La genética avanzada es un enfoque de genética molecular para determinar la base genética responsable de un fenotipo. Los métodos de genética avanzada comienzan con la identificación de un fenotipo y encuentran o crean organismos modelo que muestran la característica que se está estudiando.
Esto se hizo inicialmente mediante el uso de mutaciones naturales o la inducción de mutantes con radiación, sustancias químicas o mutagénesis de inserción (por ejemplo, elementos transponibles ). Se lleva a cabo la reproducción posterior, se aíslan los individuos mutantes y luego se mapea el gen . La genética avanzada se puede considerar como un contrapunto a la genética inversa , que determina la función de un gen mediante el análisis de los efectos fenotípicos de las secuencias de ADN alteradas. [1] Los fenotipos mutantes a menudo se observan mucho antes de tener idea de qué gen es responsable, lo que puede llevar a que los genes reciban el nombre de su fenotipo mutante (por ejemplo, el gen rosado de Drosophila , que lleva el nombre del color de ojos en los mutantes).[2]
Técnica general
Los métodos de genética avanzada comienzan con la identificación de un fenotipo y encuentran o crean organismos modelo que muestran la característica que se está estudiando. [3] Un organismo modelo común es el pez cebra, que puede usarse para atacar mutaciones que imitan enfermedades y afecciones que se encuentran en los humanos. [4] A menudo se generan cientos de miles de mutaciones, esto se puede hacer con la ayuda de productos químicos o radiación. [5] [6] Los productos químicos como el etilmetanosulfonato (EMS) provocan mutaciones puntuales aleatorias . [2] Estos tipos de mutágenos pueden ser útiles porque se aplican fácilmente a cualquier organismo, pero tradicionalmente eran muy difíciles de mapear , aunque el advenimiento de la secuenciación de próxima generación ha facilitado considerablemente este proceso. Las mutaciones también se pueden generar mediante mutagénesis de inserción . Por ejemplo, los elementos transponibles que contienen un marcador se movilizan al genoma al azar. Estos transposones a menudo se modifican para transponer solo una vez y, una vez insertados en el genoma, se puede usar un marcador seleccionable para identificar a los individuos mutagenizados. Dado que se insertó un fragmento conocido de ADN, esto puede facilitar el mapeo y la clonación del gen. [2] [7] Otros métodos, como el uso de radiación para causar deleciones y reordenamientos cromosómicos, también se pueden usar para generar mutantes. [2]
Una vez mutagenizados y examinados , normalmente se realiza una prueba de complementación para garantizar que los fenotipos mutantes surjan de los mismos genes si las mutaciones son recesivas. [2] [6] Si la progenie después de un cruce entre dos mutantes recesivos tiene un fenotipo de tipo salvaje, entonces se puede inferir que el fenotipo está determinado por más de un gen. Normalmente, se analiza más a fondo el alelo que presenta el fenotipo más fuerte. A continuación, se puede crear un mapa genético utilizando ligamiento y marcadores genéticos, y luego se puede clonar y secuenciar el gen de interés. Si se encuentran muchos alelos de los mismos genes, se dice que la pantalla está saturada y es probable que se hayan encontrado todos los genes involucrados en la producción del fenotipo. [6]
Enfermedades humanas
Las enfermedades y los trastornos humanos pueden ser el resultado de mutaciones. [8] Los métodos de genética avanzada se emplean en el estudio de enfermedades hereditarias para determinar los genes responsables. [5] Con trastornos de un solo gen o mendeliano, una mutación sin sentido puede ser significativa; Los polimorfismos de un solo nucleótido (SNP) se pueden analizar para identificar mutaciones genéticas asociadas con el fenotipo del trastorno. Antes de 1980, muy pocos genes humanos se habían identificado como loci de enfermedades hasta que los avances en la tecnología del ADN dieron lugar a la clonación posicional y la genética inversa. En las décadas de 1980 y 1990, la clonación posicional consistía en mapeo genético, mapeo físico y discernir la mutación genética. [9] El descubrimiento de loci de enfermedades utilizando técnicas genéticas antiguas fue un proceso muy largo y difícil y gran parte del trabajo se centró en mapear y clonar el gen a través de estudios de asociación y caminata cromosómica. [2] [10] A pesar de ser laborioso y costoso, la genética avanzada proporciona una forma de obtener información objetiva sobre la conexión de una mutación con una enfermedad. [11] Otra ventaja de la genética avanzada es que no requiere conocimientos previos sobre el gen que se está estudiando. [5] Sin embargo, la fibrosis quística demuestra cómo el proceso de genética avanzada puede dilucidar un trastorno genético humano. Los estudios de ligamiento genético pudieron mapear los loci de la enfermedad en la fibrosis quística hasta el cromosoma 7 mediante el uso de marcadores de proteínas. Posteriormente, se utilizaron técnicas de caminata y salto de cromosomas para identificar el gen y secuenciarlo. [12] La genética avanzada puede funcionar para situaciones de fenotipo único de gen único, pero en enfermedades más complicadas como el cáncer, a menudo se utiliza en su lugar la genética inversa. [10] Esto generalmente se debe a que las enfermedades complejas tienden a tener múltiples genes, mutaciones u otros factores que las causan o pueden influir en ellas. [8] La genética directa e inversa operan con enfoques opuestos, pero ambos son útiles para la investigación genética. [5] Se pueden acoplar para ver si se encuentran resultados similares. [5]
Genética avanzada clásica
Mediante el enfoque de la genética clásica , un investigador ubicaría (mapearía) el gen en su cromosoma cruzando con individuos que portan otros rasgos inusuales y recopilando estadísticas sobre la frecuencia con la que los dos rasgos se heredan juntos. Los genetistas clásicos habrían utilizado rasgos fenotípicos para mapear los nuevos alelos mutantes. Eventualmente, la esperanza es que tales pantallas alcancen una escala lo suficientemente grande como para que la mayoría o todas las mutaciones recién generadas representen un segundo impacto de un locus, esencialmente saturando el genoma con mutaciones. Este tipo de mutagénesis de saturación dentro de los experimentos clásicos se utilizó para definir conjuntos de genes que eran mínimos para la aparición de fenotipos específicos. [13] Sin embargo, tales cribados iniciales estaban incompletos ya que carecían de loci redundantes y efectos epigenéticos, y tales cribados eran difíciles de realizar para ciertos fenotipos que carecen de fenotipos directamente mensurables. Además, un enfoque de la genética clásica lleva mucho más tiempo.
Historia
Gregor Mendel experimentó con fenotipos de plantas de guisantes y publicó sus conclusiones sobre genes y herencia en 1865. [5] A principios de la década de 1900, Thomas Hunt Morgan estaba mutando Drosophila usando radio e intentando encontrar mutaciones hereditarias. [14] Alfred Sturtevant luego comenzó a mapear genes de Drosophila con mutaciones que habían estado siguiendo. [15] En la década de 1990, se utilizaron métodos de genética avanzada para comprender mejor los genes de Drosophila importantes para el desarrollo desde el embrión hasta la mosca adulta. [16] En 1995, el premio Nobel fue para Christiane Nüsslein, Edward Lewis y Eris Wieschaus por su trabajo en genética del desarrollo. [16] Se cartografió el genoma humano y la secuencia se publicó en 2003 . [17] La capacidad para identificar genes que contribuyen a los trastornos mendelianos ha mejorado desde 1990 como resultado de los avances en genética y tecnología. [8]
Ver también
- Genética inversa
Referencias
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