Fundamentosy casos exitosos de

la biotecnologamoderna

Francisco G. Bolvar ZapataCompilador y editor

COMISIN INTERSECRETARIAL DE BIOSEGURIDAD YORGANISMOS GENTICAMENTE MODIFICADOS

CIBIOGEM MXICOInstituto de BiotecnologaUNAM

segunda edicin

Coordinacin editorial: Rosa Campos de la Rosa

Primera edicin: 2004Segunda edicin: 2007

D. R. 2007. EL COLEGIO NACIONALLuis Gonzlez Obregn nm. 23, Centro HistricoC. P. 06020, Mxico D. F.Tels. 57 02 17 79(fax) y 57 89 43 30

ISBN: 970-640-235-7 (Primera edicin)ISBN: 978-970-640-352-0 (Segunda edicin)

Impreso y hecho en MxicoPrinted and made in Mexico

www.colegionacional.org.mxcolnal@mail.internet.com.mx

gerardomarquezCuadro de textoTP248.2F852007Fundamentos y casos exitosos de la biotecnologa moderna / Francisco G. Bolvar Zapata, compilador y editor; [autores]Carlos F. Arias Ortiz ... [et al.] - 2 . Ed. - - Mxico, D.D. El Colegio Nacional, 2007. 718 p. ISBN 978-970-640-352-0 Coedicin con: Academia Mexicana de Ciencias; UNAM, Instituto deBiotecnologa; CONACYT; CIBIOGEM

1. Biotecnologa - -Mxico. I.. Bolvar Zapata, Francisco G., comp. II.Arias Ortiz, Carlos F., colab. III. El Colegio Nacional.

Captulo IIICIENCIA GENMICA, PROTEMICA Y BIOINFORMTICAEL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA HUMANO

F. G. BOLVAR ZAPATA

GENES INTERRUMPIDOS EN EUCARIONTES; SNTESIS Y PROCESAMIENTO DE RNA

El avance de las metodologas de la ingeniera gentica, a principiosde la dcada de los aos ochenta en el siglo pasado, cataliza un esfuerzomuy importante encaminado al aislamiento y la caracterizacin de genesde organismos superiores incluyendo el humano, con el objetivo generalde entender en detalle la organizacin y la expresin de los genes. As,utilizando diferentes estrategias y metodologas, se asla un primer con-junto de DNA complementarios a partir de copiar molculas de RNA men-sajeros especficos (figura II.8), los cuales fueron, a su vez, utilizados paraaislar los genes correspondientes a partir directamente del DNA cromo-somal. Sorpresivamente, muchos de los genes cromosomales de organis-mos superiores resultaron tener un mayor nmero de nucletidos, esdecir un mayor tamao, que los DNA complementarios correspondientesutilizados para aislarlos. Tras un anlisis cuidadoso de estos resultados,que incluy la determinacin de la secuencia del material gentico, fueposible concluir que a diferencia de las bacterias, la mayor parte de losgenes que codifican para protenas en los organismos superiores estnconstituidos por dos tipos de regiones de DNA. El primer tipo son regio-nes que codifican para una protena, llamadas exones, y el segundotipo son regiones de DNA que no codifican para esa protena, a las cualesse les denomin intrones. El DNA complementario, obtenido a partir deRNA mensajeros (figura II.8), slo lleva o est constituido por las regionesde DNA que son los exones, y por eso siempre es de menor tamao queel gene a nivel del DNA cromosomal, el cual lleva tambin los intrones.

Hoy sabemos que las clulas de organismos superiores, han desarro-llado mecanismos muy sofisticados para procesar el RNA que se producedurante la transcripcin de un gene en el ncleo de la clula. La trans-

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cripcin del DNA en RNA, tal y como fuera explicada en el primer captu-lo, genera una molcula de RNA que es copia fiel del DNA transcrito (figu-ra I.10). En el caso de las bacterias, las molculas de RNA mensajero sondirectamente traducida en protenas. Sin embargo, en el caso de losorganismos eucariontes, la mayor parte de los transcritos de RNA mensa-jero son procesados, para ser transformados en los RNA mensajerosmaduros que se traducen en protena a nivel de los ribosomas.

En la figura III.1, se muestra la estructura del gene, a nivel del geno-ma, que codifica para la protena -globina, que es parte de la hemoglo-bina de la sangre en los seres humanos. Como puede verse en esta figu-ra, este gene a nivel del cromosoma, est constituido por alrededor de1600 pares de nucletidos, de los cuales slo 600 corresponden a tressecuencias de exones y los otros 1 000 pares de nucletidos integran dossecuencias de intrones. Al sintetizarse RNA a partir de este gene, se gene-ra una primera molcula de RNA premensajero de aproximadamente1600 pares de nucletidos. Este RNA es posteriormente procesado en elinterior del ncleo de la clula. Este procesamiento consiste en removerfragmentos especficos de RNA, que en este caso del gene que codificapara la -globina, corresponden a dos intrones, para generar as un RNAmensajero que slo lleva la secuencia correspondiente a los tres exones.Al final de esta secuencia que codifica para los tres exones se localizaotra, a la que se le denomina cola de poli A, que est presente en casitodos los RNA mensajeros de los organismos eucariontes. Este RNA men-sajero de aproximadamente 600 pares de nucletidos, es traducido anivel de los ribosomas en la protena -globina humana que es una cade-na polipeptdica de aproximadamente 150 residuos de aminocidos (1)(figura I.15).

Es importante sealar que en trminos generales, el procesamientodel RNA premensajero, puede ser realizado de manera alternativa para elcaso de varios genes, en cuanto a los fragmentos del RNA premensajeroque son removidos. De hecho, se ha reportado que al menos 38% de losgenes humanos que codifican para protenas pudieran tener un proce-samiento diferente y alternativo de su RNA premensajero, lo que implicaque a partir de un RNA de este tipo se pudieran generar al menos dos RNAmensajeros diferentes (del mismo RNA premensajero) y de esta maneragenerar, a su vez, al menos dos protenas diferentes a partir de un gene,tal y como se ver ms adelante (2, 3, 4, 5).

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EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA DEL ORGANISMO VIVO

Con toda esta informacin y gracias al mejoramiento y sofisticacincontinuos de las tcnicas del DNA recombinante, en particular la apari-cin de tcnicas poderosas de amplificacin de DNA (PCR) y de secuen-ciacin automtica de DNA, hoy es posible analizar, inclusive sin clonar,genes de cualquier organismo, incluyendo los del hombre. A travs deello, inici la etapa o la era del genoma, en la cual el esfuerzo ya no seconcentra solamente en genes aislados, sino en el anlisis del conjuntode todos los genes presentes en un organismo. En el caso de las bacte-rias, organismos unicelulares, su genoma lo conforman los 3 000 a 5 000genes que se localizan en sus cromosomas, dependiendo de la especie(figura III.2). En el caso de los humanos, tenemos entre 20 000 y 25 000genes que codifican para protenas localizados en las 46 cintas de DNA, los46 cromosomas que conforman nuestro genoma, que por cierto esdiploide (23 pares de cromosomas), lo cual quiere decir que tenemos lainformacin gentica por duplicado, una parte proveniente de nuestropadre y la otra de nuestra madre (6, 7) (figura I.3).

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Figura III.1ORGANIZACIN DEL GENE DE LA PROTENA -GLOBINA

El gene que codifica para la protena -globina est formado por tres exones y por dosintrones, cuyos tamaos se sealan a nivel del DNA. Como resultado del proceso de trans-cripcin de este gene, se produce una primera molcula de RNA que es copia fiel de todoel gene, incluyendo los exones y los intrones. Las regiones de RNA codificadas por losintrones en este RNA precursor, son removidas a nivel del ncleo por enzimas especficas,generndose as la molcula de RNA mensajero madura, a la cual se le une una cola dePoli A formada por varios residuos de adenina. Esta molcula de RNA mensajero es trans-portada al citoplasma y ah traducida en globina a nivel de los ribosomas.

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Al inicio de la era del genoma, el objetivo fue conocer primeramentecul era la secuencia de nucletidos de todos los genes de un organismoy con ello iniciar el anlisis de cmo estn organizados y localizadostodos los genes en los cromosomas; es decir, el objetivo global era con-tribuir a determinar los mapas genticos de los seres vivos. Asimismo,se busca tambin conocer cmo se regulan y en qu tipo de procesoscelulares participan los genes y sus productos. En geografa, un mapa esla posicin que guarda un pas con respecto a los otros pases en el pla-neta. En gentica, un mapa es la posicin que guarda un gene con res-pecto a los otros genes en las cintas de DNA que forman los cromosomasde un determinado organismo (figuras I.3, I.4 y III.3). El genoma es,pues, el conjunto de todos los pares de nucletidos, que incluyen el totalde los genes y otras secuencias de DNA que se encuentran en nuestros cro-mosomas.

