad. Esto permite monitorizar poblaciones en riesgo de manera anticipada, identificar patrones de transmisión y crear nuevos fármacos o vacunas.

A fin de encontrar secuencias específicas con un patrón determinado que permitan el corte con enzimas de restricción o que puedan hibridarse para su detección, se emplean varios abordajes comunes, basados en la homología de las secuencias de ADN con sondas específicas.

Según las reglas de Chargaff, el grado en el cual dos secuencias de ADN se complementen o emparejan se le llama homología. Una complementariedad total entre dos fragmentos de ADN demuestra una alta homología, mientras que una complementariedad sólo en una pequeña porción de pares de bases pone de manifiesto una baja homología.

Para detectar polimorfismos se pueden emplear diversas técnicas el Southern blot es un método ideal para detectar polimorfismos en el ADN, ya que mediante el uso de sondas específicas para identificar secuencias repetidas (VNTR o STR), localiza regiones de hibridación homólogas a una secuencia de interés. Asimismo, la PCR con enzimas de restricción y electroforesis permite localizar secuencias blanco (ver el capítulo 15, Técnicas de hibridación).

Existe también una técnica en la cual, mediante PCR, se amplifican regiones polimórficas que incluyen varios polimorfismos (AmpFLP). Esta técnica se ha automatizado y permite estudiar y crear árboles filogenéticos, basados en análisis comparativo de muestras de ADN individuales. Así, pueden distinguirse VNTR de manera sencilla y a un costo relativamente bajo, lo que hace a este tipo de métodos populares aun en laboratorios o países con bajos recursos.

Para el análisis de STR, los loci con STR, en primer lugar, se tratan con iniciadores específicos para amplificar fragmentos que contengan secuencias cortas (cuatro bases repetidas) con repeticiones continuas, para después ser separadas por electroforesis en gel o capilar, a fin de documentar el número de repeticiones y distinguir patrones de repetición que puedan compararse y asociarse con un estándar o blanco. Se debe contar con una secuencia de referencia para establecer o descartar asociaciones, por ejemplo, en una investigación criminal, contar con muestras de ADN obtenidas de una víctima, para que puedan compararse con la muestra del sospechoso.

Los STR son comunes, los comparten 5 a 20% de las personas, lo que obliga a la búsqueda de combinaciones de loci en reacciones multiplex, para lograr un método adecuado de discriminación e identificación precisa, al considerar siempre una secuencia base o de referencia con la cual hacer la comparación.

La identificación de polimorfismos para establecer un patrón genético o huella genética es útil en diversos campos de estudio. Por ejemplo, en ciencias forenses permite comparar sospechosos mediante muestras de sangre, cabello, saliva o semen, a fin de determinar responsabilidad o exoneración en juicios criminales. También es útil en la identificación de restos humanos, familiares extraviados, pruebas de paternidad, identificación de inmigrantes o personas indocumentadas, para establecer relaciones biológicas familiares para confirmar, por ejemplo, la situación legal de un menor, su nacionalidad u origen, y también son útiles para determinar la compatibilidad de órganos en trasplantes, así como para definir el origen y/o la composición de alimentos; incluso puede usarse en estudios evolutivos de poblaciones animales salvajes o para postular hipótesis acerca de la genética poblacional y las migraciones humanas a través del tiempo.

A pesar de que este método de identificación mediante la huella de ADN se considera equivalente al código de barras de un producto comercial, ya que cada persona tiene un patrón genético específico, hasta ahora los VNTR sólo dan evidencia de probabilidad (mayor o menor) de que el patrón genético analizado sea homólogo o concuerde con el de una persona en particular. Sin embargo, esta probabilidad estaría definida como de homología de 1 en 2 mil millones, lo que no descarta la posibilidad de que no lo sea o, lo que es más común, de que la técnica se haya llevado a cabo de manera poco confiable y haya error o falsos positivos. Esto se ha abordado con prontitud y actualmente existen normas y reglamentaciones universales de seguridad y precisión en el análisis de huella de ADN, que permiten minimizar el error técnico.

Para solventar estos problemas es útil la automatización de los procesos, así como el análisis de combinaciones de polimorfismos raros (o poco comunes entre las personas). Éstos permiten crear patrones que incrementan la probabilidad de que las muestras en comparación efectivamente coincidan, en el caso de identificar que provengan de la misma persona, o que correlacionen, en el caso de establecer relaciones biológicas familiares, considerando las variaciones debido a diferencias en raza o etnia. Todo ello involucra en gran medida a la genética de poblaciones para establecer relaciones entre líneas raciales.

En un futuro la huella del ADN podría ser una herramienta útil de identificación para todas las personas al nacer, aunque sobre este tema todavía existe controversia respecto a asuntos bioéticos. Hasta el momento existen bases de datos, sobre todo de carácter judicial, que permiten identificar a sospechosos en juicios criminales, lo que deja fuera a todas las personas que no hayan pasado por algún proceso de este tipo. Se plantea que solicitar la huella genética de cualquier persona sin alguna razón de carácter penal podría considerarse discriminatoria. Esto sería fácilmente rebatible si la prueba se aplicase a toda persona al nacer, ya que sería una forma de identificación personal válida y confiable; sin embargo, los costos que implica llevar a cabo el análisis para cada persona aún son muy altos, lo que lo vuelve de momento una alternativa no práctica y poco viable.

Otra implicación de carácter ético se refiere al diagnóstico genético, ya que realizar análisis de polimorfismos asociados a enfermedades produce resultados (positivos o negativos) que atañen a la familia por completo y no sólo al propositus o individuo en estudio. Ello, en ocasiones, ante enfermedades o situaciones delicadas, genera conflictos entre lo que deben o no saber los demás miembros de la familia y/o cuánto poder tiene el propositus para evitar que dicha información pueda difundirse o utilizarse para otros fines, de carácter comercial o legal que pudieran afectarle en su vida laboral o personal. Éste sería el caso si las compañías aseguradoras pudieran definir primas específicas a personas con determinado patrón genético. Por otra parte, la identificación de factores de riesgo o predisposición a diversas enfermedades sería sumamente útil para la prevención y el tratamiento adecuados de las enfermedades y generaría beneficios médicos y socioeconómicos evidentes, sin dejar de lado por supuesto el estudio y el control del factor ambiental, con grandes implicaciones en el desarrollo y la expresión de cierto perfil genético.