Genoma, epigenética y nutrición

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Desarrollo del genoma humano y la epigenética. Influencia de la epigenética y la nutrición.

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Genoma, epigenética y nutrición

  1. 1. Alicante, octubre de 2013 Universidad Isabel I de Castilla Grado en Nutrición Humana y Dietética Aplicación de las TIC a la práctica profesional GENOMA HUMANO Y EPIGENÉTICA APLICACIONES MÉDICAS Y NUTRICIONALES Marta Suárez Argüelles 1
  2. 2. GENOMA HUMANO Y EPIGENÉTICA APLICACIONES MÉDICAS Y NUTRICIONALES ÍNDICE Introducción……………………………………………………………………………………..3 Evolución tecnológica………………………………………………………………………….4 Historia de la genética…………………………………………………….…………..4 Objetivos actuales………………………………………………………….………….5 Exámenes médicos……………………………………………….…………..6 Terapia génica……………………………………………………..…………..6 Clonación……………………………………………………………..………..6 Epigenética…………………………………………………………………….6 Importancia de la epigenética en el campo profesional del autor…………………………8 Nutrición y dieta de la embarazada………………………………………….……..8 Maltrato y estrés materno…………………………………………………………….8 Obesidad……………………………………………………………………………….9 Conclusiones…………………………………………..……………………………………..10 Bibliografía…………………………………………………………………………………….11 2
  3. 3. INTRODUCCIÓN El proyecto genoma humano es un programa científico destinado a conocer el genoma. El genoma consiste en el conjunto de genes en los cromosomas de cada célula de un organismo específico (1) . Este proyecto ha constituido un importantísimo avance en la ciencia dentro de la historia de la humanidad. Gracias a la determinación de la secuencia de los genes de cada cromosoma ha surgido la epigenética. Esta rama de la genética involucra cambios en la expresión de los genes sin cambios en la secuencia del ADN (ácido dexosiribonucleico) (2,3). El proyecto genoma humano tiene múltiples aplicaciones en el campo de la medicina. Dentro de la nutrición la epigenética es importante en la explicación de la aparición de enfermedades genéticas (Sindrome de Prader Willi) y multifactoriales (obesidad) (4) . La intención del presente documento es el conocimiento y comprensión de la historia, tecnología básica y aplicaciones médicas y nutricionales del genoma humano y la epigenética. 3
  4. 4. EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA Historia de la genética Los diferentes avances en la ciencia de la genética se citan a continuación: 1866 Gregor Mendel publica las leyes de la herencia. 1966 Friedrich Miescher identifica el ADN nuclear, nucleina. 1881 Albrecht Kossel descubre los ácidos nucleicos 1950 Alfred Hershey y Marta Chase usan un virus para confirmar que el ADN es el material genético. 1951 Es secuenciada la primer proteína, insulina. 1953 James Watson y Francis Crick desentrañan la estructura en doble hélice de la molécula del ácido desoxirribonucleico (ADN). Imagen Nº 1. Estructura del ADN 1960 Determinación del código genético. 1982 Fabricación del primer fármaco basado en tecnología de ADN recombinante. 1985 Kay Millus inventa la reacción en cadena de la polimerasa. 1990 Inicia el Proyecto Genoma Humano (PGH) liderado por Francis Collins. 1999 Se secuencia el primer cromosoma completo: el número 22. 2000: El Presidente Bill Clinton y el Primer Ministro Tony Blair anuncian el primer borrador completo de la secuencia del genoma humano. 2001 Se publica el primer borrador de la secuencia del genoma humano. 2002 Comienza el proyecto internacional Hap Map 2003 Se termina la secuencia completa del Genoma Humano, cubriendo un total de 3.069 Mb (92.3% del total estimado del genoma humano) con un 99.99% de fiabilidad en cada posición secuenciada. 2004 En México se crea el Instituto Nacional de Medicina Genómica, INMEGEN. 2005 Secuencia del Genoma del Chimpancé. 4
  5. 5. 2006 Lanzamiento de la Base de Datos de Fenotipos y Genotipos (dgGap) 2007 Se termina el Proyecto Piloto ENCODE (Enciclopedia of DNA Elements). 2008 Se secuencia por primera vez el genoma del cáncer. 2009 Se publica el Mapa del Genoma de Poblaciones Mexicanas. 2010 Se termina el Proyecto Piloto 1000 Genomas Como consecuencia de estos estudios se obtuvo una gran muestra de datos. Se ha elaborado una técnica informática avanzada que puede manejarlos y que constituye el armazón del nuevo campo llamado bioinformática (4). Imagen Nº2. Multitud de datos manejados por la bioinformática. Objetivos actuales de la genética Hoy en día, los objetivos de los laboratorios de todo el mundo son: 1. Catalogar el número de genes representados por los tres mil millones de nucleótidos que componen el ADN humano. 2. Identificar los productos proteínicos de cada uno de estos genes (unidades funcionales dentro del genoma que contienen información para sintetizar proteínas). 3. Asociar las variaciones en los genes a enfermedades específicas. 4. Comprender la forma en que los genes, las proteínas y los factores ambientales interactúan para causar la disfunción fisiológica que da lugar a la enfermedad. 5. Identificar los metabolitos que son útiles para identificar la progresión de la enfermedad y para las aplicaciones nutricionales (4). 5
