1 NCHPEG Principios de Genética para Profesionales de la Salud

NCHPEG
Principios de Genética para Profesionales de la Salud
Junio del 2004
Introducción
La publicación de la NCHPEG titulada Conceptos Básicos en Genética para los
Profesionales de la Salud (Enero del 2001) sigue siendo una referencia útil para
un grupo grande de personal de salud dedicado al desarrollo de iniciativas
educativas en el área de la genética médica. El presente documento titulado
Principios de Genética para Profesionales de la Salud, es una respuesta
detallada relacionada con los contenidos básicos que deberían ser incluidos en
actividades educativas relacionadas con la genética médica. Estos Principios se
localizan primariamente en áreas de ciencias básicas relativas a la genética.
Tópicos relacionados con los aspectos prácticos aplicables a los pacientes
concretos serán desarrollados posteriormente.
Esperamos que estos principios sirvan para desarrollar los contenidos de
clases, cursos, grupos de discusión o cualquier otra actividad educativa
vinculada a la genética. Desde ya, cada profesional elegirá los contenidos, la
forma y los métodos de acuerdo al tipo de audiencia con la que trabaje.
Agradecemos desde ya cualquier sugerencia o comentario relacionada con
estos contenidos. Por favor, envíe sus comentarios a [email protected].
A. Principios relacionados con la diversidad biológica
1.
La genética básicamente estudia las variaciones biológicas hereditarias.
2.
La genética en el marco de la salud se refiere al impacto que estas variaciones tienen sobre
la salud de los pacientes
3.
La biología molecular estudia la estructura y función de las macromoléculas como los
ácidos nucleicos y las proteínas.
4.
“Genomics” es el estudio de la composición genética de los individuos (genoma)
5.
“Proteomics” es el estudio de la estructura y función de las proteínas codificadas
en los genes que componen el genoma.
6. Las variaciones genéticas individuales son las responsables de la variabilidad molecular y
bioquímica de los individuos. Esta variabilidad se debe en parte a la composición variable de
la secuencia del ADN. Y por ende de la composición de las bases que lo componen.
1
7.
8.
Las mutaciones son otro factor agregado que puede aumentar la variabilidad. Sin
embargo, no todas las mutaciones poseen significado biológico. Algunas pueden ser
deletéreas, otras pueden ser neutras y algunas pueden conferir ventajas evolutivas. Sin
variación y sin mutaciones no habría diversidad y consecuentemente no habría evolución.
Estos principios ayudan a entender la aparición de bacterias resistentes a los antibióticos,
así como las obvias diferencias entre los seres humanos.
Las variaciones en los seres humanos son el resultado de la interacción entre los genes y
el medio ambiente, las cuales varían entre personas en forma, cantidad y a lo largo del
tiempo. Las variaciones tienen una expresión molecular en las secuencias diferentes de
amino ácidos en las proteínas y en consecuencia en la estructura y función de las
mismas. Ellas también se manifiestan en la enfermedad, la cual desde este punto de vista
podría verse como un disbalance en la relación homeostática normal entre el genoma y el
medio ambiente. Desde esta perspectiva, la genética y el estudio del genoma formarían
las bases científicas del conocimiento necesario para la educación de los proveedores de
la salud.
9. No existe un tipo fijo – un individuo arquetípico – en ninguna especie incluyendo al Homo
sapiens. Una especie esta compuesta por una población de individuos únicos los cuales
varían en cada una de sus cualidades. Estas incluyen sus rasgos, su metabolismo, sus
respuestas inmunes, su estructura y su comportamiento. Todas estas cualidades, por
extensión, modificarán la expresión de la enfermedad en cada individuo.
10.
No existen límites genéticos definidos entre poblaciones alrededor del mundo y en realidad
existe mayor variabilidad genética dentro de un mismo grupo que entre grupos. Desde este
punto de vista es completamente irracional e insostenible usar esta información para
separar o clasificar razas considerando su apariencia (fenotipo).
11. El genotipo para una determinada característica es el gene o genes asociado con esa
característica. La expresión de estas características sé realice a través de los productos del
gen que interactúan con el medio ambiente. Los mecanismos generales se expresan
durante el desarrollo, la madurez y la vejez.
12. Algunas características (rasgos) humanos, incluyendo las enfermedades, resultan
esencialmente de la acción del producto de un gen en particular. Otras, incluyendo la
mayoría de las enfermedades comunes (p.ej. diabetes, hipertensión),resultan de la
interacción de los productos de varios genes y el ambiente. Estas interacciones varían en el
tipo, la duración y la intensidad a lo largo del tiempo.
