Genética Veterinaria

GENÓMICA FUNCIONAL

  La geonómica funcional tiene como objetivo la caracterización del proteoma, esto es el conjunto completo de genes que determinan proteínas en un genoma, y de la caracterización de los patrones de expresión génica.

  La geonómica funcional parte de la información proporcionada por la secuenciación a gran escala llevada a cabo en los proyectos genoma y dispone de numerosas estrategias para identificar el conjunto de genes funcionalmente activos, entre ellas la utilización de chips de ADN en los que se ubican muestras de ADNc conocidos de diferentes genes que posteriormente se exponen a ARNm total aislado de las células o tejido que nos interese. El resultado permite conocer qué genes se expresan en un tejido concreto, en cualquier fase del desarrollo o en cualquier situación ambiental. Esta tecnología de microchips permite ya hoy disponer en una pequeña superficie de pocos centímetros de hasta 400.000 sondas de ADN que pueden ser hibridadas con miles de ARNm provenientes de un tejido determinado o de una célula sometida a diferentes ambientes, lo que resulta de gran utilidad en el análisis de la expresión génica. Esta estrategia masivamente utilizada ha permitido identificar genes a partir de colecciones de secuencias denominadas ESTs (marcadores de secuencias expresadas). Aunque en la actualidad la información disponible de estos marcadores en las especies de animales domésticos es significativamente más reducida,unas 200.000 en bovino o 65.000 en porcino, en comparación con la especie humana en la que existen casi 4 millones de ESTs depositados en bases de datos de acceso público, constituyen un buen punto de partida para posicionar genes de interés o definir conjuntos de genes o proteínas que son importantes en la determinación de caracteres de interés económico.

En otras ocasiones el análisis de la secuencia de ADN nos revela la presencia de genes que no han sido asociados a ningún fenotipo concreto y una estrategia para su caracterización es su disrupción (alteración de la secuencia de tal manera que el producto que origina es inactivo) mediante procedimientos de knocking-out, es decir, ‘poner fuera de combate’ a los genes, el análisis posterior de posibles fenotipos alterados nos puede permitir conocer la función de esos genes. Este fue el caso que permitió conocer la secuencia del gen responsable de la hipertrofia muscular cuando McPherron y colaboradores en 1997 produjeron un ratón knock-out para el gen GDF-8 (Factor 8 de Diferenciación y Crecimiento) y resultó que la inactivación de ese gen daba lugar a ratones con un fenotipo parecido al que aparecía en los ejemplares de la especie bovina con hipertrofia muscular. Propuesto este gen, posteriormente denominado gen mstn, como el candidato para ese fenómeno se evidenció que su disrupción daba lugar a la hipertrofia muscular bovina.

  Aunque durante la exposición hemos puesto el énfasis en aquellos aspectos veterinarios más relacionados con la producción animal, nuestro campo de trabajo, es fácil extender estas aplicaciones a otros campos veterinarios como el de la sanidad o la farmacología.

  La geonómica funcional, con la posibilidad de utilización de chips de ADN, empieza a permitirnos vislumbrar el conjunto de genes de cada uno de los agentes patógenos que son necesarios para que se produzca la infección y que están implicados en la virulencia y en la resistencia a los antibióticos. Es factible, teóricamente, la fabricación de un chip de ADN que contenga todas las secuencias codificantes de los patógenos más importantes que afectan a los animales, lo que permitiría diagnósticos enormemente rápidos. Otras consecuencias de la disponibilidad de las secuencias de los genomas son el desarrollo de nuevas vacunas gracias a la identificación de dianas específicas y el diseño de nuevos compuestos antimicrobianos gracias a la posibilidad de identificar, mediante métodos masivos de búsqueda, proteínas esenciales para los procesos de viabilidad celular. Hasta el desarrollo de la geonómica constituía un enorme esfuerzo trabajar sobre unas pocas decenas de dianas, hoy existe la posibilidad de trabajar con decenas de miles de dianas.

   En relación con estos últimos comentarios también existe la visión desde la perspectiva del hospedador: el incremento del conocimiento del genoma (humano o de animales domésticos) nos permitirá comprender el proceso infeccioso; el empleo de chips de ADN hará posible analizar la cascada de sucesos que ocurren en la célula animal después de haber sufrido la invasión del patógeno (o de la acción de la molécula tóxica) conjuntamente con lo que ocurre en el patógeno mismo. Estos análisis nos permitirá identificar nuevas proteínas implicadas en tales procesos y diseñar nuevas vacunas y productos antimicrobianos.

La utilización de la tecnología de microchips de ADN previsiblemente tendrá también un enorme impacto en farmacogenómica (estudio de la expresión génica diferencial a los medicamentos) y en toxicogenómica (estudio de la influencia de productos tóxicos en la expresión génica de diferentes tejidos).

