El "ADN basura" juega un papel crucial en las enfermedades humanas

Mucho más de nuestro genoma es biológicamente activo de lo que se pensaba, alrededor del 80%, un equipo internacional que involucró a más de 400 científicos reveló ayer. Los investigadores explicaron que solo aproximadamente el 1% de nuestro genoma tiene regiones genéticas que codifican proteínas, lo que les ha hecho preguntarse qué está pasando con el resto del ADN. Ahora que sabemos que las cuatro quintas partes del genoma son bioquímicamente activas, de una manera que regula la expresión de genes cercanos, los genetistas se dan cuenta de que mucho menos de nuestro genoma consiste en ADN basura como se creía.
9 Los expertos creen que estos nuevos hallazgos nos ayudarán a comprender mejor cómo se desarrollan y se comportan varias enfermedades, lo que puede conducir a tratamientos más efectivos y específicos.
El genoma humano tiene el doble de genes de lo que se pensaba anteriormente. Muchos de los genes previamente desconocidos juegan un papel en el control celular, que puede tener un impacto en el desarrollo de enfermedades humanas.
El consorcio internacional de científicos analizó y experimentó la secuenciación de datos de 140 tipos diferentes de células humanas e identificó miles de regiones de ADN que ayudan a dirigir las actividades de nuestros genes.
Manolis Kellis, profesor asociado de ciencias de la computación en el MIT, y coautor de un informe que ha aparecido en varias revistas científicas, incluyendo Naturaleza, dijo:

"Los humanos son 99.9 por ciento idénticos entre sí, y usted solo tiene una diferencia en cada 300 a 1,000 nucleótidos. Lo que ENCODE le permite hacer es proporcionar una anotación de lo que hace cada nucleótido del genoma, de modo que cuando esté mutado, podamos hacer algunas predicciones sobre las consecuencias de la mutación ".

¿Qué es ENCODE?

CODIFICAR (Encyclopedia of DNA Elements) es un conglomerado público de investigación lanzado por el NHGRI (Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano) en los Estados Unidos, y el EMBL-European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) en el Reino Unido, en 2003. Su objetivo es identificar todos los componentes funcionales del genoma humano. El NHGRI y EMBL-EBI se comprometieron a publicar todos los datos del proyecto de inmediato en las bases de datos públicas.

Lo que los científicos inicialmente pensaron que era ADN basura en realidad es bioquímicamente activo.Uno de los objetivos de ENCODE era comprender mejor el genoma humano más allá de los genes que codifican proteínas. Los científicos pueden hacer esto al examinar los cambios químicos que ocurren en tramos individuales de ADN; estos tramos controlan cuándo se activan regiones genéticas específicas. Las modificaciones químicas varían según el tipo de célula, y pueden cambiar el ADN directamente, o solo las proteínas histonas que rodea el ADN.
Se publicó un proyecto piloto en 2007, que examinó el 1% del genoma humano.
Para mapear estos epigenomas (modificaciones), los investigadores recopilaron datos de varios tipos de células. Mientras que algunos laboratorios midieron las modificaciones de la histona del ADN, otros evaluaron el acceso a varios tramos de ADN cortándolos en fragmentos con enzimas.
ENCODE es una colaboración de 442 científicos de 32 laboratorios en Japón, Singapur, España, EE. UU. Y el Reino Unido. Juntos, generaron y examinaron más de 15 terabytes de datos en bruto: todos estos datos ahora están disponibles públicamente. Han utilizado aproximadamente 300 años de tiempo de computación, centrándose en 147 tipos de tejidos para descubrir qué activa y desactiva ciertos genes, y las características específicas de los interruptores en diferentes tipos de células.

Los científicos de ENCODE encontraron que aproximadamente el 80% del genoma humano está involucrado en algún tipo de evento bioquímico, como la unión a proteínas, que se une específicamente a las proteínas que impactan en cómo se usan los genes vecinos. También descubrieron que las mismas regiones reguladoras tienen diferentes roles que jugar, dependiendo del tipo de célula en la que están actuando.
Los científicos analizaron la conservación de los nucleótidos A, T, C y G en las nuevas regiones reguladoras que habían identificado. Los nucleótidos se conservan si permanecen iguales durante largos períodos durante nuestra evolución. Esto puede examinarse comparando cómo ocurren las variaciones entre diferentes especies, o entre individuos de la misma especie.
En un comunicado en línea, el Instituto Europeo de Bioinformática, escribió:

"El 5 de septiembre, un equipo internacional de investigadores revela que mucho de lo que se ha llamado 'ADN basura' en el genoma humano es en realidad un panel de control masivo con millones de interruptores que regulan la actividad de nuestros genes. Sin estos interruptores, los genes no trabajo - y las mutaciones en estas regiones pueden conducir a la enfermedad humana ".