13. El desarrollo de las enfermedades se puede entender a lo largo de tres períodos diferentes,
aunque complementarios: a) la historia evolutiva de nuestra especie – en el sentido
biológico y cultural -, la cual ha dado origen al genoma humano común a todos; b) la
historia evolutiva individual de cada persona que resulta de la interacción de los genes
y el medio; y c) la expresión actual de la enfermedad que resulta de la suma de los
2
factores previos mas la interacción con factores específicos del momento.
13. La frase, “el gen para”, como en el caso “el gen para la fenilcetonuria” puede generar
interpretaciones confusas. Puede implicar erróneamente que solamente factores genéticos
son responsables de la enfermedad, dejando de lado las influencias del medio ambiente. La
frase también puede sugerir que solo un gen es responsable de la enfermedad cuando en
realidad mas de un gen puede ser el responsable o distintas variantes del mismo gen
pueden estar involucradas (heterogeneidad genética y de locus. Los grupos sanguíneos y
las variantes de hemoglobina son buenos ejemplos de heterogeneidad.
14. La provisión de servicios de Saluda basada en los avances de la genética, la cual incluye
el estudio del genoma, se encuentra en una situación privilegiada desde el punto de vista
de la prevención ya que estos conocimientos permiten analizar la interacción de los
factores genéticos y del medio ambiente en un paciente en particular. Los cuidados
basados en la genética se localizan primariamente en el individuo y no en la enfermedad
en sí. La pregunta clave es “porqué esta persona padece esta enfermedad en este
momento de su vida?”. Este tipo de cuidado reconoce la importancia de las variaciones
individuales desde el punto genético, así como la historia personal del paciente sumadas
a las influencias del medio ambiente, todo lo cual se conjuga para generar un
determinado fenotipo que de alguna manera es la versión personal de una determinada
enfermedad para un paciente particular.
B. Principios relacionados con la biología celular
1.
La teoría celular clásica sostiene que cualquier tipo de vida está basada en la célula y que
todas las células provienen de una célula original.
2.
Las células pasan normalmente por una serie de etapas funcionales conocidas como ciclo
celular. El ciclo celular, que incluye los procesos que llevan a la división de la célula, se
encuentra bajo control genético. El cáncer, según esta teoría, resultaría de defectos en el
ciclo celular. Debido a que estos defectos usualmente ocurren al nivel de los genes de
las células somáticas, se suele decir que el cáncer es una enfermedad genética. Sin
embargo como no todas las células germinales poseen los defectos, no todos los
cánceres son hereditarios.
3.
La división celular produce nuevas células.
4. La mitosis, un tipo de división celular, asegura la continuidad del material genético
de una generación a la siguiente. La células somáticas contienen 46 cromosomas (el
número diploide): 22 pares de autosomas y un par sexual (X y Y).
Las células germinales humanas, ovocitos y espermatozoides, contienen 23
cromosomas (el número haploide). Un tipo especial de división celular – la meiosis –
ocurre en la línea germinal. La meiosis posee dos efectos biológicos principales:
reduce el número de cromosomas a 23 y aumenta la variabilidad genética a través de la
3
segregación independiente y a través del intercambio del material genético entre los
cromosomas homólogos (entrecruzamiento. Defectos en el mecanismo de la meiosis
pueden resultar en anormalidades en el número estructura de los cromosomas.
6.
El Homo sapiens y otros animales, los hongos, y las plantas poseen núcleos en sus
células en los cuales se encuentran los cromosomas. Los cromosomas están compuestos
por proteínas y ADN, el cual posee la información genética.
7.
Las células humanas poseen mitocondrias. Las mitocondrias poseen su propio ADN
(aparentemente como vestigio de ancestros de vida independiente). Este ADN posee
información para una serie de proteínas útiles para las células. Mutaciones en el ADN
mitocondrial son potenciales causas de enfermedades humanas.
C. Principios relacionados con la Genética Clásica (Mendeliana)
1.
Nuestro conocimiento sobre el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis,
permite realizar predicciones relacionadas con el genoptipo de una generación a la
siguiente.
2.
Algunos rasgos (características) se heredan siguiendo un patrón autosómico dominante.
Otros lo hacen siguiendo un patrón autosómico recesivo. Finalmente, algunos
relacionados con el cromosoma X lo hacen siguiendo un patrón especial denominado
ligado al sexo.
3.
Los rasgos o característica son dominantes o recesivos. Los genes no lo son. Si bien es
común referirse a los genes como dominantes o recesivos, estrictamente hablando es un
concepto erróneo y debería dejar de usarse.
4.
