Tecnologías "ómicas"

El tema de hoy ha consistido en explicar qué son las tecnologías ómicas, así como repasar las distintas subdisciplinas que han surgido a raíz de esta técnica. El sufijo “-oma” proviene del latín y significa “conjunto de”. Por tanto, al añadir este sufijo a diferentes estudios en biología, se cubren los nuevos análisis a gran escala en los que se está enfocando la investigación actual: genómica, transcriptómica, proteómica, metabolómica, farmacogenómica o epigenómica. Las tecnologías ómicas no sólo tienen un importante impacto en el estudio de los procesos biológicos, sino también en la posibilidad de un diagnóstico y un tratamiento más preciso de las enfermedades. 

Figura extraída de Joyce AR and Palsson BO. The model organism as a system: integrating "omics" data sets. Nat Rev Mol Cell Biol 2006, 7:198-210. 

1. Las tecnologías ómicas se utilizan para realizar análisis a gran escala.

 
2. Aplicaciones y complicaciones de las subdisciplinas ómicas: genómica, transcriptómica, proteómica, metabolómica, farmacogenómica, epigenómica.

 
3. Conocer la metodología que se utiliza en cada subdisciplina ómica: secuenciación, microarrays, geles 2D, espectrometría de masas.

 
4. Tipos de análisis en proteómica.

 
5. Relacionar las metodologías ómicas con cada tipo de investigación.

 
6. Concepto y tipos de información epigenética.

¿Qué tienen en común Watson y Crick y Salvador Dalí?

Respuesta: La estructura de doble cadena del DNA. El descubrimiento de Watson y Crick dejó impactado al artista catalán Salvador Dalí. Fascinado por la estructura espiral del DNA como forma básica de la vida, la incluyó en muchos de sus cuadros.

La revista Nature publicó una carta en 2003 titulada "Dalí y la doble hélice": Guardiola E and Baños JE. Dalí and the double helix Nature 2003, 423:917. Podéis acceder al artículo en el siguiente link.

Cuando trabajamos en un laboratorio de investigación tenemos que tener en cuenta que existen ocasiones en las que cuesta y no es fácil llegar a obtener los resultados que estamos buscando. Las técnicas de biología molecular son laboriosas y hay que ser muy preciso a la hora de realizar todas los pasos, desde la extracción del DNA hasta la reacción de secuenciación o el análisis e interpretación de los resultados. En el siguiente vídeo, podemos ver como en el laboratorio de la famosa serie CSI Las Vegas obtienen los resultados en segundos mientras que realizar esas técnicas de forma adecuada puede llevar horas e incluso días, en una situación experimental habitual.

PARA PRACTICAR...

1. Explica la diferencia entre genes constitutivos y genes de expresión diferencial.

2. ¿Son correctas estas afirmaciones?

a) Las histonas no acetiladas facilitan una cromatina más condensada, transcripcionalmente inactiva.

b) Las histonas acetiladas facilitan una cromatina menos condensada, transcripcionalmente activa.

3. Buscando el Abstract (PubMed) de los siguientes artículos, ¿podrías decir qué tecnología ómica y qué metodología se ha empleado?

a) Lee SJ et al. Identification of Pro-Inflammatory Cytokines Associated with Muscle Invasive Bladder Cancer; The Roles of IL-5, IL-20, and IL-28A. PLoS One. 2012

b) Sepiashvili L et al. Potentially Novel Candidate Biomarkers for Head and Neck Squamous Cell Carcinoma Identified Using an Integrated Cell Line-based Discovery Strategy. Mol Cell Proteomics. 2012

c) The Esophageal Adenocarcinoma Genetics Consortium; The Wellcome Trust Case Control Consortium 2. Common variants at the MHC locus and at chromosome 16q24.1 predispose to Barrett's esophagus. Nat Genet. 2012

Respuestas

1. Los genes constitutivos se expresan continuamente en la célula. Definen la peculiaridad del tipo celular, pueden ser comunes o no con células de otros tipos y codifican proteínas que están siempre presentes en la célula, sean muy abundantes o minoritarias. La expresión de los genes de expresión diferencial cambia en respuesta a señales (procedentes del interior o del exterior de la célula), tales como variación en la concentración de metabolitos, de nutrientes, de biomoléculas extracelulares (hormonas), variación en las condiciones ambientales (temperatura), o señales relacionadas con la situación de la célula en espacio y tiempo (desarrollo, diferenciación). Las proteínas que codifican aparecen en la célula sólo bajo determinadas condiciones o momentos, o si están presentes continuamente, su cantidad varía en gran medida en respuesta a la señal.

2. a) Verdadera. b) Verdadera

3. a) Transcriptómica. cDNA microarrays. b) Proteómica. Espectrometría de masas. c) Genómica (GWAS). Secuenciación

1. El Genoma Humano tiene unos 3500 millones de letras. Si fuera un libro y se pudieran leer 10 letras por segundo, se tardarían 11 años en leer el texto.

2. ¿Puede almacenarse la información del genoma humano (su secuencia de nucleótidos) en un solo CD-ROM?

Datos: tamaño del genoma haploide = 3,3x10exp9  pb; capacidad de un CD-ROM: 650 Mb, con 1 Mb = 106 bytes = 8x10exp6 bits o unidades de información (valor cero/uno).

Respuesta: Dado que hay 4 bases posibles, se necesitan 2 bits para especificar cada posición en la secuencia (A= 00, T= 01, C= 10, G= 11). Para los 3,3x10exp9 nucleótidos de una de las hebras de DNA, harán falta 6,6x10exp9 bits (1 byte/8 bits) = 8.25x10exp8 bytes = 825 Mb.

(La información contenida en la otra hebra de DNA está definida por la secuencia de la primera, no es necesario almacenarla).

Es decir, no basta con un CD-ROM, se necesitarían dos CD-ROM para almacenar la secuencia del genoma humano haploide. Teniendo en cuenta, además, que las células somáticas son diploides y las dos copias (de origen paterno y materno) no son exactamente idénticas, el genoma completo de un individuo en particular requeriría 1650 Mb, es decir, 3 CD-ROMs.

3. ¿Cuánto pesa el DNA de una célula humana? ¿Y el del cuerpo humano completo?

Datos: La longitud del genoma haploide es de 3,3x10exp9 pb. El peso de un par de nucleótidos es de 10exp-21 gramos. El cuerpo humano tiene alrededor de 2 billones de células.

Respuesta: (10exp-21 g/pb) x (3,3x10exp9) = 3,3x10exp-12 g = 3,3 pg. Como una célula somática es diploide, tiene el doble de esa cantidad, es decir, 6,6 pg.

El DNA de todo el cuerpo humano pesará (6,6x10exp-12 g/cél) x (2·10exp12 cél) = 13,2 g

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