  6. 6. Las aplicaciones del Proyecto Genoma Humano resultan útiles para la atención clínica, al permitir que el médico utilice los conocimientos sobre el genoma humano para diagnosticar futuras enfermedades y también individualizar terapias medicinales (farmacogenomia). Debido a esto, la genética ha pasado a ser parte integral de la medicina de atención primaria. Considerando que antes la genética médica estaba dedicada al estudio de los trastornos genéticos más bien raros, el Proyecto Genoma Humano ha establecido una contribución genética para una variedad de enfermedades comunes (5). Exámenes genéticos La identificación de los genes relacionados con enfermedades ha producido un aumento en la cantidad de exámenes genéticos disponibles que detectan una enfermedad o el riesgo de una persona de contraer esa enfermedad (5). Terapia génica e investigación genética La terapia génica representa una combinación de técnicas utilizadas para corregir los genes defectuosos que producen enfermedades, en particular en el campo de la oncología, hematología y trastornos inmunes. La terapia génica todavía es experimental (5) . Clonación Los últimos avances en la ciencia han permitido la clonación de mamíferos; creando la posibilidad de utilizar dichas técnicas de clonación en seres humanos. La clonación incluye la clonación terapéutica, específicamente la clonación de células madre individuales para producir una copia sana de un tejido u órgano enfermo para utilizarla en trasplante y la clonación reproductiva, es decir, la clonación de un mamífero existente para producir un duplicado de dicho mamífero. Los médicos deben actuar conforme a los códigos de ética médica de sus países respecto a la clonación y tener presente la legislación que regula esta actividad (5). Epigenética En 1939 Waddington definió la epigenética como el estudio de todos los eventos que llevan al desenvolvimiento del programa genético del desarrollo o el complejo proceso de desarrollo que media entre genotipo y fenotipo. Antes del surgimiento de la epigenética, la relación genes-ambiente era explicado bajo la visión de un determinismo genético. Ambas concepciones, epigenética y determinismo genético, tienen sus ancestros en los conceptos de epigénesis y preformismo que surgieron en los siglos XVII y XIX. Posteriormente, prevaleció la concepción de que tanto el desarrollo como el fenotipo estaban definidos casi exclusivamente por los genes. A comienzos del siglo XX la Ge- 6
  7. 7. nética era considerada la ciencia de la herencia y la Embriología la del desarrollo. Waddington trató de demostrar que ambas disciplinas estaban estrechamente ligadas entre sí y con la evolución, de manera que la explicación del desarrollo desde el genotipo al fenotipo tendría necesariamente que integrar el conocimiento de ambas ciencias (2 . En las últimas décadas, los planteamientos de Waddington han retomado una nueva perspectiva. Actualmente se reconoce el papel fundamental que el ambiente extranuclear, extracelular y social ejerce en la modulación de la actividad genética. Los modelos que sugieren que el fenotipo es la suma de los efectos de los genes y del ambiente, no dan respuesta total a la realidad. Se propone que los sistemas genéticos son dinámicos. Al respecto, diferentes investigadores han demostrado cómo el nivel socioeconómico modifica la heredabilidad del coeficiente intelectual de manera no lineal. Estos autores, a diferencia del planteamiento de otros, mostraron que en familias empobrecidas, 60% de la varianza en el coeficiente intelectual es atribuible al ambiente, por el contrario, en familias con alto nivel socioeconómico, 60% de la varianza es atribuible al potencial genético (2) . Un avance en la comprensión de la relación entre genes y ambiente se produjo con los descubrimientos de las bases moleculares epigenéticas que controlan la activación y silenciamiento de los genes. Holliday propuso por primera vez en 1987, el posible rol de la epigenética en la herencia de enfermedades1. Este científico distinguió funciones de los genes en dos niveles: primero, en la transmisión del material genético de generación en generación, lo que sería el campo de la genética; segundo, cómo ellos funcionan durante el desarrollo de un organismo desde la fertilización del óvulo hasta el adulto, lo que sería el campo de la epigenética (2). 7
