El primer intento publicado sobre modificación de ADN de embriones humanos, realizado por un equipo de científicos chinos, sin un éxito definitivo, pero ha abierto un debate mundial sobre las implicaciones éticas que conlleva esta práctica
La investigación, publicada en la revista Protein & Cell, fue realizada por científicos de la Universidad Sun Yat-sen, en la ciudad china de Guangzhou.
En su estudio, los investigadores utilizaron 86 embriones humanos para comprobar si podían modificar el gen HBB, cuya mutación es responsable de la enfermedad beta-talasemia.
La enfermedad beta-talasemia es un trastorno hereditario que afecta la producción de hemoglobina normal, un tipo de proteína presente en los glóbulos rojos cuya función es transportar oxígeno a los tejidos del cuerpo.
Esta dolencia incluye varias formas diferentes de anemia, cuya gravedad depende del número de genes que estén afectados, y puede llegar a ser mortal.
El estudio, del que había rumores en la comunidad científica desde marzo, fue condenado inmediatamente por investigadores estadounidenses, que argumentan que esa práctica es «peligrosa, prematura y suscita cuestiones éticas», según medios locales.
Para minimizar la controversia ética, los investigadores chinos utilizaron embriones que no eran viables.
Sólo 71 de ellos sobrevivieron y sólo en 28 la modificación del ADN funcionó.
«Nuestros resultados subrayan la necesidad de una mayor comprensión de la técnica CRISPR/Cas9 de modificación del ADN y respaldan la idea de que las aplicaciones clínicas de este mecanismo quizás sean prematuras en este momento», escribieron los científicos en su estudio.
Durante mucho tiempo se ha considerado tabú hacer cambios en el ADN nuclear de un embrión humano porque esas modificaciones podrían convertirse en rasgos permanentes del mapa genético humano.
Otro de los temores de los científicos es que esta práctica pueda ser peligrosa, al introducir potencialmente por error un nueva enfermedad que se herede de generación en generación.
Existe el miedo a que esta práctica pueda llevar a los llamados «bebés de diseño», cuya herencia genética (genotipo) sería seleccionada usando varias tecnologías reproductivas.
Fuente: El Mundo. Aportado por Eduardo J. Carletti
Muchos animales, incluidos los seres humanos, adquirieron genes esenciales «extraños» de microorganismos que cohabitaban su entorno en la antigüedad, según una nueva investigación. El estudio cuestiona las visiones convencionales de que la evolución de los animales se basa únicamente en genes que se transmiten a través de las líneas ancestrales, lo que sugiere que, al menos en algunos linajes, el proceso todavía está en curso
El estudio fue publicado en la revista de acceso abierto Genome Biology.
La transferencia de genes entre organismos que viven en el mismo entorno se conoce como transferencia horizontal de genes (HGT, Horizontal Gene Transfer). Es bien conocido en los organismos unicelulares y se piensa que es un proceso importante que explica la rapidez con que evolucionan las bacterias, por ejemplo, para adquirir resistencia a los antibióticos.
Se cree que la HGT desempeña un papel importante en la evolución de algunos animales, incluyendo los gusanos nematodos, que han adquirido genes de microorganismos y plantas, y algunos escarabajos que ganaron genes bacterianos para producir enzimas para digerir las bayas de café. Sin embargo, la idea de que la HGT se da también en animales más complejos, como los humanos, en lugar de que solamente reciban genes directamente de sus antepasados, ha sido ampliamente debatido y controvertido.
El autor principal, Alastair Crisp de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, dijo: «Este es el primer estudio que muestra qué tan ampliamente se produce la transferencia horizontal de genes (HGT) en los animales, incluidos los humanos, dando lugar a decenas o cientos de genes activos «extranjeros». Sorprendentemente, lejos de ser un hecho poco habitual, parece que la HGT ha contribuido a la evolución de muchos animales, quizás de todos, y que el proceso está en curso, lo que significa que es posible que tengamos que volver a evaluar la forma en que pensamos acerca de la evolución».
Los investigadores estudiaron los genomas de 12 especies de Drosophila, o mosca de la fruta, cuatro especies de gusano nematodo y 10 especies de primates, incluidos los humanos. Ellos calcularon cuán bien se alinea cada uno de sus genes con los genes similares en otras especies para estimar la probabilidad de que pudiesen ser de origen extraño. Mediante la comparación con otros grupos de especies, pudieron estimar hace cuánto tiempo era probable que se hayan adquirido los genes.