El transcriptoma es el conjunto de todos los transcriptos de RNA que sepueden generar a partir del genoma. Los transcriptos de RNA estn invo-lucrados en muchas funciones celulares ya sea directamente como mol-culas biolgicas activas de RNA, o indirectamente a travs de las protenasque codifican los RNA mensajeros. El conocimiento del genoma y de sutranscripcin han avanzado y hoy sabemos que existen adems de los RNAribosomales (rRNA) y de transferencia (tRNA), muchsimos transcritos deRNA pequeos tales como microRNA, iRNA, snRNA, codificados por genesque frecuentemente estn entre genes que codifican para protenas.Muchos de estos RNAs pequeos juegan papeles importantes en la regu-lacin de la traduccin de los RNA mensajeros de genes que codificanpara protenas. Adems, algunos de estos RNAs pequeos aparentementese asocian a la eucromatina inhibiendo la transcripcin y se han asigna-do tambin posibles papeles en la diferenciacin celular a estos RNApequeos. As, aparentemente el nmero de transcritos de RNA peque-os pudiera superar al de los transcritos de RNA mensajero en los geno-mas de los eucariontes (8, 9, 10).

El proteoma de un organismo es el conjunto de todas las protenasque puede sintetizar ese organismo a partir de la informacin localizadaen sus genes, que codifican protenas. Los humanos tenemos poco msde veinte mil genes que codifican para protenas en cada clula de nues-tro organismo, lo cual implica que podemos fabricar en nuestro orga-nismo al menos veinte mil protenas (ya que el procesamiento diferen-cial de ciertos transcritos de RNA premensajeros de algunos genes huma-

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nos permitir sintetizar ms protenas; ver ms adelante). En cambio, lasbacterias que tienen entre tres y cinco mil genes que codifican para pro-tenas en su genoma (dependiendo de la especie), no tienen intrones (porlo que no tienen procesamiento diferencial de sus transcritos de RNA), ypor ello son capaces de sintetizar un proteoma de slo 3000 a 5000 pro-tenas (11, 12) (figura III.4).

Se ha logrado ya determinar la secuencia nucleotdica de todo elgenoma de cientos de virus, y bacterias y tambin de varios organismoseucariontes y con esto se consolida la ciencia genmica, que permite elanlisis de las secuencias nucleotdicas de todos los genomas y de sus pro-ductos de RNA y protena. El genoma de la bacteria Escherichia coli es unode estos casos. Hoy se conoce la posicin relativa en la cinta gentica de

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Figura III.3MAPA GENTICO DEL CROMOSOMA HUMANO 21

Esquema del cromosoma humano 21, cuya secuencia nucleotdica fue determinada enel ao 2000. En la figura se muestra la posicin de algunos de los 225 genes que codifi-can para protenas localizados en este cromosoma y entre ellos se sealan algunos de losinvolucrados en la enfermedad conocida con el nombre de sndrome de Down, queocurre cuando este cromosoma se encuentra presente en las clulas en tres copias, en vezde dos, que es lo normal.

su nico cromosoma, de los 4 464 genes que codifican para protenasque constituyen el genoma de este microorganismo (11) (figura III.2).Gracias a esto, somos capaces de listar todas las 4 464 protenas quepuede sintetizar a travs de la transcripcin de estos genes en esta clulay que constituye su proteoma, cuya interaccin hace posible los procesosde crecimiento y divisin de este organismo unicelular.

En el caso de los organismos eucariontes, que son aquellos que, a dife-rencia de los procariontes (bacterias), tienen todos sus cromosomas inte-grando el ncleo de la clula y rodeados por la membrana del ncleo, sehan ya determinado las secuencias nucleotdicas completas de los geno-mas de varios de ellos, entre los que destacan el de la levadura, cuyo nom-bre cientfico es Saccharomyces cerevisiae, que es un microorganismo uni-celular que se utiliza en la produccin de alcohol; el de un gusano lla-mado Caenorhabditis elegans; el de la mosca de la fruta llamada Drosophilamelanogaster; los de las plantas Arabidopsis thaliana y arroz; del ratn y delchimpanc y el genoma de la especie humana.

La levadura es un organismo que tiene 16 pares de cromosomas loscuales contienen entre todos ellos 6 241 genes que codifican para pro-tenas (13). En el caso del gusano, este organismo tiene seis pares de cro-

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PROTEINAS

Transcriptoma Proteoma

RNAGENOMA

Figura III.4EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA

El genoma es el conjunto de todo el material gentico de un organismo y en l estnincluidos todos los genes. El transcriptoma es el conjunto de transcritos de RNA que seproducen a partir del genoma y el proteoma es el conjunto de todas las protenas con lasque cuenta un organismo.

PROTENAS

mosomas y 19 099 genes (14), mientras que la mosca Drosophila tiene slocuatro pares de cromosomas y en ellos se localizan 13 601 genes quecodifican para protenas (15). La planta Arabidopsis tiene 25 mil 498genes (16), en sus cinco pares de cromosomas y el arroz tiene entre 40mil y 50 000 genes que codifican para protenas en sus doce cromosomas(17, 18). Para el caso de la especie humana se report inicialmente quetenamos alrededor de 35 000 genes que codifican para protenas aun-que este nmero se ha actualizado y probablemente tenemos entre20 000 y 25 000 genes, los seres humanos (5, 19, 20). Estudios compara-tivos entre los genomas, los transcriptomas y los proteomas de estosorganismos demuestran que hay un gran conjunto de genes y de sus pro-ductos muy parecidos que se encuentran presentes en todos los organis-mos, incluyendo al hombre y que son responsables de sus funciones bio-lgicas primarias. De hecho, compartimos la secuencia de alrededor de98.5% de nuestro DNA con el chimpanc, 90% con el ratn y 30% con lamosca (figura III.5).

LAS BASES DE DATOS DE INFORMACIN GENMICAY PROTEMICA. LA BIOINFORMTICA

Como se ha sealado, la ciencia genmica tiene como objetivo inicialel obtener la secuencia de nucletidos de los genomas de los organismosvivos y de los virus. Existen ya miles de secuencias de genomas comple-tos (la mayor parte virales) las cuales han sido depositadas en bancos deinformacin en el Internet. A principios de los aos ochenta, se tena noms de 104 pares de nucletidos en estos bancos de datos; en la actuali-dad este nmero es de 5 x 1010 pares de nucletidos y la tendencia es deun incremento logartmico. Uno de estos bancos, el Genbank que espblico (21), tiene registrado un nmero muy importante de las secuen-cias generadas. Existen otros bancos pblicos y privados en donde elacceso est limitado o tiene un costo econmico. Adems, tambin sehan generado bases de datos especializadas, por ejemplo para el anlisisde secuencias provenientes de virus (22, 23, 24).

Como se ha sealado, las secuencias de los nucletidos de los geno-mas, permiten el anlisis y la bsqueda de secuencias relacionadas entredos o ms organismos, con funciones especficas. De esta forma es posi-ble, a travs de la comparacin de las secuencias, determinar o inferirfunciones de una protena que no ha sido previamente descrita en un

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organismo, por su semejanza con otra cuya funcin se conoce en otro servivo. Asimismo, la comparacin de secuencias permite comparar genescuya funcin es desconocida, con genes parecidos, llamados homlogos,con funciones conocidas en otros organismos y a partir de esto, no sloestablecer relaciones filogenticas entre los organismos, sino avanzartambin en el entendimiento de las funciones de ciertos genes no bienconocidos.

El anlisis comparativo de secuencias homlogas de organismos dife-rentes es la base de la filogenia molecular. Recientemente, con la obten-cin de secuencias nucleotdicas de genomas completos, se ha encon-trado que las filogenias basadas en la comparacin de genes nicos son,con frecuencia, inadecuadas e incompletas. La comparacin de secuen-cias nucleotdicas de los genomas completos, analizando cuntos genesde un genoma dado estn presentes en el otro, da lugar a rboles filoge-nticos ms precisos, que estn basados no slo en la evolucin de un

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Figura III.5COMPARACIN DE LOS GENOMAS ENTRE DIFERENTES ORGANISMOS

Se muestra la comparacin, a nivel del genoma, en cuanto al nmero total de nucleti-dos, genes que codifican para protenas, cromosomas y densidad de los genes en el geno-ma que se aprecian en diferentes organismos cuyos genomas han sido secuenciados.

TamaoORGANISMO (Mn*) No. Genes No. Cromosomas Densidad**

Escherichia coli(bacteria) 4.6 4 406 1 949

Saccharomyces cerevisiae 13.5 6 241 16 462(levadura)

Caenorhabditis elegans 97 19 099 6 196(gusano)

Arabidopsis thaliana 119 25 498 5 214(planta)

Drosophila melanogaster 180 13 061 4 72(mosca)

Homo sapiens 3200 20 000-25 000 24 12.5(humano)

*Mn: millones de nucletidos.**: Genes por milln de nucletidos.

gene, sino en la definicin del contenido gnico funcional de todo elgenoma de un organismo.