  8. 8. INPORTANCIA DE LA EPIGENÉTICA EN EL CAMPO PROFESIONAL DEL AUTOR Es importante entender que gracias a la secuenciación del ADN ha sido posible abrir las puertas a la epigenética. Blumberg define la epigenética como los cambios en la expresión de los genes en el fenotipo sin cambios en la secuencia del ADN. Estos cambios son heredables, reversibles e involucran a la cromatina (3. Nutrición y dieta de la embarazada Numerosos estudios epidemiológicos longitudinales han mostrado que existe una asociación importante entre la condición nutricional de la embarazada y el desarrollo de retardo de crecimiento intrauterino. A mayor plazo, la desnutrición in útero predispone al niño a desarrollar en la vida adulta enfermedades crónicas degenerativas tales como hipertensión arterial, obesidad y diabetes mellitus (Hipótesis de Barker). Se han descubierto modificaciones epigenéticas como la metilación del ADN y modificaciones de las histonas. Hay evidencias que estos mecanismos pudieran ser las bases moleculares que explican la predisposición a estas enfermedades (2,3,6). También se ha observado bajo peso al nacer en niños de madres embarazadas expuestas a agentes químicos (7). Esto ha traído como consecuencia la vigilancia estrecha en la consulta de una adecuada ganancia de peso en la mujer embarazada, que por muchos años ha sido muy restringida, siempre en colaboración con el obstetra, quien es la persona que monitorea de manera directa a la embarazada y al producto. Maltrato y estrés materno Otro problema estudiado es la asociación entre el maltrato físico y/o emocional sufrido por la madre durante el embarazo y el retardo del crecimiento intrauterino. A largo plazo se ha visto que estos niños tienen una respuesta alterada al estrés, por fallas en la regulación del eje hipotálamo-hipófisis-adrenal, en particular con alteraciones en las respuestas autonómicas. Recientemente se ha estudiado además la asociación entre depresión materna prenatal y alteraciones en el eje hipotálamo-hipófisis-adrenal en niños, encontrándose que un mecanismo que explicaría las alteraciones en los niños es la metilación del gen NR3C1 (receptor de gluco-corticoides), el cual es sensible al estado anímico de la madre (2). En base a lo expuesto en este apartado, es importante educar a la embarazada de manera tal que procure en un ambiente con la mayor tranquilidad posible. He tenido un 8
  9. 9. paciente adolescente con este problema con el antecedente de alto estrés materno y depresión durante el embarazo. Obesidad Blumberg, señala la existencia de obesogenes, los cuales consisten en sustancias químicas promotoras de cambios epigenéticos que conducen a la obesidad. 9
  10. 10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El desarrollo de la genética a lo largo de la historia ha permitido comprender la influencia de los genes en la aparición y manifestación de muchas enfermedades. La epigenética ha ido un paso más allá, reconociendo la influencia del ambiente (llámese nutrición, por ejemplo) a la expresión de dichos genes en el fenotipo. El desarrollo de esta tecnología ha tenido un importante impacto en la sociedad, al permitir el desarrollo de la medicina con sus consecuentes aplicaciones prácticas. Existen evidencias de la asociación entre eventos prenatales, postnatales y enfermedades que se presentan tanto en el desarrollo precoz como en la vida adulta. Esto ha estimulado a investigar mecanismos epigenéticos que expliquen esta asociación así como la búsqueda de medidas de prevención y tratamientos sobre estos procesos, potencialmente reversibles. Se recomienda estar al tanto de los avances de las sucesivas investigaciones y conclusiones de esta novel ciencia, para lograr una mejora en la práctica profesional. 10
  11. 11. BIBLIOGRAFÍA 1. Mosby´s Dictionary of Medicine, Nursing and Health Professions, 2006. 7th edition. Elsevier. 2. Bedregal Bedregal P, Shand B, Santos MJ, Ventura P. Aportes de la epigenética en la comprensión del desarrollo del ser humano. Revisión. Rev Med Chile 2010; (138):366-72. 3. Blumberg B. Obesogens, Stem Cells and the Maternal Programming of Obesity. Review. Journal of Developmental Origins of Health and Disease 2011;(2)1:3-8. 4. Mahan LK, Escott-Stunp S. Krause. Dietoterapia, 2009. 12ª ed. Elsevier-MassonSaunders. 5. Declaración de la AMM sobre Genética y Medicina. Se consigue en: http://www.wma.net/es/30publications/10policies/g11/. Consultado el 03-102013. 6. Lehnen H, Zechner U, Haaf T. Epigenetics of gestational diabetes mellitus and offspring health: the time for action is in early stages of life. Mol Hum Reprod. 2013; 19(7):415-22. 7. Vidal A.C, Murphy SK, Murtha A.P, Schildkraut J.M, Soubry A, Hoyo C, et al. Associations between antibiotic exposure during pregnancy, birth weight and aberrant methylation at imprinted genes among offspring. Int J Obes 2013(37);7:907-13. Marta Suárez Argüelles 11

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