Las aberraciones en el comportamiento de los cromosomas durante la meiosis pueden
resultar en anomalías numéricas que pueden tener serias consecuencias en el desarrollo y
en el crecimiento. Algunas de estas alteraciones son más comunes en los hijos de madres
añosas. Otros son más comunes durante la formación de los espermatozoides. La
mayoría de las aberraciones cromosómicas pueden detectarse prenatalmente. Estas
alteraciones son responsables de un número importante de muertes fetales, en menor
medida de mortalidad infantil.
5.
Nuestros conocimientos sobre el comportamiento de los genes en las poblaciones
permiten realizar predicciones acerca de la presencia de genes específicos en una
determinada población y por lo tanto realizar estimaciones de la frecuencia de los
distintos fenotipos relacionados con estos genes.
6.
Las últimas dos décadas ha mostrado una explosión en el entendimiento de formas no
tradicionales de herencia ( no mendelianas) ayudando a comprender observaciones
inexplicables. Estos mecanismos incluyen impronta genómica, repeticiones de
trinuclótidos y epigénesis.
4
D. Bases moleculares de la genética
1.
El ADN y el ARN son moléculas biológicas que poseen información codificada en forma
digital. Este sistema de codificación es el código genético.
2.
El ADN es la molécula primaria con información biológica común para casi todas las
formas de vida en la tierra. Este hecho es un indicio de la continuidad de la vida a lo
largo de la evolución.
3.
El ADN por si mismo es incapaz de realizar mucho. Es el sistema de almacenamiento de
la información genética, pero necesita de las proteínas para poner la información en
acción. La trascripción y la traducción de la información contenida en el ADN se
realizan con la ayuda de mecanismos celulares que emplean proteínas. Las proteínas
participan en las funciones de los órganos y sistemas del cuerpo. Las propiedades que
estas proteínas poseen difícilmente puedan ser entendidas o predichas utilizando la
información contenida en el ADN sin la ayuda de conocimientos adicionales.
4.
La estructura del ADN es la base para su propia duplicación. Esta se realiza
habitualmente con gran precisión lo cual es crítico para la transmisión fidedigna de la
información de una célula a la siguiente generación y de organismo en organismo entre
generaciones sucesivas.
5.
De vez en cuando durante la duplicación del ADN se producen errores. Las células
poseen mecanismos que previenen y corrigen estos errores. De hecho muchos de estos
mecanismos se han conservado desde bacterias hasta el hombre. Cuando los mecanismos
de control fallan las mutaciones se producen. Algunas permanecen y son la base de los
cambios evolutivos.
6.
En la mayoría de los sistemas biológicos el flujo de la información sigue el siguiente
flujo: ADNàARNàproteínas. Los procesos involucrados son: duplicación del ADN,
trascripción del ADN en ARN y traducción del ARN mensajero en proteína.
7.
El ADN es susceptible de padecer errores causados por agentes del medio ambiente
como la radiación y ciertas sustancias químicas. Este daño progresivo del ADN a lo
largo de la vida contribuye de alguna manera al envejecimiento y a la generación del
cáncer. Los errores que se generan en los testículos y los ovarios y que involucran las
líneas germinales no son siempre correctamente reparados. Si estos errores persisten de
una generación a la siguiente, cambios evolutivos pueden ser posibles.
8.
Un gen es un segmento de ADN. Algunos genes poseen información para proteínas
estructurales (p.ej. colágeno) y otros para enzimas (p.ej. lactasa). Otros genes poseen
5
funciones regulatorias las cuales son importantes para el control normal del desarrollo
embrionario y para el adecuado funcionamiento celular.
9. Los genes ocupan lugares específicos en los cromosomas (los loci). Un gen puede tener 2
o más formas alternativas llamadas alelos, pero solamente un alelo al mismo tiempo puede
ocupar un solo locus.
10. En sentido estricto las interacciones entre el ambiente y los genes son en realidad
interacciones entre las proteínas (los productos de los genes) y el ambiente.
E.
Principios relacionados con el desarrollo
1.
Durante la vida los humanos pasan por tres fases básicas, el desarrollo que incluye la
etapa embrionaria y la postnatal hasta alcanzar la madurez, la madurez y finalmente el
envejecimiento. El pasaje de una etapa a la otra es un proceso continuo y en líneas
generales, excepto por el nacimiento, es difícil decir cuando una etapa termina y la
siguiente empieza.
2.
Aunque todos los seres humanos pasan por todas las etapas, existen diferencias
individuales en el ritmo con que los cambios ocurren.
3.
El desarrollo embrionario comienza con la unión del espermatozoide y el ovocito II.
Este evento reestablece el número diploide de cromosomas de la especie e inicia una
serie de complejos cambios que llevan al aumento del número de células así como la
complejidad de las mismas lo cual permite el desarrollo de los tejidos, de los órganos y
sistemas y finalmente del organismo completo.
4.
