jueves, 9 de octubre de 2014

Epigenómica computacional

Autor:
PhD. Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Publicado en:
Junio 28 de 2010

La investigación biológica dedicada a elucidar los factores y mecanismos asociados y que causan enfermedades comunes crónicas-degenerativas se ha visto reforzada enormemente por la aparición de nuevas tecnologías que permiten por primera vez en la historia obtener una visión tanto general como detallada del funcionamiento de los organismos vivos. Estas tecnologías se agrupan dentro de lo que se denomina “ómicas” y se pueden clasificar en una serie de subgrupos principales que incluyen genómica, transcriptómica, proteómica y metabolómica. Con su aparición, también surgió la esperanza de que su uso diera lugar a rápidos descubrimientos que facilitarían de manera casi inmediata la capacidad de prevenir, diagnosticar y desarrollar nuevas terapias contra las enfermedades más comunes, entre las que destacan las cardiovasculares. Sin embargo, a pesar de los grandes progresos tecnológicos, la promesa de que las “ómicas” iban a producir rápidos avances en la medicina y la salud pública no se ha cumplido todavía, principalmente debido a las limitaciones conceptuales y experimentales que impiden considerar en su totalidad las complejas y dinámicas interacciones entre la abundancia de factores involucrados en la iniciación, el progreso y la manifestación de la enfermedad.


La disponibilidad de la secuencia completa del genoma humano es el punto de partida para la ingente tarea de comprender toda la información genómica, es decir, descifrar qué tipo de información conlleva el genoma, cómo está codificada, y sobre todo cómo se implementa de modo interactivo en el curso del desarrollo embrionario y durante la vida del organismo. Este último aspecto, que ocupa actualmente la atención de un gran número de investigadores biomédicos, se integra en el concepto de epigenómica e incluye la investigación con células madre, la diferenciación celular, la impronta genética, la senescencia y una gran parte de los procesos de regulación génica que tienen que ver con la organización del ácido desoxirribonucleico en cromatina. La epigenómica recuerda que lo que se transmite de una célula a otra no es sólo el ácido desoxirribonucleico sino la cromatina, es decir, la compleja estructura nucleoprotéica que contiene toda la información genómica en organismos eucariotas así como sus modificaciones durante el desarrollo y la diferenciación celular. Precisamente la base estructural de la epigenómica son cambios en la estructura y la función de la cromatina acompañados de modificaciones químicas de sus componentes, las proteínas cromosomales y el ácido desoxirribonucleico.

Los biólogos describen los organismos vivos utilizando dos términos muy amplios: genotipo y fenotipo. El genotipo se refiere al conjunto de la información genética contenido en el genoma de un organismo que es recibido de sus antecesores y transmitido a su descendencia. En los organismos complejos los genomas paterno y materno se recombinan durante la reproducción sexual dando lugar a individuos con una composición genómica única. A menudo el genotipo se define como el conjunto de los genes de un organismo, pero esta definición es inexacta. Lo que se transmite de generación en generación no es sólo la información que codifica para proteínas o para ácido ribonucleico, los genes propiamente dichos, sino todo el ácido desoxirribonucleico resultante de la fusión de dos células germinales, un espermatozoide y un óvulo, del cual sólo un pequeño porcentaje codifica para genes en el sentido clásico. El fenotipo, por su parte, describe la estructura del organismo, su forma y su tamaño, así como su función, que resultan en cada individuo de la ejecución de las instrucciones contenidas en su genotipo particular. La descripción del fenotipo y sus desviaciones es la tarea de los biólogos y los médicos desde hace siglos, aunque aún se siguen descubriendo nuevas especies y queda una enorme cantidad por descubrir.

Se denomina genómica al estudio de la organización molecular del ácido desoxirribonucleico y su cartografía física. La genómica engloba distintas subespecialidades. La genómica estructural estudia el plegamiento de las macromoléculas y su estructura tridimensional con la ayuda de técnicas derivadas de la física y la bioinformática, clasificando estas moléculas en familias funcionales. La genómica bioquímica estudia grupos de proteínas específicas y sus correspondientes “marcos de lectura abiertos”. Esto se lleva a cabo mediante su generación y expresión. La genómica química estudia los efectos de moléculas pequeñas para evaluar sus efectos moduladores en el estado celular o la expresión génica, preferiblemente en sistemas de alto rendimiento. La genómica funcional o fisiológica se centra en el análisis funcional de la totalidad del genoma y la integración de la estructura del ácido desoxirribonucleico, así como de su función molecular y la interacción de los genes y sus productos génicos. La proteómica, por su parte, estudia los proteomas. Un proteoma puede definirse como el conjunto de las proteínas expresadas por un genoma. Configura una disciplina fundamental de la era post-genómica que trata de descubrir la constelación de proteínas que otorgan a las células su estructura y función. Distintas tecnologías permiten obtener y comparar “instantáneas” de las proteínas que se expresan en un momento determinado en una célula-robótica, electroforesis 2D, espectrometría de masas, chips, bioinformática, etc. La proteómica puede definirse como la genómica funcional a nivel de las proteínas. Es la ciencia que correlaciona las proteínas con sus genes, estudia el conjunto completo de proteínas que pueden obtenerse de un genoma.

