genoma humano (Técnico)

Autor: FÉLIX M. GOÑI URCELAY

Se denomina genoma humano a la totalidad de la información genética almacenada en el ADN de las células humanas. Cada persona posee su propio patrimonio genético (genoma), el cual le define como ser único a pesar de compartir con el del resto de individuos de la especie el 99.9% de similitud genética.
El genoma humano ocupa un total de unos 3.2 Gb (gigabases), y contiene alrededor de 20000 a 25000 genes codificadores de proteínas. De hecho, solo un 28% del ADN total de una célula se transcribe a ARN, y únicamente entre un 1.1% y un 1.4% codifica proteínas. El resto consiste en genes de ARN, secuencias reguladoras, intrones y otros ADNs no codificantes.
La gran mayoría del ADN humano se encuentra organizado en unidades distintas y físicamente separadas denominadas cromosomas, que se encuentran en el núcleo de las células. Pero además del ADN cromosómico, las células humanas contienen una proporción más pequeña de ADN almacenada en las mitocondrias que se denomina genoma mitocondrial.

I. El soporte de la información genética humana. 1.1. Genoma nuclear: los cromosomas.—Los cromosomas son la unidad de empaquetamiento del ADN. Un cromosoma está formado por una única molécula de ADN. Cada individuo recibe un lote de 23 cromosomas de cada uno de sus progenitores, por lo tanto, las células somáticas humanas poseen 46 cromosomas repartidos en 23 pares. Los pares del 1 al 22 son iguales en hombres y mujeres y se conocen como autosomas. El par número 23 está compuesto por los cromosomas que determinan el sexo. Las mujeres tienen dos cromosomas X (XX) y los hombres un cromosoma X y un cromosoma Y (XY).
Cada conjunto de 23 cromosomas contiene la información necesaria que da lugar a un ser humano, por lo que las características únicas que conforman cada individuo dependen de la combinación específica de genes resultante de la interacción entre pares repetidos.
1.1.1. ADN codificante: Los genes.—Un gen es la unidad física, funcional y fundamental de la herencia. Es una secuencia de nucleótidos ordenada y ubicada en una posición concreta de un cromosoma que contiene la información específica para la síntesis de un ARN funcional.
Se estima que el genoma humano posee alrededor de 20000-25000 genes codificadores de proteínas, los cuales se distribuyen irregularmente a lo largo de los cromosomas constituyendo regiones ricas y pobres en genes. Un gen codificador de proteínas se transcribe necesariamente a una molécula de ARN mensajero. Parte de esta molécula se traducirá en proteína (exones) y parte será eliminada (intrones) antes de iniciar la síntesis del producto final. De hecho, las células humanas son capaces de producir varias proteínas diferentes a partir de combinaciones distintas del mismo RNA mensajero (utilizando el denominado splicing alternativo). Esto explicaría en parte el mayor grado de complejidad alcanzado en humanos en comparación con organismos mucho menos evolucionados (como moscas o gusanos), aunque las regiones codificantes de un gen sean de tamaños similares en las distintas especies.
Además de genes codificadores de proteínas, el genoma humano contiene miles de genes que no son traducidos, sino que cumplen su función en forma de ARN. Entre estos encontramos el ARN transferente, el ARN ribosomal y los microARNs.
1.1.2. ADN no codificante.—El ADN que no contiene ningún gen constituye la mayor parte del genoma humano. Buena parte de estas regiones está compuesta por ADN con función desconocida (como los elementos repetitivos), por lo que tradicionalmente estas regiones han sido denominadas ADN «basura» (junk DNA). Sin embargo, esta denominación es inapropiada dado el papel regulador ya descubierto de muchas de estas secuencias, y el alto grado de conservación evolutiva de otras muchas, que parece indicar funciones esenciales aún desconocidas.
a) Secuencias reguladoras: Se trata de segmentos de ADN no codificante que aparecen generalmente cerca de los genes. Estas secuencias son reconocidas por proteínas reguladoras (entre ellas factores de transcripción) que controlan la expresión génica y, por tanto, la síntesis de proteínas.
b) Otros ADNs no codificantes: Los genes pueden estar separados por extensas regiones de ADN no codificante de función desconocida. Así, se estima que alrededor de la mitad del genoma humano consiste en elementos repetitivos: ADN en el que una corta combinación de bases se repite numerosas veces hasta llegar a alcanzar en ocasiones grandes extensiones de un cromosoma. Las secuencias repetitivas varían mucho de una persona a otra, y son la base de las pruebas de paternidad.
Dentro de esta clasificación también se encuentran los pseudogenes (versiones completas o parciales de genes que por acumulación de mutaciones generalmente no se transcriben) y los llamados transposones (secuencias de ADN, probablemente de origen vírico, que pueden trasladarse de una posición cromosómica a otra). Además existe una gran proporción de ADN no codificante aún sin clasificar.
El genoma humano posee muchas más regiones no codificantes que el de ningún otro animal. Por ejemplo, el pez globo tiene un genoma con muy pocas repeticiones que es capaz de codificar un ser perfectamente funcional. Por eso se ha supuesto que las repeticiones sean elementos parasitarios que utilizan el genoma como huésped. Sin embargo, a medida que se desarrolla la técnica, crece la sospecha de que exista muy poco o nada de ADN «basura » en el genoma, y que los elementos de estas regiones posean funciones muy evolucionadas.
1.2. Genoma extranuclear: el genoma mitocondrial.— El genoma mitocondrial es el material genético de los orgánulos que generan energía para la célula, las mitocondrias. Se trata de una molécula de ADN circular (de estructura similar a la de las bacterias) que contiene 16.569 pares de bases. Un 97% de la secuencia es codificante y se divide en 37 genes. En humanos, cada mitocondria contiene entre 2 y 10 moléculas idénticas de su ADN, que representan alrededor del 1% del ADN total de la célula.
El ADN mitocondrial se hereda exclusivamente por vía materna, es decir, en el desarrollo del cigoto sólo intervienen las mitocondrias contenidas en el óvulo. Por este motivo, el genoma mitocondrial es de gran utilidad en estudios de herencia matrilineal, ya que todos los hermanos nacidos de una misma madre (sean XX o XY) pueden ser identificados como tales analizando ciertos marcadores mitocondriales.
1.3. El epigenoma.—Es el conjunto de cambios reversibles en el ADN, que modula la expresión de los genes dependiendo de condiciones exteriores. No altera la secuencia de ADN, aunque, como influye en su expresión, es vital para el desarrollo, el crecimiento, el envejecimiento y el cáncer, y puede ser heredable a lo largo de las generaciones. Entre las variaciones epigenéticas encontramos metilaciones del ADN, distintos grados de compactación, modificación de histonas e impronta genética.