El desarrollo embrionario se encuentra bajo control genético. Este se realiza a través de
la activación e inactivación selectiva de los genes en tiempos y lugares específicos a lo
largo del desarrollo.
5.
El desarrollo, por otro lado, no es solamente el resultado de la acción de los genes.
Involucra la interacción de los genes con otros genes, con el ADN mitocondrial, con
factores reguladores así como la acción coordinada de mecanismos celulares como la
comunicación, migración, etc. Las interacciones de todos estos factores con el
cambiante medio ambiente son también parte del proceso del desarrollo. La variabilidad
de todos estos procesos, dentro de cierto rango de normalidad, hace posible la
diversidad entre los individuos, la cual por otro lado es una característica distintiva de
los seres vivos.
6.
Los genes homeóticos, dentro de los genes involucrados con el desarrollo, parecen ser
6
claves para el desarrollo normal ya que juegan un papel central en el establecimiento
del plan general del desarrollo. Estos genes han sido conservados a través de la escala
biológica incluyendo gusanos, moscas, ratones y humanos entre otros. La ubicación
topográfica en los cromosomas esta conservada lo cual resalta el valor clave de estos
genes. Estas propiedades han permitido que estudios en otras especies pueden de
alguna forma ser utilizados para entender mejor el desarrollo humano.
7.
Los logros del Proyecto de Genoma Humano a través del secuenciamiento del ADN,
han posibilitado, y lo seguirá haciendo en el futuro, un entendimiento mas acabado de la
estructura, función y regulación de los genes. De la misma forma el estudio de las
proteínas involucradas con el desarrollo mejorara nuestra comprensión de los
mecanismos involucrados en la creación de un nuevo individuo.
8.
Los cambios evolutivos que llevan al desarrollo de una nueva especie, están sin dudad
relacionados con la partición de cambios en durante el desarrollo embrionario. Estos
cambios son usualmente infrecuentes y muy raros, pero de vez en cuanto permiten el
surgimiento a especies nuevas. La mayoría de los cambios no son muy drásticos de lo
contrario serían no tolerados por el embrión y el desarrollo no sería viable.
9.
La acción de factores ambientales tales como radiaciones, drogas o toxinas pueden
interferir con el desarrollo normal produciendo la muerte del embrión o generando
distintos tipos de malformaciones. El uso de diversas tecnologías permite hoy en día
detectar prenatalmente estas alteraciones.
10.
A diferencia de otras especies en las cuales los recién nacidos ya están maduros, el
desarrollo del Homo sapiens continúa a lo largo de la infancia y la juventud es
extendida. Esta característica presupone un cuidado muy particular e intensivo por parte
de los padres y por otro lado expone al nuevo individuo a las potenciales agresiones del
medio ambiente las cuales pueden interferir con el desarrollo.
11.
Los cambios se suceden a lo largo de la vida en la madurez y en el envejecimiento.
Estos cambios están condicionados por la etapa previa y a su vez son la base para la
etapa subsiguiente.
12. Algunas enfermedades que se manifiestan a partir de la madurez o inclusive en la vejez
tienen su origen en cambios que ocurrieron previamente en la historia evolutiva del
individuo.
F.
Principios relacionados con las nuevas tecnologías de la genética
1.
Los avances de la tecnología hacen posible que los genes puedan ser analizados y
modificados en formas totalmente impensadas en el pasado reciente.
7
2.
3.
4.
estas tecnologías permiten actualmente identificar, aislar y probar el funcionamiento de
genes involucrados con las enfermedades. Es también posible realizar el mismo análisis
para rasgos genéticos sin real significado clínico o por lo menos sin evidencia concreta
del mismo. .
Al igual que otras tecnologías, las utilizadas en genética pueden funcionar mal, dar
falsos resultados, ser utilizadas de manera deshonesta e inclusive ser utilizadas en
contra de los pacientes por terceras partes interesadas en ello.
El crecimiento de las tecnologías relacionadas a la genética y la nueva información
generada son poderosas herramientas para la comprensión de los factores genéticos
relacionados con la salud humana tanto desde el punto de la investigación básica como
de las aplicaciones clínicas. Finalmente es importante mencionar que esta misma
tecnología y sus alcances trae aparejados reales riesgos relacionados con el uso indebido
de la información genética generada por las mismas.
Desarrollado por:
Joseph D. McInerney, MA, MS
Director Ejecutivo, NCHPEG
y
Barton Childs, MD
Profesor Emérito de Pediatría
The Johns Hopkins School of Medicine
Revisado por el grupo de trabajo y educación de la NCHPEG’s
Traducido por Alejandro Iglesias, MD
Divison of Genetics, Department of Pediatrics
Beth Isarel Medical Center, New York
8