Desafortunadamente, el anlisis aislado de la secuencias genmicas nopermite entender cmo funcionan los genes, cmo trabajan las clulas,cmo las clulas forman organismos, o qu es lo que pasa cuando unaclula se enferma. Es por esto que como respuesta a la gran avalancha deinformacin que se est obteniendo a travs de los proyectos genmicosde los ltimos aos, ha habido un gran inters en el desarrollo de meto-dologas que permitan el anlisis sistemtico y la explotacin de la infor-macin generada. Estas metodologas, que sustentan la investigacin lla-mada post-genmica, o genmica funcional, permiten por ejemplo, ana-lizar la expresin de los genes (transcriptoma) en un organismo, tejidoo clula dada, bajo diferentes condiciones, o caracterizar la presencia deprotenas, sus asociaciones y/o las modificacines postraduccionales(proteoma) en clulas normales o enfermas o sujetas a diversos estmu-los. La investigacin post-genmica involucra, tambin de manera im-portante, a la bioinformtica, rea que se ha desarrollado notoriamenteen estos ltimos aos, y la cual se puede prever continuar desarrolln-dose de manera acelerada, ya que la extraordinaria gran cantidad deinformacin que se obtiene de los proyectos genmicos y post-genmi-cos, slo se puede integrar y manipular a travs de las herramientas quese generen en esta disciplina de la bioinformtica.

Conocer las secuencias nucleotdicas de todos los genes de los orga-nismos y a partir de ellas las secuencias de RNAs y de aminocidos detodos sus productos proteicos, no significa, sin embargo, que de formaautomtica conoceremos todos los detalles del funcionamiento de estosseres vivos. De facto, estamos solamente al principio del entendimiento decmo la regulacin fina y sincronizada del genoma permite el desarrolloy funcionamiento del organismo vivo. Sin embargo, es indudable quenuestra capacidad para entender el funcionamiento y desarrollo de cual-quier organismo, ser potenciada a travs del conocimiento de lassecuencias nucleotdicas de su genoma, de sus instrucciones genticas,de su transcriptoma, de su proteoma y de la comparacin de stos conlas presentes en otros organismos.

Por ejemplo, estudios recientes de comparacin de genes entre losgenomas secuenciados de los diferentes organismos eucariontes anima-les demuestran que, en el caso de la mosca, existen en este organismoms del 65% de los genes que codifican para protenas que en los huma-nos son responsables de enfermedades congnitas hasta ahora identifi-

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cadas en la especie humana. En otras palabras, en la mosca inicialmentese han encontrado al menos 177 genes que tienen equivalencia congenes humanos involucrados en enfermedades genticas (25). Ejemplode estos casos es el de una mutante de la mosca que presenta una pato-loga similar a la que se observa en pacientes con la enfermedad deParkinson (26). Indudablemente, el anlisis del funcionamiento de estosgenes y de sus productos proteicos y de otros genes que no codificanpara protenas sino para RNAs pequeos que pudieran jugar papelesimportantes en la diferenciacin celular en este insecto, permitir entiempos mucho ms cortos, conocer con gran detalle los elementos mo-leculares involucrados en muchas enfermedades genticas humanas,conociendo lo que ocurre en otros organismos modelo como la mosca,y abriendo as posibilidades extraordinarias y novedosas para el trata-miento de este tipo de enfermedades en el ser humano.

ESTUDIO DE LA EXPRESIN GNICA Y LOS MICROARREGLOS

Este tipo de estudios permite caracterizar el patrn de expresin glo-bal de todos los genes de una clula especfica, en una cierta condicinfisiolgica. Estos estudios se basan en la idea de que el estado funcionalde un organismo est principalmente determinado por los genes queexpresa (27). Si bien esta idea no es estrictamente cierta, ya que la can-tidad absoluta de las protenas de una clula con respecto a los RNA men-sajeros transcritos no mantiene una relacin lineal y adems existenmodificaciones postraduccionales que alteran o modifican la actividadde una protena dada, lo que redunda en el estado funcional de unaclula, el estudio del transcriptoma de una clula da una idea ms cer-cana del estado general de la misma. Los estudios de expresin gnica serealizan en general, de modo comparativo, ya que se compara la induc-cin y represin de la sntesis de los RNA mensajeros y de otros RNAs queno se traducen de una clula en una cierta condicin (por ejemplo enuna clula en una condicin metablica o una clula enferma), vs unacondicin control (esto es una clula sana), por lo que los estudios deltranscriptoma celular permiten determinar los patrones de expresinglobal de los genes relativa en diferentes condiciones fisiolgicas.

Entre los mtodos para medir la expresin gnica, el ms utilizadoactualmente es el de microarreglos de DNA, el cual se ha empleado paradiversos estudios, tales como la caracterizacin de la expresin de los

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genes en la clula en diferentes condiciones metablicas; la expresinglobal de los genes celulares en respuesta a infeccin viral o bacteriana;la comparacin de la expresin en clulas sanas contra la expresin degenes en clulas enfermas o cancerosas. En la figura III.6 se muestran losresultados de comparar los transcriptomas de la bacteria de E. coli quetiene ms de 4 400 genes en dos diferentes condiciones metablicas. Lospuntos amarillos son genes que en ambas condiciones metablicas seexpresan de manera similar. Los puntos rojos sealan genes que se ex-presan en una condicin metablica y los verdes en otra.

EL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA HUMANO

Se tenan secuenciados y mapeados en nuestros cromosomas (figuraI.3) poco ms de veinte mil genes, que codifican para protenas utilizan-do para ello los DNA complementarios correspondientes (28). En los pri-meros meses del ao 2000, se public la noticia de que se haba ya deter-minado la secuencia de todos los fragmentos de DNA que conforman algenoma humano y que en un lapso de no ms de dos aos se tendra unasecuencia del genoma humano con ms de 95% de certeza. Tambin enel ao 2000 se reportaron las secuencias nucleotdicas de los cromoso-mas humanos nmero 22, en el cual se localizaron 545 genes que codi-fican para protenas y del cromosoma nmero 21 el ms pequeo de los23 cromosomas de nuestra especie, que tiene 33.5 millones de pares denucletidos y en el cual se localizan 225 genes que codifican para prote-nas (29) (figura III.3). Estos nmeros de genes, relativamente reducidosconforme a lo esperado por el tamao de los cromosomas 21 y 22, hizopensar que el nmero final de genes humanos no llegara a los 80 o 100mil originalmente estimados, sino tal vez seran entre 35 y 40 mil losgenes de nuestra especie (29).

En febrero de 2001, dos grupos reportaron simultnea pero indepen-dientemente, en las revistas Nature y Science, la secuencia del genomahumano (5, 19). Este resultado, alcanzado por cierto antes de lo previs-to, es uno de los logros ms importantes de la biologa, comparable conel desciframiento de la estructura del DNA y con la teora de la evolucin,y va a permitir un avance extraordinario en el conocimiento del orga-nismo humano. Entre los datos ms relevantes del resultado de estos tra-bajos estaran los siguientes:

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Figura III.6MICROARREGLO MOSTRANDO EL TRANSCRIPTOMA

DE LA BACTERIA ESCHERICHIA COLI En la figura se muestra el microarreglo de la bacteria Escherichia coli que tiene ms de4 400 genes en dos diferentes condiciones metablicas. Los puntos amarillos son genesque en ambas condiciones metablicas se expresan de manera similar. Los puntos rojossealan genes que se expresan en una condicin metablica y los verdes en otra.

La secuencia que se report es un consenso de la porcin de la lla-mada eucromatina (regin particularmente rica en genes), que corres-ponde aproximadamente a 97% del genoma haploide, es decir, 22 cro-mosomas somticos y los dos cromosomas sexuales (figura I.3). Se repor-t inicialmente la secuencia de cerca de 3 000 millones (3 x 109), de paresde nucletidos de los cromosomas humanos. Lo anterior significa quelas 24 molculas de DNA de los 24 cromosomas que conforman el geno-ma humano haploide, miden un poco ms de un metro, ya que cada parde nucletidos est separado por 3.4 (un angstrom es 10-8 cm), as queal multiplicar 3 x 109 x 3.4 x 10-8 cm, el resultado es 102 cm.

Dos seres humanos somos genticamente 99.9% idnticos. Lo ante-rior implica que, si bien entre dos individuos compartimos la mayorparte de nuestro material gentico hay, sin embargo, en promedio, tresmillones (3 x 106) de nucletidos diferentes entre dos miembros de laraza humana; encontrndose entonces en promedio entre dos indivi-duos, un nucletido diferente cada 1200. Estas diferencias son, en logeneral, el producto de mutaciones acumuladas en el genoma de la razahumana, a travs de los aos. Aquellas que en particular son el resultadode una mutacin de un solo par de nucletidos en un gene (figura I.13),reciben el nombre de polimorfismos genticos de un solo nucletido(SNP, por sus siglas en ingls).

En la poblacin humana, un gene en particular ha sufrido, a lo largodel tiempo desde la aparicin de la especie humana, diferentes muta-ciones en distintos individuos, dando lugar as a estos polimorfismosgenticos (SNP). Al conjunto de todas las diferentes mutaciones en esegene (presentes en toda la poblacin humana), se les conoce con elnombre de los alelos de ese gene en particular. Muchas de estas muta-ciones no tienen efecto en la protena para la cual codifica el gene; sinembargo, algunas otras mutaciones s pueden cambiar ligera o profun-damente la estructura del producto (figuras I.13 y I.15). En el caso de uncambio menor, el individuo que porta esta o estas mutaciones muy pro-bablemente podr vivir con este alelo sin problemas. Sin embargo, en elcaso de mutaciones que cambian la estructura y por ende la funcin dela protena o de un RNA que no se traduce de manera importante, los por-tadores pueden desarrollar enfermedades complejas e inclusive morirpor estos cambios ms severos. Inicialmente se reportaron ms de dosmillones diferentes de estos polimorfismos genticos del tipo SNP (5, 19).