Se confirmó una cantidad de genes como haber sido adquiridos por los vertebrados a través de la HGT, incluyendo el gen ABO del grupo sanguíneo. La mayoría de los otros genes estaban relacionados con las enzimas implicadas en el metabolismo.
En los seres humanos, se confirmaron 17 genes previamente notificados que fueron adquiridos por HGT, y se identificaron 128 genes extraños adicionales en el genoma humano que hasta ahora no se han reportado.
Algunos de estos genes están involucrados en el metabolismo de lípidos, incluyendo la descomposición de ácidos grasos y la formación de glicolípidos. Otros están involucrados en las respuestas inmunes, incluyendo la respuesta inflamatoria, la señalización inmune celular, y las respuestas antimicrobianas, mientras que otras categorías de genes incluyen el metabolismo de aminoácidos, la modificación de proteínas y las actividades antioxidantes.
El equipo pudo identificar la probable clase de organismos desde donde vinieron los genes transferidos. Las bacterias y los protistas, otra clase de microorganismos, son los donantes más comunes en todas las especies estudiadas. También identificaron HGT de virus, responsable de hasta 50 genes extraños más en los primates.
Algunos genes fueron identificados como originarios de los hongos. Esto explica por qué algunos estudios anteriores, que sólo se centraron en bacterias como fuente de HGT, originalmente rechazaron la idea de que estos genes eran ‘extranjeros’ en origen.
Se encontró que la mayoría de la HGT en primates es antigua, que se produce en algún momento entre el ancestro común de Chordata y el antepasado común de los primates.
Los autores dicen que su análisis probablemente subestima la verdadera magnitud de la HGT en los animales y que la HGT directa entre los organismos multicelulares complejos también es plausible, y ya conocida en algunas relaciones huésped-parásito.
El estudio también tiene impactos potenciales de manera más general en la secuenciación del genoma. Los proyectos de genoma eliminan frecuentemente las secuencias bacterianas de los resultados, suponindo que son contaminaciones. Si bien es necesario detectar la contaminación, no debe ser ignorada la posibilidad de que las secuencias bacterianas sean una parte genuina del genoma de un animal procedentes de HGT, dicen los autores.
Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti
Investigadores del Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona han desarrollado y patentado un sistema de microscópica de alta resolución para definir la arquitectura del genoma a escala nanométrica. De esta forma se ha detectado que las fibras de cromatina de las células especializadas, como las de los músculos o el hígado, están más empaquetadas que las de las células madre, lo que ayuda a determinar su grado de pluripotencia antes de usarlas en terapia celular o investigación biomédica
La resolución de la técnica STORM (amarillo) es muy superior a la del microscopio convencional (azul) al observar el núcleo celular. De esta forma se ha detectado que las hebras de cromatina de las células madre están menos empaquetadas que las de las células somáticas o especializadas. / ICFO/CRG
Las fibras de cromatina que constituyen nuestro genoma llevan ADN y proteínashistonas, que cada cierto tramo se unen formando los denominados nucleosomas. Estos, a su vez, son como ‘huevos’ que se pueden unir en ‘nidos’ de distintos tamaños a lo largo de la hebra. Todo este entramado se conocía, pero ahora se presenta una técnica que permite observar la organización de la cromatina dentro del núcleo celular de una forma no invasiva y con un detalle sin precedentes.
Por primera vez, científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG) y el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han sido capaces de visualizar, e incluso contar, los nucleosomas y analizar sus empaquetamientos. El estudio, que se publica esta seman en la revista Cell, ha sido posible gracias al uso de la microscopía de superresolución STORM, una nueva técnica óptica de última generación que recibió el Premio Nobel de Química en 2014.
En combinación con aproximaciones cuantitativas innovadoras y simulaciones numéricas, los científicos también fueron capaces de definir la arquitectura del genoma a escala nanométrica. En concreto, encontraron que los nucleosomas se empaquetan en grupos irregulares a través de la cromatina y que están separados por regiones de ADN libres de nucleosomas.
