Estructura del DNA Humano En lo que respecta a su cariotipo, el DNA de un individuo humano se organiza en 23 cromosomas homólogos entre sí, siendo 22 autosomales y 1 sexual. En cada cromosoma, hay distintos sitios con distintas funciones (no necesariamente transcriptoras). Hay sitios donde comienza la duplicación, la transcripción, sitios codificantes para proteínas, sitios reguladores de transcripción, etc. Con lo que respecta a las diferencias entre procariontes y eucariontes, los primeros tienden a tener una correlación positiva entre el tamaño de su genoma y la cantidad de genes que hay en el mismo (mientras más grande sea su genoma, más genes va a transcribir). En cambio, los eucariontes no presentan esta correlación, ya que hay organismos con menor cantidad de DNA que transcriben muchas más proteínas que otros que poseen mayor cantidad de DNA. Esto es lo que se denomina “ Paradoja del Valor C” donde, en eucariontes, no hay una relación entre la cantidad de DNA y su complejidad tanto morfológica como en transcripción.
La densidad de los genes en un cromosoma se puede relacionar con el patrón de bandeo G donde, las regiones menos condensadas (más GC), poseen más genes y repeticiones ALU, mientras que las regiones más condensadas (más AT), poseen menos genes y más repeticiones Line. Los organismos procariontes poseen, en general, menos dispersión entre los genes, siendo estos más cercanos. Estos genes son continuos, sin presentar intrones. Además, poseen las mismas regiones operadoras de la transcripción. En cambio, los eucariontes poseen mayor dispersión entre los genes, siendo separados por gran cantidad de DNA repetitivo. Los genes no son continuos ya que se encuentran separados por intrones y exones. Por último, posee muchas más regiones que controlan la transcripción dentro de estos genes.
Tandem
Elementos Dispersos Cortos (SINE)
Tipos de Repeticiones
Repeticiones continuas de una serie de bases.)
Menos de 500 bases, altamente repetidas. No codificante.
Elementos Dispersos Largos (LINE)
6400 pares de bases de longitud, moderadamente repetido.
Repeticiones Largas Terminales (LTR)
Copias insertadas a partir de retrovirus al DNA humano. Suelen ser Proto-oncogenes.
Transposones de DNA
Repetición de un gen en el DNA pero que está truncado.
Genética de las Bacterias Los genomas bacterianos tienden a ser menores que los eucarioticos. Son haploides y suelen ser muy compactados, sin la presencia de intrones o repeticiones estructurales. Además, muchos de los genes actúan como operones (sucesión transcriptora, funcionalmente relacionados). Además, pueden presentar una molécula extra de DNA denominada Plásmido, el cual es DNA no-esencial y que presenta otros genes que la bacteria puede ocupar. Las fuentes de variación en bacterias tienden a ser similares a las eucarioticas, aunque hay diferencias. La transformaciónm bacteriana ocurre cuando una bacteria ingresa a su organismo DNA que se encuentra en el ambiente y lo agrega a su DNA esencial. La conjugación es el ingreso de un plasmido por medio del intercambio entre bacterias. La transducción ocurre cuando un virus bacteriano hace ingresar a la bacteria un gen que es de otra bacteria y éste se une al DNA. Debido a esta transferencia horizontal entre bacterias es difícil ocupar el término “especie” como en organismos donde, la transferencia horizontal, tiende a ser mucho menor. En bacterias, la clasificación tiende a darse por el metabolismo que estas poseen y el gen de la 16S rRNA (como un OTU). Además, los individuos tienen que tener un 70% de coincidencia entre su genotipo, fenotipo similar, y otros criterios. En general, los conceptos de ecotipo (grupo de bacterias ecológicamente similares y cuya diversidad genética está limitada por fuerzas cohesivas como selección periódica, deriva génica o ambas) y metapoblación (Set de subpoblaciones conectadas, limitadas por fuerzas evolutivas cohesivas. Ocupan una zona adaptativa mínimamente diferente de otros linajes y evolucionan independiente de otros linajes) van más acorde con ellas.
En antropología, el uso de las bacterias se da por ser un segundo genoma al cuál se pueden hacer análisis. Esto se debe a que las bacterias coevolucionan con los seres humanos, siendo marcadores directos e indirectos de movilidad poblacional, relaciones, etc. También se ocupa para el análisis paleopatológico
Ligamiento Genético Es la herencia de dos genes al mismo tiempo dada características físicas-espaciales (se encuentran en locis muy cercanos) o químicas (la combinación de otros genes puede resultar fatal). Este acontecimiento rompería con el 2 principio mendeliano de la herencia (independencia de los genes heredados). El entrecruzamiento (meiosis), rompe segmentos entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos, recombinando de distinta forma los alelos presentes en estas cromátidas produciendo gametos distintos a los tipos paternos. Ante el ligamiento espacial, al ocurrir el entrecruzamiento, va a acarrear varios genes consigo evitando su separación. z
Los genes ligados pueden ser de acoplamiento (CIS) en el que ambos genes presentan alelos dominantes, o de repulsión (trans), donde uno de los genes es dominante y el otro es recesivo. (Agregar lo de combinación y probabilidad) El mapa genético puede permitir dar cuenta sobre cómo están localizados dos genes ligados de un tercero en un cromosoma. Se hace en m.u. Permite dar cuenta de la relación entre los genes en un cromosoma. Hay ligamiento en lo que es el cromosoma sexual X, lo que hace que haya una diferencia en las proporciones de un fenotipo dependiendo si el individuo es masculino o femenino. Hace referencia a la herencia ligada o influenciada por el sexo.