Los polimorfismos genticos son, en buena medida, la razn respon-sable de las diferencias fsicas entre los seres humanos. Desde el punto

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de vista de la medicina, los SNP son marcadores genticos importantespara entender no slo las enfermedades sino tambin las diferentes pre-disposiciones a las enfermedades que existen entre las razas y los indivi-duos. Los polimorfismos genticos son, en suma, los responsables de laidentidad gentica individual de cada ser humano. La presencia e iden-tificacin de los SNP en cada individuo, est dando lugar al desarrollo deuna medicina molecular individualizada orientada al diagnstico pre-ventivo y al diseo de drogas especficas (farmacogenmica) a nivel delindividuo. Ejemplos de lo anterior, se sealan en secciones posterioresde este captulo.

Los dos artculos que reportan la secuencia del genoma humano,sealan que no es posible fijar an el nmero preciso de genes que codi-fican para protenas que conforman nuestro genoma ya que hay secuen-cias que pudieran ser realmente genes, pero hay todava indefinicionesque tienen que precisarse, sobre todo por el problema de la presencia enel genoma humano de pseudogenes, material gentico repetido queno funciona como un gene verdadero (ver ms adelante). Sin embargo,ambos grupos reportaron que el genoma humano tena alrededor de 35mil genes que codifican para protenas. Finalmente, el nmero de geneshumanos se ha actualizado con la terminacin de la secuencia de laeucromatina humana y resulta que tenemos entre 20 000 y 25 000 genesque codifican protenas (20). Este nmero que es importante por variasrazones, es un nmero similar al de los genes presentes en la plantaArabidopsis thaliana (alrededor de 26 000 genes) y no mucho mayor al delos genes de la mosca Drosophila melanogaster (alrededor de 13 600).

El material gentico de los exones de estos 20 000 o 25 000 genes, quecodifica para protenas, slo representa entre 1 y 2% de todo nuestrogenoma mientras que los intrones reportados en los genes de nues-tro genoma representan alrededor de 30% del total del genoma y el restoes material gentico denominado repetido, como se ver ms adelante.Una diferencia importante con los otros organismos eucariontes secuen-ciados, a nivel de los exones y los intrones de los genes que codificanpara protenas, es que en el caso del humano los intrones son, en pro-medio, mayores en tamao. Esta diferencia pudiera ser significativa yaque podra ser parte de la razn por la cual es posible obtener un mayornmero de sitios de procesamiento alternativo de los RNA premensajerosque tienen mayores tamaos y mayor nmero de intrones, para generaras ms de una protena a partir de cada transcrito de RNA premensajero.De hecho, se ha reportado recientemente por varios grupos, que existeuna alta probabilidad de que ocurra este tipo de proceso y que ms de

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38% de los RNA premensajeros humanos, contiene sitios alternos de pro-cesamiento (2, 3, 4, 5).

Esta situacin pudiera ser la responsable de explicar la aparente para-doja de por qu el genoma humano, con slo 20 000 o 25 000 genes, dehecho codifica para un proteoma con ms de 25 mil protenas, resultan-tes de este tipo de procesamiento diferencial de los transcritos de RNApremensajero, y tambin de los procesos de modificacin postraduccio-nal de las protenas. De acuerdo con lo anterior, no sera extraordinarioque finalmente el proteoma humano estuviera constituido por un con-junto muy superior a 25 000 protenas diferentes, y que algunos consi-deran que por la complejidad del organismo humano, pudiera ser inclu-so, mayor a 80 000 protenas (5, 19).

Ya se ha sealado que estudios recientes relacionados con la identifi-cacin y anlisis funcional del material gentico del genoma humano,indica que existe un proceso de transcripcin muy intenso en el geno-ma, superior al que originalmente se haba determinado, que indica quela mayor parte del genoma es transcrito. Esto dio como resultado la iden-tificacin y caracterizacin inicial de muchos pequeos transcriptos deRNA que no codifican para protenas, no previamente identificados. Deaqu se concluye que el nmero de genes que codifican para los RNAspequeos (microRNA, iRNA, snRNA, etc.), pudiera ser tan alto como el delos genes que codifican para protenas. Adems, como ya se ha sealado,las funciones que juegan estos RNA pequeos, van desde la inhibicin dela traduccin de mensajeros especficos (iRNA), de varios mensajeros(microRNA), hasta la aparente asociacin con regiones de eucromatinaque pudiera modular la expresin de genes. Se ha sealado que algunosde estos microRNAs pudieran tambin estar involucrados en la diferen-ciacin celular (8, 9, 10, 20).

En cuanto al anlisis del proteoma humano que se reporta en los art-culos originales donde se publica la secuencia del genoma humano, sesealan algunas caractersticas relevantes. La primera es que una pro-porcin ms importante de lo que antes se pensaba de las protenashumanas hasta ahora reconocidas, est involucrada en procesos delmetabolismo celular y en procesos de transcripcin-traduccin; lo ante-rior tiene sentido en el marco de una actividad celular de transcripciny traduccin muy intensa, consistente con la especulacin de tener unproteoma funcional de mayor tamao al del genoma. Otras funciones enlas que se encuentra tambin involucrado un nmero elevado de prote-nas, se relacionan con los procesos de comunicacin intra y extracelular,de transporte, de defensa e inmunidad.

100

Por otro lado, un resultado importante que se reporta es que cerca del1% de nuestras protenas tiene probablemente un origen bacteriano y,por ende los genes que las codifican, debieron haberse adquirido me-diante procesos de transferencia (infeccin) horizontal, ocurridos endiferentes etapas de la evolucin de los vertebrados. Entre estos genesestn los de las mitocondrias

Es relevante mencionar tambin que se han identificado ya ms de milgenes involucrados con enfermedades humanas (30) y tambin se handeterminado genes que codifican para protenas que pudieran ser blan-co del desarrollo de nuevas drogas para el tratamiento de problemas desalud; ejemplos del uso de estos genes y sus protenas, se mencionan enla siguiente seccin de este captulo.

Otra caracterstica muy importante de nuestro genoma, es la presen-cia de lo que se conoce con el nombre de material gentico repetido.Al menos 60% del total del material gentico del genoma humano y pro-bablemente ms, son secuencias de nucletidos que se repiten numerosasveces y de maneras diferentes. Este tipo de DNA en trminos generales, sepuede clasificar en cinco categoras, mencionadas por el ConsorcioInternacional para la Secuencia del Genoma Humano: a) material repe-tido derivado de transposones (que son segmentos discretos de materialgentico capaces de translocarse o moverse de su lugar original a unonuevo); b) copias inactivas de genes, llamadas pseudogenes; c) secuen-cias de tamao corto, repetidas varias veces; d) duplicaciones de regio-nes del genoma de 10-300 kb, que han sido copiadas e incorporadas enotra regin del genoma; y e) bloques de secuencias repetidas en tandem,como los centrmeros (estructuras involucradas en la duplicacin de loscromosomas) y los telmeros (estructuras localizadas en los extremos delos cromosomas) de los cromosomas (5).

En estos artculos se seala que cerca de 90% de este material genti-co repetido en nuestro genoma (que equivale al menos a 45% del totaldel DNA en el genoma), es del tipo del material repetido derivado detransposones. Los transposones son secuencias de DNA que se localizanen el genoma de todos los seres vivos y que tienen la propiedad de poderreubicar o translocar su posicin en el genoma. Al llevar a cabo esta fun-cin de relocalizacin pueden hacerlo, dependiendo del tipo de trans-posn que se trate, dejando copias perfectas o imperfectas del transpo-sn en la posicin original y adems, multiplicando el nmero de copiasdel transposn en el sitio o sitios nuevos de integracin o relocalizacin(6, 9). En humanos hay cuatro clases de este tipo de DNA proveniente de

101

transposones: a) los elementos tipo retrovirus; b) las secuencias LINE; c)las secuencias SINE; y d) los transposones de DNA.

Las secuencias repetidas del tipo de los retrovirus, de las cuales exis-ten en nuestro genoma del orden de 450 mil copias, provienen de infec-ciones de virus que tienen RNA como material gentico, que insertaroncopias de su genoma como DNA, en diferentes sitios del genoma huma-no, a lo largo del tiempo. Muchas de estas secuencias contienen todavaun gene activo que codifica para la transcriptasa reversa. La transcripta-sa reversa es una protena con actividad de enzima que sintetiza DNA apartir de RNA, y es la enzima que usan el virus del SIDA y otros retroviruspara incorporar (integrar) copias de su genoma en los cromosomashumanos. Varios miles de estos genomas virales estn casi completos ensu secuencia, integrados en nuestro genoma; por suerte, la mayor partede ellos son inertes por haber perdido alguna parte de un gene impor-tante. Estos retrovirus endgenos de humanos tambin conocidos conel nombre de Hervs (human endogenous retrovirus, por sus siglas en in-gls), representan cerca de 8% de nuestro genoma (31).