II. Los mecanismos de transmisión de la información.— Se denomina genotipo a la secuencia específica de ADN heredada por un determinado individuo. El genotipo es prácticamente inmodificable por efectos ambientales, por lo que permanece constante a lo largo de la vida. El fenotipo es el conjunto de características observables de dicho individuo y describe todos los aspectos de su morfología y fisiología. El genotipo de un organismo es el factor que más influye en su fenotipo, pero no es el único. De esta manera, dos organismos con el mismo genotipo (como los gemelos univitelinos), normalmente presentan un fenotipo algo distinto. El fenotipo cambia continuamente a lo largo de la vida del individuo, ya que en él influyen también otros factores, como el ambiente en el que se desarrolla el organismo.
2.1. Relación genotipo-fenotipo.—La transmisión de la información genotípica desde el ADN hasta el producto final (las proteínas) ocurre a través de los mecanismos de transcripción y traducción.
La expresión del ADN es el conjunto de procesos bioquímicos por los cuales una secuencia de nucleótidos (gen) en el genoma de un organismo da lugar a una proteína. Para ello, primero se genera una molécula de ARN mensajero (ARNm), mediante un proceso denominado transcripción. El ARNm transcrito es complementario en secuencia a la hebra de ADN a partir de la que se genera, y en muchas ocasiones presenta las regiones codificantes (exones) interrumpidas por regiones no codificantes (intrones) que tienen que ser eliminadas durante el procesamiento del ARN. La síntesis de una proteína siguiendo las instrucciones escritas en la secuencia del UNAM se llama traducción. La secuencia de nucleótidos del ARNm ya procesado es la que determina la secuencia de aminoácidos de la proteína que se va a sintetizar en los ribosomas. A su vez, los ribosomas están compuestos por varios tipos de proteínas y por otra forma de ARN, denominado ARN ribosómico (ARNr). Una vez el ARNm se ha unido a los ribosomas, una tercera molécula de ARN entra en acción, el ARN transferente (ARNt), encargado de transferir aminoácidos a la proteína que se está sintetizando.
En palabras de Francis Crick, el «dogma central» de la genética molecular sería: «la información genética contenida en el ADN fluye hacia el ARN, que a su vez especifica proteínas, un camino de una sola vía que permite afirmar la influencia del genotipo (ADN) sobre el fenotipo, al dictar la secuencia de las proteínas; sin embargo, éstas no alteran el genotipo, es decir, las proteínas no envían instrucciones al genotipo».
Por lo tanto, un cambio en cualquier parte del gen (mutación) puede llegar a traducirse en un cambio en la estructura química (composición de aminoácidos) en la proteína final. Algunos de estos cambios que ocurren de manera natural son fenotípicamente neutros o no tienen efectos en la fisiología del individuo ni causan enfermedad, y son una fuente de variabilidad genética humana que se hereda de padres a hijos.
2.2. Relación genotipo-factores ambientales.— La secuencia completa de ADN de un organismo no determina completamente su fenotipo, sino que éste depende también de la sucesión de ambientes en los que se desarrolla. La influencia ambiental sobre el epigenoma explica, por ejemplo, las discordancias fenotípicas entre gemelos idénticos que poseen idénticas secuencias de ADN. En la práctica no es posible predecir los fenotipos que se producirán del desarrollo de un genotipo en ambientes nuevos. Por lo tanto, se podría decir que el resultado fenotípico de cualquier genotipo es la consecuencia única de la interacción entre el genoma y los factores ambientales concretos en los que se desarrolla el individuo.

Véase: ADN, Análisis genéticos, Datos genéticos, Perfiles de ADN.

Bibliografía: Human Genome Special Issue, Science, vol. 291, 2001, págs. 1145-1434; The Human Genome, Nature, vol. 409, 2001, págs. 745-964; GRIFFITHS, Anthony J.F. / WESSLER, Susan R. / LEWONTIN, Richard C. / CARROL, Sean B., Genética, 9.ª Ed. MacGraw-Hill/Interamericana, 2008.