Citogenética Estudio del cariotipo de las especies. Ante técnicas de tinción especial, se pueden observar la cantidad de cromosomas de un individuo dado. Tiene relevancia tanto en la identificación de nuevas especies, en la biomedicina y en la relación evolutiva en la adquisición o separación de los cromosomas entre especies. La clasificación de los cromosomas se otorga por el largo de los brazos P y Q de una cromátida con respecto al otro y al tamaño general del cromosoma.
Dependiendo de la pregunta a investigar es la técnica de ti nción de distintos cromosomas. La de bandeo G permite dar cuenta de secciones de DNA más compactado y menos compactado en un cromosoma. Es un patrón que permite una mejor distinción entre los cromosomas, ya que los homólogos lo comparten. Con estos patrones se puede observar un diagnóstico citogenético donde se puede percibir los cambios que ocurren en los cromosomas (adición, deleción, trisomía, translocación, traslación, etc). La tinción C permite dar cuenta del centrómero del cromosoma, mientras que el nitrato de plata permite dar cuenta de los lugares con DNA del NOR (centro organizador del nucléolo). Evolutivamente hablando, el cariotipo permite observar si los cromosomas, en el transcurso del tiempo, se juntaron o se separaron con respecto a dos especies distintas. Además, permite observar si hay una conservación en la sintenia de los genes (genes ubicados en los mismos cromosomas).
Bases Genéticas de las Enfermedades Humanas En lo que respecta a las enfermedades, muchas de éstas poseen causas tanto genéticas como ambientales. En la medida que las enfermedades estén más relacionadas con la genética de los individuos, serán más raras y unifactoriales. En cambio, si se relacionan más con el ambiente, serán multifactoriales y mucho más comunes y complejas. 1. Anomalías cromosómicas: Enfermedades causadas a nivel cromosómico, en el que los cromosomas del individuo son anómalos con respecto a su misma especie. Generalmente son letales y se expresan como abortos. a. Anomalías numéricas: Se relaciona con el aumento o disminución de uno o un conjunto de cromosomas en el individuo. (S. Down, S. Turner, S Kleinfelter) i. Euploidias: Es la pérdida o ganancia de un conjunto de cromosomas. Estos pueden ocurrir ya sea por una doble fecundación (Triploidia completa), problemas en la duplicación del DNA (no haya citokinesis) o porque el gameto duplicó la cantidad de DNA que tenía antes de la fecundación. ii. Aneuploidias: Pérdida o ganancia de algunos cromosomas en particular, ya sea de cromosomas autosomales como sexuales. Ocurren por problemas en la meiosis donde una cromátida homóloga (o hermana) no se separa (no-disyundicón), obteniendo gametos que poseen un par cromosómico de sobra y otros que le falte un cromosoma. b. Anomalías estructurales: se relaciona con las translocaciones, deleciones, duplicaciones e inversiones que pueden ocurrir en los cromosomas durante la meiosis. Tienden a afectar un gran segmento del cromosoma, por lo que se pueden observar a nivel de cariotipo. i. Deleciones: Es la pérdida de material cromosómico. 1. Terminales: Afecta al telómero de los brazos de un cromosoma. 2. Intersticiales: Afecta un segmento entre el centrómero y el telómero del cromosoma. ii. Duplicaciones: ganancia de material en un cromosoma iii. Translocaciones: Es la transferencia material cromosómico entre cromosomas no homólogos. Estás pueden ocurrir en la meiosis 1 como en la meiosis 2. a. Recíproca o Balanceada: Es el intercambio mutuo de fragmentos cromosómicos. b. No Balanceada: Cuando solo un cromosoma adquiere parte del otro, perdiéndose información. 2. Translocación Robertsoniana: iv. Inversiones: Un segmento del cromosoma se invierte. No hay pérdida ni ganancia de material. Puede afectar a aquellos genes que actúan en cadena. (operones) 1. Pericéntrica: la inversión afecta al centrómero del cromosoma, intercambiando genes de un brazo al otro. 2. Paracéntrica: La inversión afecta sólo a un brazo del cromosoma. v. Isocromosomas: La unión entre dos cromosomas homólogos, formándose cromosomas que combinen sólo los brazos Q o P. Los brazos de los nuevos cromosomas poseen la misma información genética. vi. Cromosomas Anillos: La ruptura de los extremos telomerales del cromosoma hacen que este se curve y los extremos se unan, formando un cromosoma circular. 2. Enfermedades monogénicas o Mendelianas: Aquellas que se relacionan con la herencia de un gen particular a la descendencia. a. Autosómicas dominantes: El gen que causa la enfermedad es dominante con respecto al que no la causa, por lo que sólo se necesita una copia para expresar la enfermedad. b. Autosómicas Recesivas: El gen que causa la enfermedad es recesivo, por lo que es necesario las dos copias en un individuo para que la enfermedad se exprese. c. Ligadas al sexo: El gen que causa la enfermedad (dominante o recesiva) se encuentra en el cromosoma X por lo que hay diferencias en la expresión de la enfermedad dependiendo del sexo del individuo. 3. Enfermedades mitocondriales: Enfermedades genéticas (Deleciones, duplicaciones y mutaciones puntuales) asociadas al genoma mitocondrial. Su herencia es exclusiva de la madre a los hijos. 4. Enfermedades complejas: Interacción de muchos genes con el ambiente.