Las secuencias LINE, son segmentos de DNA entre 6 000 y 8 000 pares denucleotidos que se encuentran repetidas cerca de 850 000 veces y quepor ende representan 21% del genoma humano. Son secuencias de DNAque contienen dos genes estructurales que codifican para dos protenas.Al transcribirse el DNA de la secuencia LINE en RNA, estas dos protenas seasocian al RNA transcrito y participan en su proceso de retrotranscrip-cin, por la transcriptasa reversa, para copiar y luego integrar el materialcopiado de RNA en DNA, en otra regin del cromosoma. Las secuenciasLINE son autnomas para realizar este proceso y son tambin secuenciasgregarias, ya que se presentan varias copias juntas en diferentes regionesde los cromosomas.

Las secuencias SINE son secuencias de DNA de 100 a 300 pares de nu-cletidos que estn repetidas cerca de 1.5 millones de veces en el genomahumano, lo cual representa cerca del 13% de nuestro material gentico.Las secuencias SINE, en particular las llamadas Alu, tienen semejanza conel gene que codifica para uno de los RNA que forman los ribosomas. Estegene que codifica para RNA ribosomal tiene un promotor interno queprobablemente sea responsable de una transcripcin especial que posi-bilita la formacin de RNA pequeos que pueden, a su vez, transcribirseen DNA por la transcriptasa reversa y convertirse en estas secuencias Aluque slo llevan una parte del gene que codifica para el RNA ribosomal.Las secuencias Alu slo se encuentran en primates.

102

Finalmente, las secuencias tipo transposones de DNA, son del orden de300 mil copias de secuencias parecidas a los transposones bacterianos,y representan 3% de nuestro genoma. Varias decenas de nuestros genes seorginaron muy probablemente a partir de este tipo de transposones deorigen bacteriano.

Mucho se ha especulado con relacin al posible origen y papel delmaterial repetido en nuestro genoma. Ciertamente, parte importante deeste material es el resultado de la llamada transferencia horizontal de DNAa travs de infecciones virales y bacterianas a lo largo de la evolucin enlos antecesores de nuestra especie. El material gentico repetido ha sidodenominado por algunos como DNA basura o genes egostas por notener una funcin biolgica aparente (32). Sin embargo, tambin hayotras opiniones y evidencias que consideran que los elementos de DNArepetidos derivados de transposones, pudieran participar en el rearreglode regiones especficas del genoma, lo que a su vez, pudiera contribuiren ciertos procesos de adaptabilidad evolutiva del organismo (33). De loanterior es importante resaltar que el genoma indudablemente no es unente esttico, invariable, sino todo lo contrario. El genoma es un sistemadinmico, interactivo, que se rearregla en cierta medida, lo que proba-blemente permite la adaptacin, la evolucin y la sobrevivencia del orga-nismo ante cambios en los factores del medio ambiente (figura III.7).

El avance de la gentica y de la ciencia genmica es vertiginoso. Loanterior est contribuyendo al entendimiento profundo de los procesosfinos involucrados en la organizacin, expresin y modificacin de losgenes, y a travs de sus productos tanto protenas como RNAs, del fun-cionamiento de la clula viva. Por otro lado, el comparar los procesosnormales con procesos patolgicos, ha facilitado sustancialmente elentendimiento de enfermedades y problemticas clnicas. Seguramente,la determinacin de la secuencia del genoma humano permitir abordarproblemticas clnicas ms complejas y enfermedades multifactoriales,en las que participan varios genes, de manera mucho ms certera e indi-vidualizada, tal y como se menciona en la siguiente seccin de este cap-tulo.

Finalmente, es fundamental sealar aqu que los factores ambientalesjuegan tambin un papel muy importante, e incluso pueden ser indis-pensables, para desencadenar procesos normales y patolgicos causadospor uno o por la concurrencia de varios genes y sus productos proteicos.y de RNAs que no se traducen. As pues, nuestra vida y nuestras respues-tas biolgicas, no son slo cuestin de genes, sino de genes y de la inte-raccin de sus productos con factores ambientales.

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EL USO E IMPACTO DE LA INFORMACIN GENMICA EN LA SALUD;EL INICIO DE LA MEDICINA MOLECULAR

Las tcnicas de ingeniera gentica han permitido desde 1973, el ais-lamiento de muchos genes humanos que codifican para protenas y suutilizacin para la construccin de organismos transgnicos para la pro-duccin de protenas humanas recombinantes, que hoy en da se utilizanen diferentes problemticas clnicas y para el tratamiento y la prevencinde enfermedades tal y como veremos en el siguiente captulo. Asimismo,con el avance de la ciencia genmica y particularmente con el desci-framiento de la secuencia del genoma humano tenemos una visinms avanzada de la forma en que estn organizados los genes humanos,y tambin de las diferencias, los polimorfismos genticos, que existen entodos y cada uno de los genes humanos y que son responsables de nues-tra individualidad gentica y por ello tambin de nuestra predisposicingentica a enfermedades.

Esta nueva informacin genmica, aunada a las tcnicas de ingenieragentica, permiten hacer un uso ms sofisticado de los genes humanos,no slo para producir protenas especficas en organismos transgnicos,sino tambin para contender de manera ms individualizada con aspec-tos fundamentales de la salud humana, entre los que sealaramos eldiagnstico gentico, la farmacogenmica y la terapia gnica, tres reasde gran importancia que se describen a continuacin.

El diagnstico gentico

Las enfermedades genticas humanas son el resultado de la presenciade mutaciones en uno o ms genes humanos. Como resultado de lo ante-rior, en el individuo que porta estos genes mutantes se producen proce-sos fisiolgicos anormales que dan lugar a enfermedades genticas, algu-nas de las cuales estn listadas en la figura III.8. Uno de los propsitosdel diagnstico gentico es conocer la presencia de los genes mutantesen los individuos que los llevan, haciendo uso para ello de segmentos deestos genes (figura III.9); el otro propsito del diagnstico gentico esdetectar enfermedades infecciosas, usando genes de organismos patge-nos o de virus.

El desciframiento del genoma humano, como hemos sealado, hapermitido identificar muchos polimorfismos genticos, que son respon-sables de la individualidad gentica de cada ser humano y tambin de su

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particular predisposicin gentica a contraer enfermedades. La detec-cin y el diagnstico temprano de estas diferencias representa un cam-bio cualitativo paradigmtico en la prctica mdica, ya que permitir acada individuo disear una estrategia de vida, incluyendo el posible tra-tamiento mdico, ms adecuada y ms individual para contender con susenfermedades genticas presentes y futuras. Lo anterior es particular-mente importante para aquellos individuos cuyas familias hayan mostra-do una mayor susceptibilidad a contraer una cierta enfermedad, debidoa la presencia de uno o varios polimorfismos genticos especficos.

El extraordinario caudal de informacin que da a da emana del estu-dio del genoma humano, nos ha incorporado cada vez ms ntimamen-te, a esta nueva etapa de la gentica y la medicina molecular moderna:la del diagnstico gentico preventivo e individualizado. Sin embargo,hoy por hoy, aun cuando hemos avanzado en forma increble y extraor-dinaria en esta rea de la gentica humana se conocen ms de 1 000genes humanos involucrados en enfermedades genticas (30) el diag-

106

Figura III.8ENFERMEDADES GENTICAS

Listado que muestra algunas de las enfermedades genticas ms importantes. El ele-mento comn en todas estas enfermedades es que en ellas ha habido mutaciones en unoo varios genes. Como resultado de este cambio, en algunos casos la protena codificadaya no es capaz de llevar a cabo sus funciones adecuadamente y se presenta la enfermedaden el individuo portador.

ENFERMEDADES GENTICAS

Anemia falciformeb-talasemiasCorea de HuntingtonDiabetesDistrofia de DuchenneEnfermedad de AlzheimerFenilcetonuriaFibrosis qusticaHemofiliaHipoparatiroidismoNeoplasia endcrinaNeurofibromatosis de von RecklinghausenRenitis pigmentosaRetinoblastomaSndrome de Lesch-NyhanDesrdenes inmunolgicos

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nstico gentico todava no representa una herramienta de uso cotidia-no, en particular en pases en vas de desarrollo como el nuestro. Esindudable que, conforme se vayan conociendo y aislando, cada da msrpidamente, genes y polimorfismos genticos asociados a enfermeda-des genticas particularmente aquellos que provean informacin acer-ca de las enfermedades humanas ms comunes y de la predisposicina contraerlas el diagnstico gentico individualizado ser componentede toda estrategia mdica en todos los sistemas de salud (34).