Tres mil millones de pares de código genético

Hasta el momento, ENCODE ha analizado los tres mil millones de pares de códigos genéticos que componen el ADN humano. Científicos del Instituto Europeo de Bioinformática explicaron que han identificado la función del genoma de 4 millones de genes interruptores, lo que ayudará a los investigadores a concentrarse en áreas específicas de la enfermedad humana y, con suerte, a encontrar formas de tratarlas o curarlas mejor. Agregaron que los interruptores están a menudo muy lejos a lo largo del genoma del gen que regulan.
Ewan Birney, del Instituto Europeo de Bioinformática, coordinador principal de análisis de ENCODE, dijo: "Nuestro genoma simplemente está vivo con interruptores: millones de lugares que determinan si un gen se enciende o apaga. El Proyecto Genoma Humano mostró que solo el 2% del El genoma contiene genes, las instrucciones para fabricar proteínas. Con ENCODE, podemos ver que alrededor del 80% del genoma está haciendo algo activamente. Descubrimos que una parte mucho más grande del genoma -una cantidad sorprendente, de hecho- está involucrada en el control cuándo y dónde se producen las proteínas, que simplemente fabricando los bloques de construcción ".

Ian Dunham, también del European Bioinformatics Institute, dijo que ENCODE es una herramienta de investigación útil para cualquier investigador que investigue las enfermedades humanas.Los científicos que investigan enfermedades a menudo tienen una buena idea sobre qué genes están involucrados, pero necesitan datos sobre qué interruptores desempeñan un papel. En algunos casos, las ubicaciones de estos interruptores no están donde esperaban que estuvieran. Dunham dijo que "ENCODE nos da un conjunto de pistas muy valiosas a seguir para descubrir los mecanismos clave en juego en la salud y la enfermedad. Esos pueden ser explotados para crear medicamentos completamente nuevos, o para reutilizar los tratamientos existentes".
Un investigador principal de ENCODE, el Dr. Michael Snyder, profesor y presidente de la Universidad de Stanford, explicó que ENCODE nos proporciona los conocimientos necesarios para que podamos ver más allá de la estructura lineal del genoma y cómo se conecta toda la red. Los estudios de asociación de todo el genoma nos ayudan a comprender dónde se localizan ciertos genes, así como qué secuencias los controlan. Snyder dijo: "Debido a la forma compleja y tridimensional de nuestro genoma, esos controles a veces están lejos del gen que regulan y giran para ponerse en contacto. Si no fuera por ENCODE, es posible que nunca hayamos buscado en esas regiones. un paso importante hacia la comprensión del diagrama de cableado de un ser humano. ENCODE nos ayuda a analizar en profundidad el circuito regulador que nos dice cómo todas las piezas se unen para formar un ser complejo ".
Antes, generar y almacenar enormes volúmenes de datos era un problema en la investigación biomédica. Sin embargo, a medida que la productividad de la secuenciación del genoma ha mejorado y se vuelve más económica, el foco se ha movido al análisis, es decir, interpretando los datos generados a partir de los estudios de asociación del genoma completo. Los científicos de la Universidad de Cambridge dijeron que "los socios de ENCODE han estado trabajando sistemáticamente a través del genoma humano, usando los mismos métodos computacionales y de laboratorio húmedo y reactivos en laboratorios distribuidos en todo el mundo".
Ewan Birney dijo:

"Lo que se trata de conseguir a las mejores personas con la mejor experiencia en conjunto. ENCODE realmente ha demostrado que los principales científicos de la vida son muy buenos para colaborar estrechamente a gran escala para producir excelentes recursos fundamentales que toda la comunidad puede utilizar".

Los científicos enfatizaron que pasarán varios años antes de que los médicos y los pacientes vean beneficios tangibles de ENCODE.

Escrito por Christian Nordqvist