A menudo se atribuye a Conrad Waddington (1905-1975) la acuñación del término “epigenética” en el año 1942 como “la rama de la biología que estudia las interacciones causales entre los genes y sus productos que dan lugar al fenotipo”. Las primeras apariciones de la epigenética en la literatura datan de mediados del siglo diecinueve, aunque los orígenes del concepto pueden encontrarse ya en Aristóteles (384-322 AC). Aristóteles creía en la epigénesis: el desarrollo de la forma orgánica del individuo a partir de materia amorfa. Esta controvertida creencia fue el principal argumento en contra de la hipótesis que se mantenía de que el desarrollo del ser humano es a partir de cuerpos minúsculos completamente formados. Incluso en los primeros años del siglo veintiuno, aún no existe un consenso universal acerca de hasta qué punto las personas están preprogramadas o modeladas por el ambiente. El campo de la epigenética ha surgido como un puente entre las influencias genéticas y ambientales. En el siglo veintiuno, la definición más comúnmente encontrada del término epigenética es “el estudio de cambios heredables en la función génica que se producen sin un cambio en la secuencia del acido desoxirribonucleico”.

La epigenómica es un área nueva que se encuentra en pleno desarrollo. Los primeros estudios epigenómicos comienzan en los años 1980 y se dan con mayor fuerza en los años 1990. En este nuevo siglo se ha producido una explosión bastante interesante de artículos sobre epigenómica, los que van de la mano del desarrollo de tecnologías computacionales que permiten estudiar el genoma y comparar tejidos normales con tumor, normales con premalignos, o tejidos expuestos con los no expuestos. En este entorno los cambios epigenómicos constituyen “la progresión natural de los cambios moleculares que se ven cuando un tejido que es normal se transforma por diferentes razones y llega a ser un tejido oncogénico. Como estos cambios ya se han visto en muchos tipos de cáncer, se está comenzando a desarrollar pruebas para detectar el cáncer en etapas tempranas, donde ya se ven estos cambios moleculares”, puntualizando que los médicos no pueden ver los cambios ni los pacientes sentirlos porque los cambios son a nivel molecular y los tejidos no se han expandido mostrando un cambio histológico.

En este entendido, la epigenómica analiza las interacciones entre genomas y proteomas, así como los patrones generales de mutilación y las señales de mutilación, y evalúa este tipo de información en las distintas especies. La genómica comparativa o filogenómica busca determinar el número de familias de proteínas diferentes codificadas por distintos genomas, la distribución de los genes codificantes en los diferentes genomas y cuántos de esos genes los comparten distintos genomas. La ortogenómica estudia los genomas de descendientes ortólogos, mientras que la paragenómica estudia genomas parálogos. Estos estudios incluyen la composición y la organización de dominios proteínicos en los diferentes organismos. La genómica genética incluye el análisis de perfiles de expresión y de huellas basadas en marcadores en cada individuo en una población que se segrega. La genómica computacional mide cuantitativa o cualitativamente una propiedad de interés Después se identifica computacionalmente los factores genéticos en regiones genómicas donde el patrón de variación genética se correlaciona con la distribución de rasgos entre las distintas cepas analizadas. El grado de correlación entre los rasgos y los agrupamientos de cepas dentro de cada bloque de haplotipos se evalúa mediante un análisis de la varianza. La nutrigenómica tiene como objetivo desvelar los efectos de los macronutrientes y los micronutrientes en la salud y la enfermedad en los distintos genotipos. La toxicogenómica busca entender las complejidades de un sistema biológico en su respuesta a factores tóxicos, mutagénicos o carcinogénicos. Reciben una consideración especial las homologías entre genes encargados de controlar las enfermedades en el genoma humano con respecto a compartir funciones tales como ciclo celular y estructura, adhesión celular, señalización, apoptosis, control neuronal y mecanismos de defensa.

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