Reconociendo la inminencia del uso de esta poderosa tecnologa demanera masiva, y sin dejar de resaltar el potencial de todo este nuevoparadigma mdico, es necesario, sin embargo, destacar algunos aspectosticos relevantes del uso de estas capacidades y de la informacin gen-tica. Debemos distinguir muy claramente entre el diagnstico orientadoa los adultos, los nios, personas discapacitadas mentalmente e indivi-duos no natos. Surge aqu el concepto y el aspecto fundamental de laprivacidad gentica y biolgica, donde el concepto de autorizacin dela obtencin y uso de la informacin gentica, debe aplicarse de mane-ra distinta en estos grupos. Es obvio que se debe legislar para que el diag-nstico gentico slo se practique cuando exista una autorizacin porparte del individuo o su responsable legal en el caso de infantes, cuyoDNA pretende examinarse. Sin embargo, es indudable tambin que auncuando existan las leyes adecuadas, entraremos en problemticas ticas,morales, filosficas y jurdicas complejas cuando se otorguen autoriza-ciones por individuos ignorantes del tipo de consecuencias de los resul-tados que puedan obtenerse de este tipo de permiso. Realistamente, esposible prever como lo han hecho notar muchos y en particular JamesWatson, descubridor de la estructura del DNA que habr muchos indivi-duos que autoricen la realizacin de pruebas de diagnstico, sin com-prender todos los escenarios que los resultados pudieran tener en su vidafutura. As pues, resulta imperativo desarrollar programas de divulgaciny tambin de educacin sobre el DNA y la genmica que no slo expli-quen los aspectos fundamentales de esta disciplina, sino que tambindejen claro el significado en particular de resultados positivos en prue-bas de diagnstico para enfermedades incurables al menos por ahora.Hoy en da, existen muchos individuos que conociendo tener 50% deprobabilidades de portar un gene mortal, como el asociado a la enfer-medad de Hungtinton, prefieren no conocer su destino final, eligiendovivir en la incertidumbre que tener que cargar con la idea de que a cier-ta edad desarrollarn un problema mdico terrible (9, 34, 35, 36, 37, 38,39, 40, 41, 42, 43).

108

La farmacogenmica

La industria qumico-farmacutica ha generado a lo largo de los aos,un conjunto muy importante de productos farmacuticos que se utilizanen el tratamiento de diferentes problemas clnicos. Muchos de estos pro-ductos estn dirigidos o tienen como blanco una protena especfica, enalgn tejido de nuestro organismo. Estas protenas tienen funciones par-ticulares, dependiendo de su estructura (figura I.15), tales como recep-tores de molculas pequeas o transductores de seales, y permiten elfuncionamiento de la clula y del organismo. Ciertamente, el conocimien-to del genoma y del proteoma humano, facilitar disear nuevas drogasms potentes y especficas contra aquellos blancos proteicos ya conoci-dos. Sin embargo, este conocimiento tambin permitir seleccionar unconjunto ms amplio de genes y sus protenas y RNAs que no se taducen,que pudieran ser blancos especficos de los actuales y de nuevos produc-tos farmacuticos para el tratamiento ms efectivo de muchas enferme-dades (8, 9, 10, 43, 44) (figura III.10).

Resulta importante resaltar que el grupo del Consorcio Internacionalpara la Secuencia del Genoma Humano, reporta ya en su artculo deNature (5), un primer conjunto de 18 nuevas protenas con dominiosreceptores aparentes para diferentes molculas, tales como la dopamina,y factores de crecimiento tipo insulina, entre otros, que pudieran serblanco de stos y otros productos. Indudablemente, el desarrollo de nue-vas drogas, a travs del enfoque y del apoyo de la ciencia genmica, y enparticular de la farmacogenmica, abrir una rica avenida para el desa-rrollo de nuevos medicamentos.

Por otro lado, como ya hemos sealado, el uso de la informacin delos polimorfismos genticos, a nivel de cada individuo, permitir tam-bin conocer las diferencias entre las variedades funcionales de cada unode los genes humanos, que se conocen como los alelos de ese gene. Estasdiferencias son las responsables, en muchas ocasiones, a travs de la pre-sencia en las clulas de protenas ligeramente modificadas, de lasdiferentes susceptibilidades a las enfermedades y tambin a las diferen-cias en cuanto a la accin de los medicamentos.

A travs de la identificacin de estas diferencias presentes en cadaindividuo en las protenas que funcionan como receptores de drogas, otransductores de seales, podremos modular la concentracin y/o afini-dad de los medicamentos, inclusive al grado de disear drogas especfi-cas para cada individuo, dependiendo del alelo particular que se tenga(42, 44, 46).

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La terapia gnica

Independientemente del buen uso de los sistemas de diagnstico quepermitan orientar el estilo de vida conforme al conocimiento de nues-tros polimorfismos genticos y por ello de nuestra predisposicin aenfermedades, habr siempre individuos que nazcan con enfermeda-des genticas complicadas y terribles. De esta realidad surge la posibili-dad de la terapia gnica, como una estrategia orientada a curar las defi-ciencias genticas. Esta metodologa implica el introducir una o variascopias de genes normales para sustituir la funcin de genes ausentes omutantes en los cromosomas de las clulas de enfermos, para as curar laenfermedad (figura III.11).

En el momento actual, los esfuerzos correctivos de terapia gnicaestn orientados a introducir genes normales o mensajeros antisentidoen las clulas somticas del organismo que presentan alguna deficienciagentica. Hace tan slo unos aos, fue realizado un primer experimentoen clulas de la mdula espinal de un nio con una enfermedad deinmunodeficiencia; estas clulas aisladas y cultivadas in vitro, fuerontransformadas con genes normales para el defecto de la inmunodefi-ciencia y algunas de ellas incorporaron y expresaron el gene. Estas clulasmodificadas genticamente fueron posteriormente retransplantadas a lamdula del propio nio enfermo que despus de este tratamiento se harecuperado (47, 48).

ste es el primer experimento de terapia gnica en humanos que abreuna nueva rea y una nueva era en la medicina y la biologa modernas.Al da de hoy ya son varios los experimentos de terapia gnica realizadosen humanos, algunos inicialmente exitosos, lo cual es extraordinarioy alentador (34, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53).

Por otro lado, no existen a la fecha en principio y al menos porahora y no deben permitirse, intentos para modificar genticamentelas clulas germinales de nuestros organismos, clulas que son transferi-das a las generaciones humanas que nos sucedern. La decisin de nopermitir efectuar experimentos en clulas germinales, se sustenta pri-mariamente en la conviccin de que es inaceptable experimentar con lavida humana cuando no podemos conocer ni predecir, por ahora, el im-pacto global que pudiera tener este tipo de intervencin gentica en unnuevo ser humano.

Si tratamos de juzgar la manera en que debemos proceder desde elpunto de vista tico y moral con los procedimientos de la terapia gnica

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y el diagnstico gentico, o con cualquier otro aspecto de la gentica quepudieran tener consecuencias para la vida humana, diramos, como hasealado James Watson, que debemos orientar nuestros esfuerzos a pro-piciar el desarrollo de marcos jurdicos y de acciones sociales, que impli-quen o permitan los potenciales ms altos para mejorar la calidad de lavida humana. Actuando de esta manera, sin embargo, se debe esperarcontroversia, ya que el nuevo conocimiento genmico modificar la per-cepcin sobre nosotros mismos y nuestro lugar en el planeta, e induda-blemente entrar en conflicto con valores tradicionales. Adems, nodebe olvidarse que, de cualquier manera, las herramientas del DNArecombinante y el conocimiento sobre los genomas, los transcriptomas ylos proteomas estn ya con nosotros, y que tenemos la obligacin de usar-los no slo para beneficio de la raza humana sino de la vida misma (8,11, 34, 53, 54, 55, 56). Finalmente, sealaramos que la declaracin de laConferencia General de la UNESCO en 1997, sobre El Genoma Humano(57), resulta ser un avance fundamental en este sentido, ya que generaun marco moral y tico sobre los derechos y responsabilidades para elmanejo de la informacin gentica presente en el genoma de la razahumana, y permite simultneamente abrir un espacio relevante para elanlisis y el debate sobre el manejo de los genomas de otros organismos,con los que conformamos la biodiversidad de nuestro planeta.

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PORTADACONTENIDOAGRADECIMIENTOS Y ACLARACIONESALGUNOS ACONTECIMIENTOS RELEVANTES PARA EL DESARROLLO DE LA BIOTECNOLOGAINTRODUCCIN GENERAL1 Seccin: Fundamentos de la biotecnologa modernaCaptulo I MOLCULAS INFORMACIONALES DE LA CLULA VIVA CIDOS NUCLEICOS Y PROTENAS. / F. G. Bolvar ZapataLA CLULA VIVA; COMPONENTES Y FUNCIONESMETABOLISMO CELULARLOS CROMOSOMAS SON LAS ESTRUCTURAS CELULARES DONDE RESIDE EL MATERIAL GENTICOLA ESTRUCTURA DEL DNAEL DNA; SU REPLICACIN Y LA SNTESIS DE RNA Y DE PROTENASMUTACINLAS PROTENAS; SU ESTRUCTURA Y FUNCIN BIOLGICAREGULACIN DE LA EXPRESIN DE LOS GENESCARACTERIZACIN DE LOS PROCESOS Y DE LAS HERRAMIENTAS CELULARESBIBLIOGRAFA

Captulo II INGENIERA GENTICA LAS HERRAMIENTAS MOLECULARES Y LOS MTODOS PARA AISLAR, CARACTERIZAR Y MANIPULAR EL DNA. / F. G. Bolvar ZapataLA MANIPULACIN IN VITRO DEL MATERIAL GENTICOLAS HERRAMIENTAS CELULARES; ENZIMOLOGA DE CIDOS NUCLEICOSTCNICAS PARA LA GENERACIN Y SEPARACIN DE FRAGMENTOS DE DNASNTESIS QUMICA DE DNAMTODOS PARA DETERMINAR LA SECUENCIA DE NUCLETIDOS DEL DNAREACCIN EN CADENA DE POLIMERASA O PCREL VEHCULO MOLECULAR; HERRAMIENTA FUNDAMENTAL PARA LA CLONACIN MOLECULAR Y EXPRESIN DE DNAEL DISEO Y CONSTRUCCIN DE SISTEMAS DE EXPRESIN DE MATERIAL GENTICO PARA LA PRODUCCIN DE PROTENASBIBLIOGRAFA