No debemos olvidar uno de los factores limitantes en el desarrollo tanto de la geonómica estructural como de la geonómica funcional que es el manejo de la ingente cantidad de información que se necesita procesar, ordenar, filtrar, interpretar, etc que requiere cientos y miles de ordenadores y robots con programas que permitan la automatización de gran parte de los procesos implicados en la geonómica. El ensamblaje de todos los fragmentos secuenciados de cualquier genoma animal implica miles de millones de búsquedas y alineamientos de secuencias no siendo estas tareas de las que pudieran ser consideradas como complejas. En la última etapa de la secuenciación del genoma humano participaban más de 2.000 investigadores distribuidos por 24 laboratorios que realizaron más de 50 millones de reacciones de PCR de manera que cada pareja de nucleótidos, por término medio, se secuenció 9 veces, es fácil imaginar el enorme volumen de información generado.

Por último, no quisiera finalizar esta conferencia sin hacer una reflexión sobre las implicaciones de la revolución geonómica en la guerra biológica y actividades de bioterrorismo, sobre todo después de los hechos que ocurrieron en EEUU el pasado 11 de septiembre poniendo de manifiesto que una amenaza que afecte a miles o millones de personas es posible que se materialice.

Resulta evidente que las armas biológicas tienen una serie de ventajas frente a las convencionales: son fáciles de producir, el material de partida, bacterias, virus o plásmidos fáciles de obtener en cualquier laboratorio, la existencia de bases públicas de información geonómica en las que se pueden encontrar listas de genes implicados en la patogenicidad, virulencia o en la resistencia a los antibióticos permiten la posibilidad de elegir las combinaciones más letales. De esta manera, todas los esfuerzos en geonómica presentados anteriormente como prometedores desde una perspectiva de progreso, pueden ser también observados desde su lado oscuro y de las posibilidades que ofrece para el desarrollo de una nueva clase de armas de destrucción masiva, difíciles de detectar, mitigar  y de tratar: los patógenos modificados genéticamente. Necesitamos tomar más en serio la Convención sobre Armas Biológicas y Tóxicas y desarrollar programas específicos sobre la amenaza de las armas biológicas.

La comunidad científica tiene que implicarse más, de tal manera que la utilización de estas armas biológicas resulte inútil además de éticamente inaceptables.

Un aspecto relevante en la investigación geonómica es la necesidad de elevados recursos económicos. Resulta evidente que estos serán siempre más abundantes en geonómica humana que en geonómica animal. Pero existe una importante propiedad entre los genomas en general y particularmente entre los genomas de mamíferos, la homología, que nos va a permitir un importante incremento del conocimiento del genoma de las diferentes especies de animales de interés veterinario gracias al análisis comparado con genomas mucho más desarrollados como el del ratón o el propio genoma humano.

  Como conclusiones proponemos las cuestiones de mayor trascendencia que durante los próximos 50 años serán respondidas o explicadas de una manera funcional o absoluta:

  La obtención de la estructura primaria de una proteína es en la actualidad inmediata a partir de la secuencia de ADN. Si embargo, no es posible actualmente predecir cual será su estructura terciaria, de la que depende su actividad biológica. Sabemos que diferentes secuencias de aminoácidos pueden originar patrones de plegamiento similares y que la estructura proteíca está más conservada a lo largo del proceso evolutivo que su secuencia aminoacídica. Por lo tanto un catálogo de estructuras básicas podrá permitir en el futuro deducir la estructura de nuevas proteínas.

  El grado de conocimiento logrado a través de las secuencias completas de varios organismos nos permitirá conocer los elementos esenciales implicados en la vida de una célula y, posiblemente, estaremos en condiciones de obtener nuevos organismos sintetizando ADN para producir un genoma inventado que produce proteínas inventadas.

  Dentro de 50 años cuando todos los genes implicados en los procesos básicos estén descritos, así como sus interacciones, será posible utilizar modelos informáticos para predecir como se comporta el organismo ante una sustancia potencialmente tóxica o para desarrollar nuevos medicamentos para determinados procesos patológicos.

  Dentro de 50 años será posible dar el paso del nivel celular al más complejo de los organismos como los mamíferos, lo que implicará entender la actuación de familias y grupos completos de genes, el comportamiento de los diferentes productos génicos dependiendo del tejido o del estado de desarrollo del organismo. La obtención de genomas completos de otros organismos facilitará, a través de la comparación entre especies, la identificación de patrones de desarrollo universales, lo que nos proporcionará un conocimiento más profundo de los circuitos que se han modificado para llevar a cabo los diferentes programas de desarrollo.

  Los sistemas sanitarios estarán completamente infiltrados por el desarrollo de la geonómica que nos proporcionará el conocimiento de los mecanismos moleculares implicados en los procesos patológicos, la capacidad para prevenirlos y el diseño de tratamientos precisos y personalizados. En los próximos años existirán pruebas genéticas para predecir la susceptibilidad a las enfermedades y en el plazo de los 50 próximos, muchas de las enfermedades serán tratadas en su nivel molecular incluso antes de que hagan su aparición, y la terapia génica y los medicamentos se diseñarán para tratar genes concretos en individuos concretos lo que hará a esa terapia más precisa y eficiente.

  Para finalizar, no debemos olvidar los numerosos aspectos sociales, éticos y morales que se ven implicados como consecuencia de los avances de la geonómica. La reacción de los individuos, familias y sociedad a esta explosión del conocimiento sobre el patrimonio genético de la vida sobre nuestro planeta será una cuestión cuya respuesta puede tener un gran impacto sobre los avances previstos.