"La técnica STORM supera el límite de difracción, factor que normalmente limita la resolución espacial de los microscopios convencionales, y nos permite definir con precisión la estructura de la fibra de cromatina", afirma la profesora Melike Lakadamyali, líder de grupo en el ICFO.
Se ha detectado que cuanto más pluripotente es una célula, menos denso es su empaquetado, un dato de interés para la reprogramación celular
Mediante la comparación entre células madre y células somáticas (ya especializadas en su papel, como las de los músculos, huesos o el sistema nervioso), la técnica ha permitido observar diferencias considerables en la arquitectura de sus fibras de cromatina.
La profesora Pia Cosma, jefe de grupo y profesora de investigación ICREA en el CRG, explica: "Encontramos que las células madre tienen una estructura de la cromatina diferente de células somáticas o especializadas. Esta diferencia se correlaciona con el nivel de pluripotencia; cuanto más pluripotente es una célula, menos denso es su empaquetado. Esto nos da nuevas pistas para entender el funcionamiento de las células madre así como su estructura genómica, que serán de gran utilidad, por ejemplo, para el estudio de la reprogramación celular".
El equipo ha detectado que el ADN no se empaqueta regularmente con nucleosomas, sino que los nucleosomas se empaquetan en grupos de diferentes tamaños, definidos en inglés como nucleosome clutches o ‘puestas’ de nucleosomas –en referencia las puestas de huevos que pueden variar en cantidad–. Encontraron que las células madre pluripotentes tienen, en promedio, puestas con menos densidad de nucleosomas. Además, el tamaño de la puesta está relacionado con el potencial pluripotente de las células madre: cuanto más pluripotente es la célula, menos nucleosomas están incluidos en sus puestas.
A pesar de que todas las células de nuestro cuerpo contienen la misma información genética, no se expresan todos los genes al mismo tiempo. Por lo tanto, cuando una célula se especializa, algunas de las regiones de ADN se silencian o se encuentran menos accesibles a la molécula que lee el genoma: la ARN polimerasa. Según la especialización de las células, se producirán diferentes niveles de empaquetamiento del ADN.
Según sus autores, este nuevo estudio establece una nueva comprensión de cómo se configura y se empaqueta la fibra de cromatina formando una estructura específica de ADN en cada célula. A su vez, contribuye definitivamente a la comprensión de una nueva característica de las células madre y su estructura de ADN, que es importante para mantener un estado pluripotente inducido.
Comercialización de hitos en microscopía y fotónica
Los investigadores de ICFO y CRG han conseguido varios hitos nunca antes planteados en los campos de la microscopía o la fotónica así como en la biología molecular y la biomedicina. En este marco, han presentado conjuntamente una patente y ahora están explorando oportunidades de negocio para comercializar el proceso de clasificación del estado stemness o ‘capacidad de ser células madre’, es decir, el grado de pluripotencia de las células.
Esta técnica podría determinar,el potencial de pluripotencia de las células madre a un nivel de precisión de una sola célula, pudiendo convertirse en un método estándar de control de calidad de las células madre antes de su uso en terapia celular o en investigación biomédica.
La investigación ha sido llevada a cabo por las científicas del CRG Maria Aurelia Ricci y la profesora Cosma junto con los investigadores Carlo Manzo, María García-Parajo y Melike Lakadamyali del ICFO. Este trabajo, que demuestra el éxito de la colaboración entre biólogos y físico, ha sido apoyado por la Fundación Cellex, el Consorcio de Redes de Excelencia de Sistemas de Microscopía, el Consejo Europeo de Investigación (ERC) y el programa Human Frontier Science Program.
Referencia bibliográfica:
Ricci et al.: "Chromatin fibers are formed by heterogeneous groups of nucleosomes in vivo". Cell, 12 de marzo de 2015. Doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2015.01.054.
La investigación, publicada en la revista Protein & Cell, fue realizada por científicos de la Universidad Sun Yat-sen, en la ciudad china de Guangzhou.
La resolución de la técnica STORM (amarillo) es muy superior a la del microscopio convencional (azul) al observar el núcleo celular. De esta forma se ha detectado que las hebras de cromatina de las células madre están menos empaquetadas que las de las células somáticas o especializadas. / ICFO/CRG