Captulo III CIENCIA GENMICA, PROTEMICA Y BIOINFORMTICA EL GENOMA Y EL PROTEOMA HUMANO. / F. G. Bolvar ZapataGENES INTERRUMPIDOS EN EUCARIONTES; SNTESIS Y PROCESAMIENTO DE RNAEL GENOMA, EL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA DEL ORGANISMO VIVOLAS BASES DE DATOS DE INFORMACIN GENMICA Y PROTEMICA. LA BIOINFORMTICAESTUDIO DE LA EXPRESIN GNICA Y LOS MICROARREGLOSEL GENOMA Y EL PROTEOMA HUMANOEL USO E IMPACTO DE LA INFORMACIN GENMICA EN LA SALUD; EL INICIO DE LA MEDICINA MOLECULARBIBLIOGRAFA

Captulo IV SURGIMIENTO DE LA BIOTECNOLOGA MODERNA MICROORGANISMOS TRANSGNICOS Y PRODUCCIN DE PROTENAS HETERLOGAS. / F. G. Bolvar ZapataEL NACIMIENTO DE LA BIOTECNOLOGA MODERNAPRODUCCIN DE PROTENAS RECOMBINANTES HETERLOGAS DE USO MDICO POR MTODOS DE DNA RECOMBINANTE; LOS PRIMEROS EJEMPLOSVACUNAS Y ANTICUERPOS RECOMBINANTESANIMALES Y PLANTAS TRANSGNICOS PARA LA PRODUCCIN DE PROTENAS HUMANASBIBLIOGRAFA

Captulo V MANIPULACIN GENTICA DE ANIMALES TRANSGNESIS Y CLONACIN. / H. Barrera SaldaaDISEO Y CONSTRUCCIN DE LOS PRIMEROS ANIMALES TRANSGNICOSAUGE DE LA TRANSGNESIS EXPERIMENTALMETODOLOGA PARA LA CONSTRUCCIN DE ANIMALES TRANSGNICOSANIMALES TRANSGNICOS CON FINES DE INVESTIGACIN BSICA Y APLICADAEJEMPLOS DE TRANSGNESIS CON FINES COMERCIALESINDUSTRIA BIOTECNOLGICA DE ANIMALES TRANSGNICOSCLONACIN ANIMALMTODOS DE CLONACINPRIMEROS EJEMPLOS DE CLONACIN DE ANIMALESAPLICACIONES DE LA CLONACINREESCRIBIENDO LA HISTORIA NATURALBIBLIOGRAFA

Capitulo VI PLANTAS TRANSGNICAS. / L. Herrera-Estrella y M. Martnez TrujilloLA IMPORTANCIA DE LAS TCNICAS DE FITOMEJORAMIENTO PARA INCREMENTAR LA PRODUCCIN AGRCOLAMTODOS DE TRANSFORMACIN GENTICA DE PLANTASEL SISTEMA DE AGROBACTERIUM TUMEFACIENSBIOBALSTICAAPLICACIONES DE LA INGENIERA GENTICA DE PLANTASMEJORAMIENTO DE LA COMPOSICIN Y CUALIDADES DE SEMILLAS Y FRUTOSALTERACIN DE LA VIDA DE ANAQUEL DE FRUTOSRESISTENCIA A VIRUS, BACTERIAS Y HONGOS FITOPATGENOSPLANTAS TRANSGNICAS RESISTENTES AL ATAQUE DE INSECTOSPLANTAS TRANSGNICAS CON MAYOR TOLERANCIA A FACTORES AMBIENTALESLAS PLANTAS COMO BIORREACTORESPRODUCCIN DE VACUNAS ORALES EN PLANTAS TRANSGNICASPRODUCCIN DE PLSTICOS BIODEGRADABLES Y NUEVAS FIBRASUSO COMERCIAL DE PLANTAS TRANSGNICASALGUNOS ASPECTOS DE LA BIOSEGURIDAD RELACIONADOS CON LA SIEMBRA Y CONSUMO DE PRODUCTOS TRANSGNICOSPERSPECTIVAS Y CONCLUSIONESBIBLIOGRAFA

Captulo VII INGENIERA DE PROTENAS Y EVOLUCIN DIRIGIDA. / X. Sobern Mainero y G. M. Montero MornLAS PROTENAS COMO HERRAMIENTAS MOLECULARESBIOCATLISIS Y BIOTECNOLOGA MODERNARETOS A RESOLVER. MITOS Y REALIDADESENFOQUESMBITO DE OPORTUNIDADESBIBLIOGRAFA

Captulo VIII INGENIERA CELULAR MICROBIANA. / G. Gosset Lagarda y F. G. Bolvar ZapataLA PRODUCCIN DE BEBIDAS Y ALIMENTOS POR PROCESOS DE FERMENTACIN; EL NACIMIENTO DE LA BIOTECNOLOGAFISIOLOGA CELULAR MICROBIANATRANSPORTEMETABOLISMO Y REDES METABLICASREGULACIN GENTICA DE LA RED METABLICA CELULARLA IMPORTANCIA DEL CONOCIMIENTO DEL TRANSCRIPTOMA Y EL PROTEOMA DE LA CLULA PARA LA COMPRENSIN FINA DEL METABOLISMO CELULAREL METABOLOMAANLISIS DE FLUJOS METABLICOSANLISIS DEL CONTROL METABLICOLA INGENIERA CELULAR Y LA BIOINGENIERA DE PROCESOSESTRATEGIAS GENERALES DE LA INGENIERA CELULARINGENIERA CELULAR PARA LA PRODUCCIN DE COMPUESTOS AROMTICOS EN E. COLICARACTERSTICAS GENERALES DE LAS VAS DE SNTESIS DE COMPUESTOS AROMTICOSMODIFICACIN DE COMPONENTES DE LA VA COMN DE SNTESIS DE COMPUESTOS AROMTICOS PARA INCREMENTAR EL FLUJO DE CARBONO HACIA LA BIOSNTESIS DE DAHP Y CORISMATOMODIFICACIN DEL METABOLISMO CENTRAL PARA CANALIZAR ESQUELETOS DE CARBONO HACIA LA VA DE SNTESIS DE COMPUESTOS AROMTICOSCEPAS DE E. COLI PRODUCTORAS DEL AMINOCIDO FENILALANINABIBLIOGRAFA

Captulo IX INGENIERA BIOQUMICA. / O. T. Ramrez ReivichLA MISIN DE LA INGENIERA BIOQUMICALOS ORGENES DE LA INGENIERA BIOQUMICA Y LOS BIOPROCESOSLA INGENIERA BIOQUMICA MODERNAEL CULTIVO DE MICROORGANISMOS, CLULAS Y TEJIDOS PARA LA GENERACIN DE PRODUCTOSENTENDIENDO LAS CARACTERSTICAS Y REQUERIMIENTOS DE LA CLULA PARA PRODUCIR METABOLITOSESTEQUIOMETRA DEL CRECIMIENTO CELULAR Y PRODUCCIN DE METABOLITOSCINTICA DEL CRECIMIENTO CELULAR Y PRODUCCIN DE METABOLITOSFUNCIONAMIENTO Y DISEO DE BIORREACTORES: IMPORTANCIA DEL ENTORNO CELULARFENMENOS DE TRANSPORTEMODOS DE OPERACINEL TRASLADO DEL LABORATORIO A LA INDUSTRIAESCALAMIENTO ASCENDENTEESCALAMIENTO DESCENDENTEINSTRUMENTACIN, CONTROL Y OPTIMIZACIN DE BIOPROCESOSBIBLIOGRAFA

Captulo X BIOTECNOLOGA Y BIODIVERSIDAD. / J. Sobern Mainero y J. Golubov FigueroaLA BIODIVERSIDAD COMO RIQUEZA NATURAL ESTRATGICA DE MXICOBIOTECNOLOGA Y BIODIVERSIDADMTODOS DE LA BIOLOGA MOLECULAR APLICADOS A LA CONSERVACIN Y MANEJO DE LA BIODIVERSIDADPOSIBLES RIESGOS; LA BIOSEGURIDADEL POTENCIAL DE LA BIOTECNOLOGA Y LA BIODIVERSIDADACCESO A LOS RECURSOS GENTICOSBIBLIOGRAFA

Captulo XI BIOTECNOLOGA AGROECOLGICA, BIODIVERSIDAD Y AGRICULTURA SUSTENTABLE. / J. A Serratos HernndezBIOTECNOLOGA AGROECOLGICAECOSISTEMAS Y AGROECOSISTEMASSITUACIN DE LOS AGROECOSISTEMAS EN MXICOAGRICULTURA SUSTENTABLE Y BIOTECNOLOGA AGROECOLGICABIBLIOGRAFA