5. Otras: impronta genómica. Dependiendo de le herencia de un cromosoma dado (padre o madre) se presenta o no una enfermedad dado el silenciamiento de ciertas regiones del DNA producto del sexo.
Genética Forense Dependiendo de las evidencias obtenidas y de lo que se tiene a mano, el uso o no de los marcadores genéticos se puede hacer necesario o innecesario. En general, el uso de técnicas genéticas se aplica cuando hay una gran variedad de restos biológicos del cuerpo, además cuando la identificación no se puede hacer por otros métodos. Asimismo, se aplica también a restos óseos encontrados. Para la identificación, se hace uso de los STR (Short Tandem Repeat) ya que, en una población dada, se observa una alta variabilidad en alelos y en repeticiones, por lo que sería baja la concordancia entre todas las repeticiones de dos individuos en una población. Si bien son muy útiles los problemas que acarrean son: necesidad de una buena preservación del material, más costosa, problemas con muestras degradadas.
DNA Antiguo Es el uso de técnicas genéticas a material genético degradado por el tiempo. El DNA de una célula, posterior a la muerte del individuo, se va degradando dado a la falta de un mecanismo de reparación. La degradación se ve afectada por la temperatura, la humedad, la carga bacteriana, el pH, etc. Al hacer análisis de DNA antiguo se tiene que tener mucha más precaución dado a los contaminantes que pueden estar en el ambiente. Los procedimientos de extracción y análisis tienen que ser más meticulosos que los de DNA actual. En general, los problemas presentados están asociados a la poca eficiencia, problemas en la amplificación y reproducibilidad del análisis (dado al estado degradado del DNA y a no saber cuál de los primers ocupado podrá amplificar), y a los contaminantes tanto de DNA foráneo como de sustancias inhibitorias de amplificación.
Marcadores Moleculares de DNA y mDNA Ocupa secciones específicas (locus) del DNA para poder evidenciar polimorfismos específicos en una región dada. El DNA ocupado puede ser tanto nuclear como citoplasmático, con función conocida o desconocida. En las células eucarioticas se puede aplicar tanto el DNA del núcleo como el DNA de sus mitocondrias. En las células vegetales, a esto se le agrega el de sus plastos. En general, el análisis de DNA nuclear suele ser más complejo que el de mitocondrial dada las características que tiene cada una (tamaño y complejidad mayor del DNA nuclear con respecto al mitocondrial, cantidad de alelos, cantidad por célula, etc). Para hacer análisis por medio de estos marcadores, aquellos que se ocupen tienen que ser lo más neutrales posible (no sujetos a variables evolutivas). En lo que es el DNA mitocondrial y el uso del cromosoma Y, se aplica a regiones no codificantes y que presentan una alta tasa de variación. Esta tasa de variación hace que se puedan agrupar los distintos DNA mitocondrial y Cromosoma Y en haplogrupos, los cuales permiten dar cuenta de las relaciones existentes entre las poblaciones. Los marcadores más comunes para hacer estos haplogrupos son los SNPs y los STR.
Genética de Poblaciones Es el estudio genético de la microevolución de las especies en poblaciones biológicas (conjunto de individuos conespecíficos que coexisten en un mismo espacio y tiempo). Las poblaciones son entes dinámicos, constantemente transformándose a través de las migraciones y fuerzas evolutivas. En el caso el ser humano, la coexistencia espacio-temporal no implica la reproducción entre los individuos (la equiprobabilidad reproductiva no existe) debido a factores culturales que estructuran la población. En ese sentido, la panmixia se rompe. Es por eso que, en el caso del ser humano, es mejor hablar de una metapoblación, Los efectos de estos procesos pueden aumentar como reducir la variabilidad en la población. Esto se debe a que el ingreso (o salida) de un genoma al pool genético afecta los alelos que existen en la población. El desequilibrio entre la frecuencia génica (de genomas específicos) y la frecuencia alélica en una población da cuenta sobre procesos evolutivos en la población.
