Biología molecular básica en investigación biomédica

Hitos de la biología molecular

 Aunque los mayores avances en ingeniería genética se han producido en las últimas 6 décadas, la historia de la biología molecular comienza realmente a finales del siglo XIX con las investigaciones de Darwin y Mendel. En su libro “El origen de las especies”, Charles Darwin explicaba la selección natural suponiendo una “herencia mezclada” en los seres vivos con reproducción sexual, es decir, suponiendo que los caracteres parentales se mezclan en los hijos. El monje austriaco Gregor Mendel demostró que las unidades de la herencia determinantes de los caracteres no se mezclan, sino que mantienen su individualidad, transmitiéndose independientemente a la descendencia. Más tarde llamaríamos genes a las unidades de la herencia de Mendel. Años más tarde, Friedrich Miescher consiguió aislar de los núcleos de las células una sustancia ácida, que él denominó “ácidos nucleicos” y hoy conocemos como ADN.

En 1953, el Dr. James Watson y el Dr. Francis Crick dedujeron la estructura tridimensional del ADN en forma de doble hélice, basándose en estudios previos de difracción de rayos X de la Dra. Rosalind Franklin.  Los Dres. Watson y Crick recibieron el premio Nobel de Medicina en 1962 por estos hallazgos, pero la labor científica de la Dra. Franklin no fue reconocida. En la imagen de la derecha, podemos observar la representación esquemática de la doble hélice de ADN diseñada por Watson y Crick, que fue publicada en la revista Nature en 1953. 

El segundo gran hito de la genética en el siglo XX fue el inicio de la secuenciación del genoma humano. El 15 de febrero de 2001 se publicó simultáneamente en las revistas Nature y Science el mapa provisional del genoma humano. La secuencia completa del genoma humano se publicó en el año 2003. 

 

Nuevo reto de la biología molecular: proyecto ENCODE

El proyecto ENCODE (acrónimo de ENCyclopedia Of DNA Elements) es un proyecto financiado por el National Human Genome Research Institute. Este proyecto ha obtenido una imagen muy detallada de todas las regiones de transcripción, sitios de unión de factores de transcripción, así como lugares de modificaciones de histonas y estructura de la cromatina en la secuencia del genoma humano. Estos datos han permitido asignar funciones bioquímicas al 80% del genoma humano, en particular a regiones no codificantes. En el enlace del proyecto ENCODE, se muestran los hallazgos obtenidos en relación con la organización y regulación de los genes.

La identificación de estos nuevos elementos del genoma muestra una asociación con regiones del genoma asociadas a enfermedades, abriendo nuevos horizontes en la investigación biomédica como se muestra en el siguiente vídeo:

 

El principio fundamental de la genética molecular consta de tres procesos principales: la replicación del ADN, la transcripción del ARN y la traducción a proteínas. A continuación, se exponen, a grandes rasgos, las técnicas moleculares básicas utilizadas en investigación biomédica.

Técnicas moleculares para el estudio de ADN:

• Anomalías cromosómicas numéricas: cariotipo.
• Análisis de anomalías cromosómicas estructurales: FISH.
• Detección de mutaciones: RFLP.
• Estudio de la función génica: animales transgénicos.

 Técnicas moleculares para el estudio de ARN:

• Conversión de ARN en ADNc: retrotranscripción.
• Análisis de la expresión génica: PCR convencional, PCR en tiempo real y microarrays.

 Técnicas moleculares para el estudio de proteínas:

• Cuantificación de proteínas: ELISA, western-blot, proteómica.
• Localización de proteínas: inmunohistoquímica.
• Estudio de la función proteica: tratamiento en cultivos, inoculación en animales de experimentación y en humanos.

Juego: complete el siguiente crucigrama sobre Biología Molecular utilizando una letra en cada casilla.

HORIZONTALES:

1. Técnica de biología molecular que permite el estudio de proteínas a gran escala.
2. Científica inglesa cuyos descubrimientos sirvieron de base para describir el modelo de la doble hélice de ADN.
3. Bioquímico estadounidense inventor de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
4. Bioquímico y biólogo molecular español galardonado con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina por su descubrimiento de los mecanismos de síntesis de ARN y ADN.
5. En sentido contrario, anglicismo para denominar a la molécula de ARN que suprime la expresión específica de genes.
6. La anomalía cromosómica estructural de cariotipo 46, XX o XY, del(5)(p15.2) caracterizada por el llanto semejante al maullido de un gato se denomina [...]-du-chat.
7. Anglicismo para describir el uso de animales transgénicos para producir proteínas de uso farmacológico útiles para el tratamiento de enfermedades.
8. Monje austriaco que postuló las leyes de segregación alélica.

VERTICALES:

1. Anomalía cromosómica autosómica cuyo cariotipo es 47, XY o XX, trisomía 13.
2. Acrónimo de la técnica que utiliza sondas marcadas con fluorocromo para detectar anomalías cromosómicas estructurales (deleciones, duplicaciones o translocaciones).
3. Fase de la meiosis y mitosis en los que los cromosomas presentan su máximo grado de compactación.
4. Técnica utilizada para la detección de anomalías cromosómicas numéricas.
5. Acrónimo de la técnica basada en el uso de anticuerpos para la detección de proteínas en sueros, plasmas y sobrenadantes.
6. Anglicismo utilizado para definir al animal transgénico al que se le inserta un gen.
7. El Dr. Friedrich Miescher lo aisló por primera vez en el siglo XIX a partir de células blancas sanguíneas.
8. Unidad básica de información hereditaria.
9. Acrónimo de la técnica basada en enzimas de restricción para detectar mutaciones. 
10. Anomalía cromosómica estructural cuyo cariotipo es 46, XX o XY, del(15)(q11-13).

Solución: en la parte final de esta entrada.

La XII Semana de la Ciencia en Madrid es una actividad dirigida a todos los públicos, de diferentes edades y niveles de formación. La asistencia y la participación en las actividades es gratuita, y se celebrará desde el 5 al 18 de Noviembre en Madrid. Su objetivo es poner al alcance de los ciudadanos los temas y las cuestiones que les interesan y preocupan, descubriéndoles los centros de investigación y las actividades en ellos realizadas como espacios de trabajo para mejorar nuestra vida a corto y largo plazo. 

La Semana de la Ciencia se celebra por toda la Comunidad de Madrid, en grandes y pequeñas localidades, en multitud de espacios y sedes, en la montaña y en la urbe, en salas de conferencias y jardines, en cines y teatros, en laboratorios y centros de investigación, en museos y bibliotecas, en universidades y en colegios. Un amplio programa de mesas redondas, cursos, talleres, visitas guiadas, jornadas de puertas abiertas, exposiciones y excursiones conforma este evento de cultura científica. Este año la XII Semana de la Ciencia de Madrid se une a la celebración del Año Nacional de la Neurociencia y el Año Internacional de la Energía Sostenible para Todos de Naciones Unidas. Para más información, puedes consultar el documento informativo de la XII Semana de la Ciencia en Madrid o visitar la página web. 
 

 

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