2 Seccin: Casos exitososLA VACUNA CONTRA LA HEPATITIS B UN XITO DE LA BIOTECNOLOGA. / C. F. Arias OrtizINTRODUCCINCONTRIBUCIN DE LA BIOTECNOLOGA AL CAMPO DE LA VACUNACINLA VACUNA CONTRA LA HEPATITIS B: UN XITO DE LA BIOTECNOLOGAEPIDEMIOLOGA E IMPORTANCIA MDICA DE LA HEPATITIS BCONOCIMIENTO DE LA BIOLOGA DEL VIRUS COMO ANTECEDENTE NECESARIO PARA EL DESARROLLO DE LA VACUNA RECOMBINANTEHISTORIA DEL DESARROLLO DE LAS VACUNAS CONTRA HEPATITIS BIMPACTO DE LA VACUNA RECOMBINANTE SOBRE LA INFECCIN POR VHB Y EL CHCESFUERZOS EN PASES EN DESARROLLO PARA PRODUCIR LA VACUNA RECOMBINANTE DE VHBINVESTIGACIN EN MXICO SOBRE VACUNAS RECOMBINANTESCONCLUSIONES Y CONSIDERACIONES GENERALESBIBLIOGRAFA

LA PRODUCCIN DE HORMONAS DEL CRECIMIENTO POR TCNICAS DE INGENIERA GENTICA SU UTILIZACIN EN LOS SECTORES DE LA SALUD Y PECUARIO. / H. A. Barrera Saldaa, I. P. Rodrguez Snchez, C. N. Snchez Domnguez, A. A. Prez Maya, J. A. Ascacio Martnez y G. Padilla RivasINTRODUCCINLA FAMILIA DE LA HORMONA DEL CRECIMIENTO (GH)HORMONAS DEL COMPLEJO GH-PL DEL HUMANOHORMONAS DEL CRECIMIENTO DE ORIGEN ANIMALPOTENCIAL BIOTECNOLGICO DE LAS GHsSISTEMAS DE EXPRESIN PARA LAS HORMONAS DEL CRECIMIENTOHORMONAS RECOMBINANTES DEL CRECIMIENTO: UNA OPORTUNIDAD PARA MXICOPERSPECTIVASBIBLIOGRAFA

BIOTECNOLOGA FARMACUTICA MODERNA EN MXICO EL CASO DE PROBIOMED S.A. DE C. V. / O.T. Ramrez Reivich, J. Uribe de la MoraINTRODUCCINTENDENCIAS EN BIOTECNOLOGA FARMACUTICA RELEVANTES PARA EL CASO PROBIOMEDPROBIOMED S.A. DE C.V.PLATAFORMAS TECNOLGICASINVESTIGACIN Y DESARROLLOOTRAS CARACTERSTICAS DISTINTIVAS DEL CASO PROBIOMEDEL XITO DE PROBIOMEDBIBLIOGRAFA

CASOS EXITOSOS DE LA TECNOLOGA ENZIMTICA Y LA BIOCATLISIS EN MXICO. / A. Lpez Mungua CanalesINTRODUCCINEL MERCADO EN MXICOALGUNOS EJEMPLOS DE DESARROLLOS CIENTFICOS Y TECNOLGICOS EN LA ENZIMOLOGA Y LA BIOCATLISIS EN MXICO EN LOS LTIMOS 25 AOSPRODUCCIN DE LECHES DESLACTOSADASPRODUCCIN DE FRUCTOSA A PARTIR DE AGAVEPRODUCCIN ENZIMTICA DEL CIDO 6 AMINOPENICILNICO (6APA) Y PENICILINAS SEMISINTTICASADITIVO ENZIMTICO PARA RETRASAR EL ENDURECIMIENTO DE LA TORTILLA DE MAZENZIMAS EN MEDIOS NO CONVENCIONALESLAS ENZIMAS Y LOS NUEVOS ANTIVENENOSCONCLUSIONESBIBLIOGRAFA

MEJORAMIENTO DE CARACTERSTICAS Y CALIDAD ALIMENTARIAS Y NUTRACUTICAS DE PLANTAS MEDIANTE BIOTECNOLOGA MOLECULAR ALGUNOS EJEMPLOS. / J. A. Osuna-Castro y O. Paredes-LpezINTRODUCCINBIOMACROMOLCULAS DE INTERS ALIMENTARIOMICRONUTRIENTESALERGENICIDAD EN CULTIVOS MODIFICADOS GENTICAMENTECONSIDERACIONES FINALESBIBLIOGRAFA

BIOCONTROL DE PLAGAS AGRCOLAS Y ENFERMEDADES DE LAS PLANTAS. / E. Torres Snchez, H. M. Crdenas Cota y Ma. M. de la Torre MartnezINTRODUCCINBIOCONTROLBIOTECNOLOGA Y BIOCONTROLBIOCONTROL EN MXICOREGULACIN DE AGENTES PARA EL CONTROL BIOLGICO EN MXICOEL CASO DE AGROBIOLGICOS DEL NOROESTE S.A. DE C.V.EL FUTUROBIBLIOGRAFA

LAS HERRAMIENTAS BIOTECNOLGICAS PARA EL DIAGNSTICO DE ENFERMEDADES DE LAS PLANTAS Y PARA SU MEJORAMIENTO GENTICO. / I. Torres-Pacheco, M. M. Gonzlez Chavira y R. G. Guevara GonzlezINTRODUCCINEL DIAGNSTICOMTODOS INMUNOLGICOSDIAGNSTICO MOLECULARLA DETECCIN DE PATGENOS COMO BASE DEL DIAGNSTICO; CASOS EXITOSOSEXPERIENCIA EN MXICO EN EL DIAGNSTICO MOLECULAR DE VIRUS EN AGRICULTURAALTERNATIVAS Y VENTAJAS DEL DIAGNSTICO MOLECULAR PARA EL MANEJO DE VARIEDADES DE PLANTASGENMICA Y DIAGNSTICO MOLECULAR EN LA AGRICULTURABIBLIOGRAFA

LA EXPERIENCIA DEL GRUPO SAVIA EN EL CAMPO MEXICANO. / P. Bosch GuhaINTRODUCCINGRUPO SAVIAPARTICIPACIN EN MXICOESQUEMA CONCEPTUALEL MERCADOLA TECNOLOGA MODERNA DE PRODUCCIN AGRCOLA Y LA PARTICIPACIN DEL GRUPO SAVIAEL CASO DE LA MICROPROPAGACIN DE AGAVE PARA LA INDUSTRIA DEL TEQUILAZONAS DE CULTIVOSELECCIN DE SOCIOSCONSIDERACIONES FINALESBIBLIOGRAFA

DESARROLLO Y APLICACIN DEL PROCESO BIOFERMEL UNA FERMENTACIN LCTICA PARA EL APROVECHAMIENTO EFICIENTE DE LA MELAZA POR EL GANADO. / G. Viniegra GonzlezINTRODUCCINPLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAINVESTIGACIN Y DESARROLLO DE LA INVENCINDESARROLLO COMERCIAL DEL PROCESO BIOFERMELOPORTUNIDADES FUTURAS PARA OTRAS FERMENTACIONES GANADERASREFLEXIONES SOBRE LA ESTRATEGIA DE INNOVACIN Y TRANSFERENCIA DE LA TECNOLOGABIBLIOGRAFA

UNA EXPERIENCIA EN EL DESARROLLO DE TECNOLOGA BIOLGICA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. / A. Noyola RoblesINTRODUCCINLA VA BIOTECNOLGICA EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESPROCESOS ANAEROBIOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESINFRAESTRUCTURA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN MXICODESARROLLO Y TRANSFERENCIA DE UNA TECNOLOGA ANAEROBIA NACIONALIMPACTO DEL PROYECTOCONCLUSIONESBIBLIOGRAFA

EL DESARROLLO DE BIOPROCESOS PARA EL TRATAMIENTO DE AIRE CONTAMINADO EMITIDO POR FUENTES FIJAS. / S. Revah Moiseev e I. Ortiz LpezINTRODUCCINTCNICAS DE TRATAMIENTOMTODOS BIOTECNOLGICOSFUNDAMENTOS DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE AIREEL MODELO DE OTTENGRAF Y VAN DEN OEVERUN PROYECTO EXITOSO UNIVERSIDAD-INDUSTRIA: EL DESARROLLO DE BIOLAVADORES PARA EL TRATAMIENTO DE EFLUENTES GASEOSOSDESARROLLO DE UN PROCESO DE PURIFICACIN BIOLGICARELEVANCIA DE LA INVESTIGACIN EN BIOFILTRACINCONCLUSIONESBIBLIOGRAFA

PECES TRANSGNICOS EN ACUACULTURA EL CASO DEL SUPERSALMN. / A. Gracia GascaINTRODUCCINPOTENCIAL DE LA BIOTECNOLOGA PARA EL DESARROLLO DE LA ACUACULTURAPRODUCCIN DE ANIMALES ACUTICOS TRANSGNICOSSELECCIN Y CONSTRUCCIN DE GENES RECOMBINANTES Y MTODOS DE TRANSFERENCIA GNICA PARA LA PRODUCCIN DE PECES TRANSGNICOSCONSTRUCCIN DEL SUPERSALMN TRANSGNICOBIBLIOGRAFA

ANEXO Por un uso responsable de los organismos genticamente modificados

EXTRACTOS CURRICULARES DE LOS AUTORESNDICE DE MATERIASABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXZ

atras:

adelante: