Para estudiantes BACH

22
junio

ADN TARTAMUDO (III)

En este post , abundando en el mismo tema, os retamos a  realizar ejercicios prácticos. Un buen entretenimiento para las vacaciones.

Como ejercicio práctico, vamos a proponer que se determine el parentesco entre 20 perfiles genéticos. Y lo vamos a hacer simplificando a sólo 8 locus STR independientes ( que nombraremos A,B,C,D,E,F,G y H  y cada uno de ellos con sólo  6 alelos diferentes (numerados del 1 al 6).

Perfiles familia para encontrar parentescoPerfiles genéticos simplificados. V= varón; H= hembra

1.-Entre los 20 perfiles genéticos que proponemos se encuentran los de una misma familia: abuelos, padres-tíos, y nietos  e indicamos, además que en total son entre 8 y 14 miembros. El resto no son familiares. ¿Podrías averiguar los perfiles de cada uno por su parentesco indicando el número que identifica cada perfil?.

Nota: para que sea más fácil encontrarlos vamos a dar una pista: el perfil nº 10 corresponde a una nieta.

2.-Y, otra cosa…¿qué variabilidad y discriminación entre la población -suponiendo que todas las combinaciones de los alelos sean equiprobables-  se obtendría en este caso simplificado. Es decir, para 8 locus independientes y 6 alelos/locus?.

3.- Y ya, para rizar el rizo, ¿Podrías calcular las probabilidades en alelos coincidentes entre 2 hermanos en sus genotipos para los 8 locus STR? Es decir, que no tengan ninguna, que tengan sólo una coincidencia, que tengan 2, que tengan 3, 4, 5…….. hasta que coincidan en todos.

Las respuestas parciales o completas se pueden remitir con asunto: “ADN tartamudo” a info@dnadidactic.com  Posiblemente habrá alguna sorpresa para los participantes a la vuelta de vacaciones. Plazo: hasta el 31 de Agosto de 2017: todo un verano para entretenerse resolviendo estas cuestiones.

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22
junio

ADN TARTAMUDO (II)

 

En el post anterior comentábamos que la combinación de los 2 alelos (genotipo) de cada locus STR en los 13 locus STR diferentes situados en los cromosomas homólogos de cada individuo indica su particular perfil genético. A este sistema de identificación también se le denomina CODIS (Combined DNA index system)

Pues bien en cada par de cromosomas que tenemos, uno de ellos ha sido recibido de un progenitor (padre biológico) y el otro homólogo del otro progenitor (madre biológica). De modo que si tenemos en un locus STR determinado la combinación o Genotipo (9, 12),  el 9 tiene que figurar en la combinación de uno de los progenitores (padre o madre biológicos) y el 12 en el otro progenitor (madre o padre biológicos) y lo mismo con los 12 restantes locus STR.

transmisión padres-hijosEn la figura ejemplo simplificado de transmisión de locus STR (Sólo 6 locus (A-F), con 6 alelos/locus cada uno (1-6) ).

En esto se basan las pruebas de ADN para determinar la paternidad/filiación. Para determinar otros tipos de parentesco, los perfiles genéticos no son  determinantes de modo absoluto, sino que se basan en  porcentajes de coincidencias. Así, por ejemplo, 2 hermanos tienen un porcentaje de coincidencia medio del 50%. Coincidirían, por término medio, en la mitad de los números entre las 13 combinaciones del perfil. Habrá hermanos que tengan más y otros que tengan menos, incluso podrían no coincidir en ninguno si hubiesen recibido de cada progenitor el cromosoma homólogo contrario al recibido  por el otro hermano, aunque será un caso muy poco probable. E, igualmente, por el motivo opuesto hasta podrían coincidir en todos.

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21
junio

ADN TARTAMUDO (I)

En el conjunto del ADN (genoma) existen secuencias que se repiten.  El tamaño de dichas secuencias en ocasiones es muy largo (Kb) ;  en otras, sólo centenares de pares de bases y también las hay de unos pocos pares de bases. El número de veces que se repiten también es muy variable. Algunas lo hacen miles de veces. Esas secuencias repetidas pueden estar dispersas en diferentes lugares del largo filamento de ADN o pueden estar situadas seguidas unas de otras. De estas secuencias repetidas seguidas – se les denomina repeticiones en tándem – a las que podemos considerar como “tartamudas”, es de lo que vamos a hablar en este post. Más concretamente de las de pequeño tamaño, y con un número de repeticiones no muy elevado,  conocidas en el argot biológico como secuencias STR (Short Tadem Repeat: repeticiones en tándem de secuencias cortas). Un ejemplo de secuencia STR indicada en una de las hebras del ADN:.. …. 5´ GCGTA GCGTA GCGTA GCGTA GCGTA GCGTA GCGTA 3´……. Secuencia de 5 pb que, en este caso se repite 7 veces seguidas.

adn tartamudo 1adn tartamudo 2adn tartamudo 3adn tartamudo 4Representación esquemática de una secuencia STR con diferente nº de repeticiones en cada caso

Todavía se desconoce el papel biológico que desempeñan este tipo de secuencias, pero tienen su utilidad,  ya que se ha comprobado que el número de repeticiones es variable entre los miembros de la población. Son como un gen con múltiples “alelos” diferentes por el nº de repeticiones, ya que según su número,  serán secuencias más cortas o más largas. Serán locus polimórficos de longitud. Y así, por su longitud es como se las detecta en los análisis.

Catalogados muchos de estos locus en el genoma humano se ha visto que para cada uno de ellos, en la población,  existe una variabilidad definida. Por ejemplo: entre 7 y 15 repeticiones o tartamudeos. Por tanto todas las personas tendremos: 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 o 15 repeticiones; o sea, 9 variantes o alelos para ese locus.

En el ADN de la población humana existen muchos locus STR, situados en diferentes cromosomas o en lugares diferentes del mismo cromosoma, aunque cada secuencia STR específica ocupa siempre el mismo locus.  Cada individuo tiene 2 cromosomas homólogos y en sus locus homólogos STR tendrán un alelo igual o diferente en cuanto al nº de repeticiones, o sea, de igual o distinta longitud. Siguiendo con el ejemplo anterior una persona puede ser  (7, 12) o (8,14) o (9,13) ó (15,15) ó……cualesquiera de las combinaciones de 2 e 2 para los 9 alelos: total 45 posibles combinaciones o genotipos. ( n(n+1)/2 ; en este caso  9 x10/2 =45).,

Si escogemos un número suficiente  de esos locus presentes en la población humana para que la variabilidad en el conjunto de todos ellos y  situados en diferentes cromosomas para que la transmisión sea independiente, podremos identificar a cada individuo por el conjunto de variantes de locus STR. Se ha comprobado que con 13 de esos locus, en sus combinaciones de 2 en 2 para cada uno, serían suficientes para identificar a un individuo entre varios miles de millones de ellos que presentarán otras combinaciones diferentes.

Siguiendo con el ejemplo anterior: Para uno de esos locus 45 posibles combinaciones, y suponiendo que los 12 locus restantes tengan la misma variabilidad (9 alelos, que en muchos de esos 12 locus restantes es incluso mayor), y al ser independientes,  la variabilidad sería de 45x45x45x45x45x…..(hasta 13 veces) = 4513 = muchos cuatrillones de combinaciones o genotipos diferentes. Se puede decir que podríamos identificar a cada persona humana particular desde que existe la humanidad por el análisis de esos 13 genes. Sólo en las personas gemelos univitelinos serían coincidentes. Dicho de otro modo, la probabilidad de que 2 individuos , escogidos al azar, coincidieran en las 13 combinaciones sería = 0, 000.000.000.000.000.000.000.0001%; o dicho de otra forma la probabilidad de que esa combinación fuese única =99,999.999.999.999.999.999.999.999 %.

Para los cálculos anteriores hemos considerado que cada uno de los alelos de cada locus tiene exactamente la misma probabilidad de estar presente en la población que cualquiera de los restantes y, por tanto, cada una de las 45 posibilidades de cada locus tenga la misma probabilidad de presentarse.  En las poblaciones humanas reales, algunos alelos son más frecuentes que otros por lo que la probabilidad real se reduce un poco;  1 entre varios miles de millones = 99,999.999.999.999% de que cada combinación personal sea única.

Esa combinación de 13 pares de números es lo que actualmente conocemos como perfil genético o DNI genómico y como se puede comprobar, sólo analiza una pequeñísima parte del ADN. Una parte del ADN no codificante (denominado anteriormente ADN basura). Una parte del ADN que –por lo que actualmente conocemos- no influye para nada en los caracteres biológicos de cada individuo.

Y sin embargo, el ADN de cada persona se identifica por su “tartamudeo” específico. Todos somos tartamudos y  cada persona  tiene su peculiar forma de tartamudear. Y eso es lo que nos identifica genéticamente.

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25
mayo

Divide y vencerás

Una de los hitos importantes para investigaciones  genómicas fue el descubrimiento de las endonucleasas o enzimas de restricción (ER) del ADN.  Son proteínas enzimáticas capaces de cortar la doble cadena de ADN y, por tanto, de trocearlo en fragmentos de diferente tamaño en función de los puntos en que se haya producido el corte. Dichos puntos acostumbran a ser específicos en la secuencia del ADN del sitio donde es cortado y cada enzima de restricción tiene su propia secuencia diana, rompiendo la doble cadena en ese lugar y no en otro. Cada tipo de ER fragmentará el ADN en tantos trozos como secuencias específicas diana contenga ese ADN. Un mismo ADN, por tanto, puede ser objeto de diferente tipo de “troceado” según el tipo de ER se haya utilizado. Esto es muy útil para la reconstrucción posterior (secuenciación) del ADN del mismo modo que si una misma imagen , como puede ser la de un puzle que por un lado estuviese compuesto de piezas de un tipo y la misma imagen por piezas de otro tamaño diferente. Comparando las piezas de uno y otro entre sí, resolveríamos la imagen del puzle más fácilmente.

La fragmentación del ADN, por otro lado, permite la realización de perfiles genéticos y la identidad genómica de los individuos. La separación de los fragmentos obtenidos se expresa mediante un código de barras correspondiente a cada fragmento que hace único cada código. En la actualidad se seleccionan sólo determinados puntos de corte para realizar el perfil de forma más limpia y con suficiente diversidad en su longitud para producir una variabilidad extraordinaria en el conjunto de los fragmentos obtenidos de forma que el perfil obtenido es único.

La especificidad de las secuencias diana, por otro lado, permite que fragmentos de ADN de diferentes genomas puedan empalmarse posteriormente formando genomas híbridos. En esto se basa la recombinación genética y la inserción de genes intra o interespecíficos en el genoma de una especie. Este es el fundamento del ADN-recombinante. La razón de esa facilidad de recombinación es que el corte de determinados ER no es en el mismo punto exacto de la doble cadena sino que el corte de cada cadena difiere en unos cuantos nucleótidos de distancia lo que hace que cualquier extremo con el mismo corte pueda de nuevo ser empalmado ya que se ajusta perfectamente.

adn recombinanteOtra de las características curiosas que se dan en los ER es la referente a su secuencia diana específica. Estas secuencias, en la mayoría de los casos, son secuencias palindrómicas o palíndromos. La secuencia un tramo palíndromo de ADN es idéntica en una y otra hebra si ambas son leídas en la misma dirección (5´a 3´ o de 3´a 5´). Enlace

En la actualidad se dispone de todo un arsenal de ER utilizados en ingeniería genética. Se obtienen a partir de bacterias y se nombran con las iniciales de su nombre científico, su cepa y por un nº latino del orden de su descubrimiento. Ejemplo EcoRI (Escherichia coli, Cepa RY13 y primera descubierta en esa especie).

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25
abril

SORTEO Día del ADN – DNA didactic

Con motivo del Día Internacional del ADN, un año más, en DNA didactic vamos a celebrarlo.

Este año hemos decidido sortear 5 de nuestros Kits Avanzados (nivel Bachillerato) para montar nuestro modelo tridimensional de ADN de 12 pb y estudiar su estructura, características y propiedades, mediante las indicaciones de la Guía Didáctica que incluye el Kit.

Sorteo Día del ADN 2017 - DNA didactic

SISTEMA DE PARTICIPACIÓN:

Envíanos un correo electrónico a info@dnadidactic.com (poniendo en el asunto del email: “Sorteo Día del ADN“) en el que respondas a la cuestión siguiente:

¿Cuál es el número de moléculas diferentes posibles de ADN formadas por 10 pares de bases?

Para responder correctamente a la cuestión planteada deberás, además de acertar el número, justificar en tu email los cálculos que has realizado para obtener tu respuesta.

PLAZO DE PARTICIPACIÓN:

Las respuestas pueden enviarse hasta el domingo 30 de abril de 2017 (incluido).

RESOLUCIÓN DEL SORTEO:

La respuesta correcta a dicha cuestión aparecerá publicada durante la siguiente semana (del 1 al 5 de mayo) en el blog de DNA didactic.

Quienes acierten la cuestión serán notificados por email durante esa misma semana a la dirección desde la que nos envíen su respuesta. El sorteo de los 5 kits didácticos (nivel avanzado) se realizará entre dichos acertantes; posteriormente notificaremos por email el resultado definitivo a las 5 personas ganadoras del Kit en el que se les solicitará la dirección para el envío del premio.

¡Mucha suerte a todos los participantes!

Feliz día y semana del ADN  :)

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25
abril

Feliz día del ADN 2017

¿Qué tal un poco de ADN?

Molécula tridimensional ADN - DNA didacticPara conmemorar este día, vamos a fijarnos simplemente en el nombre de esta famosa molécula.

ADN significa “Ácido desoxirribonucleico”. Gramaticalmente es un nombre (ácido) y un adjetivo calificativo (desoxirribonucleico).

Vayamos primero con el nombre. Ácido es un nombre referente a una clase de sustancias químicas Los ácidos son un tipo de moléculas que, en disolución, aportan a ésta  H+ (Hidrogeniones). En el caso del ADN  éstos son aportados por el radical –OH libre del fosfato de cada uno de sus nucleótidos componentes, ya que el –(O-H ) es un grupo en el que debido a la elevada electronegatividad del Oxígeno, el par de electrones que comparte en el enlace con el Hidrógeno  -que no es nada electronegativo- son atraídos hacia el oxígeno y dejan al hidrógeno casi sin ellos,  y así se desprende con facilidad del enlace quedando libres con carga positiva ( H+). Lógicamente el oxígeno, al quedarse con ellos queda con carga negativa (O-)  y permanece  unido al fosfato. Sigue quedando en el ADN que poseerá cargas negativas en todos sus grupos fosfato.

Llegados a este punto, se puede uno preguntar : pero….¿ y las BASES nitrogenadas A,T,G y C, no realizan el efecto contrario  ya que son BASES(lo contrario de ácido)?. Pues les diré que no pueden hacerlo en el ADN ya que sus grupos NH2 (radicales básicos) de su composición están “encadenados”, no están libres ya que están comprometidos en formar enlaces con el azúcar por un lado y con las bases complementarias por el otro y no pueden comportarse como tales bases y no son capaces de capturar hidrogeniones que sería el efecto negativo al ácido.

De todas formas ese compromiso de los grupos básicos de sus bases es un compromiso débil ya que  forman enlaces de “puentes de Hidrógeno” (uniones débiles) entre ellos, a través de sus radicales básicos,  aunque su gran nº a lo largo de todo el ADN hace de éste una molécula estable. No obstante, al ser débiles,  basta un cambio  en algún agente genérico (calor, cambio de pH del medio, agente químico desestabilizante,..) para que estos enlaces se rompan y se separen ambas hebras de la doble hélice.  A esto se llama “desnaturalización” del ADN. Fácil de conseguir y, además,  muy deseable ya que el ADN tiene que desnaturalizarse total o parcialmente para realizar sus trabajos. Así la célula ahorra energía al expresar y  volver a guardar su  conformación de doble hebra en su ADN. La renaturalización del ADN consiste en el fenómeno contrario y se consigue igual de fácil que el proceso de desnaturalización, revertiendo las condiciones.

Por lo tanto en condiciones normales –fisiológicas-  el ADN es químicamente un Ácido.

ADN polianiónico

El ADN en condiciones fisiológicas tiene cargas negativas a lo largo de sus dos hebras = polianiónico.

Por esta razón, además,  el ADN queda cargado negativamente en la zona de sus fosfatos que ocupan la parte exterior de la doble hélice y a todo lo largo. Esto posibilita varias propiedades. Por una parte la posibilidad de utilizar la electroforesis (responder a un campo eléctrico) y ser atraídos por el polo positivo hacia el que emigran las diferentes moléculas de ADN en mayor o menor distancia en función de su masa total . Es decir obtener separadamente diferentes fragmentos de ADN. Esta es una de las  técnicas fundamentales para la manipulación del ADN en el laboratorio.

Por otro lado facilita la interacción con moléculas con carga positiva. En concreto y en el lugar   donde se encuentra con las histonas (proteínas con carga positiva)  a las que se une para empaquetarse y desempaquetarse con relativa facilidad a la hora de la reproducción celular o a la de expresar o no sus genes.

El adjetivo desoxirribonucleicoen el calificativo específico formado por la unión de 2 palabras: la primera de ellas (desoxirribo)  hace referencia a uno de los componentes : la desoxirribosa, azúcar (monosacárido) de 5 átomos de carbono que ocupa la parte central de cada nucleótido , que se une al fosfato por un lado y a la base nitrogenada por el otro; la segunda (nucleico)  nos indica su localización: el núcleo celular.

La desoxirribosa es la ribosa desoxigenada (se le ha quitado oxigeno). En este caso concreto es la ribosa 2-desoxi (en su carbono 2 falta un oxígeno). Esta propiedad hace que la desoxirribosa carezca de grupos OH libres. Todos están comprometidos: el OH del carbono 1  con la base de  cada nucleótido, el del carbono 5 con los fosfato propio del nucleótido y el 3 con el fosfato del nucleótido adyacente y el del carbono 4  comprometido con la formación del anillo pentagonal. Así la desoxirribosa al carecer de grupos OH,  queda “ inerte” ya que no puede establecer acción química ninguna y carece de reactividad lo que es importante para dar estabilidad a la molécula de ADN.  En el ARN, la ribosa  del carbono 2 tiene el OH activo y es reactivo por lo que esta molécula es menos estable que el ADN.

Aunque las palabras que describen al ADN sintetizan su esencia y de ella se derivan ciertas propiedades como las que hemos descrito, esta molécula tiene muchas otras propiedades tanto químicas como físicas, que la hacen perfecta para el desempeño de su función esencial que no es otra que llevar en sí misma la información de los genes que hace a todos y a cada uno de los seres vivos ser como son.

Terminamos  con una frase original inglesa que lo resume: “DNA is LIFE, the rest  is  just  translation” (El ADN es la VIDA; el resto, simplemente, su interpretación)

GLOSARIO

Electronegatividad: Se dice de los átomos con  tendencia para atraer cargas negativas y se valora por la fuerza utilizada para realizarla.

Ribosa y desoxirribosa. Monosacáridos (azúcares sencillos) de 5 átomos de Carbono.

Histonas. Proteínas con carga positiva asociadas al ADN formando la fibra de cromatina y otras estructuras más compactas.

Nucleótido : Unidad molecular química formada por 3 componentes más básicos:  Fosfato (ácido fosfórico) unido a la desoxirribosa, que a su vez está unida a la base Nitrogenada (A ó T ó G ó C).

ADN: 2 filas de nucleótidos unidas transversalmente entre sí por los nucleótidos de bases complementarias (A y T; y G y C ) y con geometría de doble espiral.

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3
abril

Indicios vs. certezas en los análisis de ADN para casos de paternidad

La prensa de estos días relata una demanda de paternidad al difunto marido de la Duquesa de Medina Sidonia, también conocida con el sobrenombre de “Duquesa Roja”.

Leoncio González de Gregorio y Martí y la duquesa medina sidonia

La demanda ha sido interpuesta por una “supuesta hija” de D. Leoncio Glez. de Gregorio y Martí que habría sido concebida por su presunta relación con una doncella de la Finca en que residía.  Después de tres años de pleitos la parte demandante ha conseguido la exhumación del cadáver de su presunto padre.

¿Por qué se ha solicitado la exhumación y no se ha comparado  los ADN de los hijos legales con el de  la demandante – supuesta hija y hermanastra de los anteriores- a pesar de que –como afirma la noticia- los hijos legales se prestaron a hacerlo?

La respuesta es que la comparación de los análisis de ADN entre 2 o más personas  que son hermanos o hermanastros sólo puede presentar indicios de su parentesco; nunca certezas (salvo que fuesen hermanos gemelos monovitelinos).  Indicios que en términos de probabilidad ,  por término medio,  sería del 50%. Es decir, una probabilidad insuficiente para afirmarlo con certeza ya que también  podría producirse  al compararlos con un cierto pocentaje de cualesquiera otras personas escogidas al azar entre la población. Por tanto no es una prueba que proporcione certeza.

La justicia debe basarse en criterios científicos ciertos, o al menos con una certeza próxima al 100%. Circunstancia que no se produciría en ningún caso al comparar el ADN de las personas vivas implicadas, supuestos hermanastros. Y esta certeza sólo se cumple si comparamos el análisis de ADN entre un padre (o madre) y su hijo (o hija).

El análisis de ADN se basa en la determinación de 15 locus (genes) que son muy polimórficos  en los seres humanos e independientes (se transmiten independientemente unos de otros).  Es decir, que cada uno de esos genes presenta muchas variantes (entre 8 y 24 variantes) y en cada una de ellos las variantes se transmiten aleatoriamente. Cada persona presenta una combinación de 2 variantes para cada gen (una variante recibida del padre y la otra de la madre). Si una de  las variantes presentes en un presunto hijo o hija  está también presente en el padre (o madre) en todos y cada uno de los 15 genes, se puede afirmar con un grado de certeza cercano al 100% que efectivamente es su hijo/a.

Pongamos un ejemplo:

Imaginemos una quiniela de números.

En la casilla 1 caben 8 posibilidades y sólo puede marcarse una de las 8; en la casilla 2, 14 posibilidades y sólo puede marcarse una de las 14; en la casilla 3, 24 posibilidades y sólo se marca una;…. y así hasta 15 casillas con diferentes números de posibilidades y de cada una se marca sólo una.  Resulta que acertamos a marcar las posibilidades concretas  correspondientes a las 15 casillas: PREMIO; ¡¡ Paternidad confirmada!! .

Si lo queremos con números

-acierto en la casilla 1= 1/8

-acierto en la casilla 2 =1/14             Posibilidad de acierto 1 y 2 = 1/8 x 1/14 = 1/112

-acierto en la casilla 3= 1/24            Posibilidad acierto 1,2 y 3= 1/112 x 1/24 = 1/2688

…………………………………………

…………………………………………

etc. …………………………………..

-Acierto en las 15 casillas = 1/ 71.000.000.000.000.000. Uno entre setenta mil billones  (setenta mil millones de millones); es decir, uno entre  1 millon de  veces el nº de habitantes actuales de la tierra (*)

(*) Los cálculos se han realizado suponiendo que la frecuencia poblacional de cada uno de los alelos o variantes de cada gen sea la misma. Para realizar los cálculos con toda exactitud se utilizan las frecuencias alélicas (de cada uno de los polimorfismos concretos) reales en la población. A pesar de ello, el resultado final no difiere significativamente con los resultados obtenidos.

Sin embargo, cuando se trata de comparar el ADN con el de supuestos hermanos sucede lo siguiente. Los hermanos o hermanastros reciben para cada gen, aleatoriamente, uno de los 2 polimorfismos concretos que el padre posee. Así pues la probabilidad de que 2 hermanos o hermanastros posean la misma variante en ese gen (de los 2 que tienen; el otro lo recibirían de la madre) es de ½: la misma de que al lanzar una moneda 2 veces se obtengan 2 caras o 2 cruces (para coincidir en los 2 hermanos). Como se analizan 15 de estos genes, por azar, lo lógico es que –por probabilidad media- coincidan en 7-8 de los 15 (50%); pero no tiene por qué ser siempre así en cada caso concreto y podría darse el caso de que no coincidieran en ninguno (caso muy poco probable, ya que les ha tocado la otra variante del padre en los 15 genes) y el caso opuesto que hubiera una coincidencia en todos (Caso igualmente muy improbable: les ha tocado la misma variante del padre en los 15 genes) y todos los casos intermedios: 1 de15; 2 de 15; 3 de 15; 4 de 15; ………..hasta 14 de 15. La frecuencia estadística de estas coincidencias iría en aumento hasta los 7-8 de 15 y disminuiría igualmente hasta la coincidencia total, según una distribución binomial.

Por tanto en “un caso concreto” como la comparación de 2 hermanos o hermanastros podrían darse cualesquiera de las coincidencias: coincidir, por ejemplo en 2 de los 15 o en 7 de los 15; o cualquier otra cantidad de coincidencias. Por tanto dicha prueba no tiene un valor de certeza y todo lo más que pudiésemos decir es que, según el resultado, hay “indicios” de que ambos pudieran ser hermanos.

En otro post anterior comentamos otro caso de demanda de paternidad, que parece ser que se están poniendo de moda.

 

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1
febrero

Roturas del ADN…. y su reparación

 A lo largo de la vida de las células de un organismo, su ADN puede “estropearse” puesto que está sometido a muchos ciclos de replicación y división. Se puede decir que el ADN ha “currado” mucho y, como en todo, el calendario no perdona.

Se calcula que una persona de 70 años, por término medio, ha sufrido 2.000 roturas de su ADN en sus células. Roturas en la doble cadena, en ocasiones con desgajamientos de ambos extremos rotos (pérdida de fragmentos de nucleótidos en los mismos). Son las roturas denominadas DSB (Double strand DNA breaks).

¿Y qué sucede cuando el ADN se rompe?

rotura-adnImagen: Fuentedelaeternajuventud.wordpress.com

Si sucede, que como hemos indicado siempre ocurre en mayor o menor grado y número, el propio ADN tiene mecanismos de reparación; genes que se traducen en proteínas  actuando como ADN-polimerasas de reparación que se ocupan de minimizar el daño, y de otras proteínas que actúan de factores de transcripción de los anteriores que, conjuntamente van a actuar, además según sea el tipo de rotura producida. Existen varios tipos de ADN-polimerasas de reparación para los diferentes tipos de rotura. También actúan en estos procesos las ligasas para sellar la reparación efectuada.

Puede que sea sólo una sola hebra del ADN la que se ha roto: SSBRR ( Single strand break repair). Esto está chupado. La hebra complementaria servirá de molde para que dichas proteínas, unas actuando como enzimas y otras complementando un complejo proteico de reparación, limpien de nucleótidos la brecha y colocan los nucleótidos complementarios al molde que les proporciona la hebra intacta.

Puede que sea una rotura más o menos compleja de la doble cadena. Este caso es más grave ya que se pierde la continuidad del ADN  y, además  a menudo sus extremos se deshilachan, pudiéndose producir pérdidas de algunos nucleótidos en alguno de estos extremos  en alguna de las 4 cadenas, y en el peor de los casos en todos ellos.

En tales casos, la maquinaria celular puede recurrir a 2 tipos de reparación, en función del momento y de la magnitud de la rotura:

a.- Reparación con molde, también denominada reparación asistida por plantilla o reparación homóloga, en la que el molde lo proporciona el ADN del “otro” cromosoma homólogo; que vendría a ser un mecanismo similar a la reparación de rotura de una hebra: cortar, limpiar extremos y colocar los nucleótidos según la plantilla proporcionada por el otro ADN del cromosoma homólogo.

Acostumbra a suceder en el proceso de  división celular donde las fibras cromatínicas de ADN y posteriormente cromosomas se ven sometidas a tensiones y desplazamientos. No obstante como los homólogos acostumbran a situarse en las proximidades unos de otros, facilitan este tipo de reparación.

b.- Reparación no homóloga, sin molde ni plantilla a la que recurrir. Denominada NHEJ  (Non homologous end joining). En este caso depende de cómo hayan quedado los extremos rotos. Si es una rotura  sin pérdida de nucleótidos en alguno de los 4 extremos, éste se respeta, se limpian los otros y se rellena con los nucleótidos correspondientes. No obstante no siempre ocurre así y, a la célula le resulta imposible decidir cómo tiene que reparar. En tales casos, limpia eliminando nucleótidos en los extremos hasta encontrar una microhomología en las cadenas.  Es decir uno o varios nucleótidos complementarios que enganchen. Y sella la unión. Este tipo de reparación en como empalmar un cable roto con cinta aislante o colocar una tirita en una herida abierta. Como nota anecdótica, en este tipo de reparación actúa una polimerasa “creativa”, y por tanto, un poco “alocada” ya que pone nucleótidos al azar. Se consigue la continuidad de la doble cadena pero, habitualmente se pierden algunos nucleótidos de la secuencia (una delección). Una delección no tiene por qué significar una catástrofe para el ADN de la célula. Depende del lugar del ADN en que se ha producido (ADN codificante , regulador o ADN “basura”) y puede que no tenga trascendencia fisiológica.

Si, a pesar de la reparación, la pérdida de esa pequeña secuencia de nucleótidos, en dicha rotura y/ u otras,  supone  un trastorno  importante para la fisiología celular, ésta tiene otro mecanismo en la reserva “por si las moscas”: su propio suicidio, denominado apoptosis. Se envía  una señal a sus lisosomas para que abran en el interior de la propia célula su contenido de enzimas proteolíticos –que actúan como tijeras podadoras-  deshaciéndola en pedazos. Sus restos, además son aprovechados por las células sanas circundantes como nutrientes.

Si la diversidad de mecanismos de reparación puede parecernos excesiva, se ha realizado recientemente un nuevo descubrimiento en Bacterias que amplía aún  más el número de ellos.

Esta es otra de las funciones del ADN: contiene genes para su propia autorreparación.

En ocasiones las roturas también pueden ser provocadas por la propia célula para deshacer, por ejemplo, un apareamiento incorrecto de nucleótidos producido durante la propia replicación del ADN ya que las ADN polimerasas de replicación también cometen algunos errores.

Sobre este mismo tema: una conferencia imprescindible

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26
enero

¡Bacterias! : Cuidado! Cuidado!

Las bacterias son un grupo numerosísimo de seres vivos cuya estructura celular es muy simple. Son células procariotas, sin orgánulos, son como piscinas pequeñas con agua y con todos sus constituyentes: ADN, proteínas, lípidos, glúcidos, etc. metidos en ella. Quizás su mayor complicación estructural se encuentre en el propio vaso de esa piscina: su membrana y pared celulares.

Son el grupo de seres vivos más antiguo. Han existido desde siempre en la tierra (desde hace 4.000 millones de años) y, apenas han cambiado su estructura. Se puede decir que cada una de las eras en que se divide la historia de los seres vivos en la tierra ha sido la era de las bacterias, y la nuestra no es una excepción. Eso da muestras del éxito que como seres vivos han tenido a lo largo de la evolución.

Su éxito  biológico se debe a muchos factores entre los que destacaría la tremenda complejidad y adaptabilidad de sus metabolismos, su facilidad y rapidez reproductiva con numerosísima descendencia, su “altruismo” individual -por el no dudan en sacrificarse en beneficio de la comunidad- , sus formas de intercambio de información genética y, derivada de todas ellas, su extraordinaria capacidad y rapidez  de adaptación biológica. Son capaces de vivir en todos los ambientes imaginables y de resistir condiciones extremas.

Las bacterias, de cara a nosotros, tienen mala prensa ya que sólo nos fijamos en aquellas que nos hacen daño: las que  nos provocan enfermedades. Éstas son minoría y casi todo el resto no producen sino beneficios tanto a nosotros como a otros seres vivos y al medio ambiente. Podemos afirmar que la vida no sería posible sin su existencia.

A las bacterias que nos producen enfermedades , desde el primer cuarto del siglo anterior, las hemos mantenido a raya a base de antibióticos (sustancias químicas mortales para ellas y también para otras células, incluídas las nuestras). Cada vez con diferentes clases o sucesivas generaciones de esos antibióticos, ya que la capacidad de adaptación bacteriana las iba convirtiendo en resistentes a ellos. Había que inventar y descubrir nuevas sustancias antibióticas hasta completar una lista enorme de ellas. Sólo era cuestión de tiempo que nos ganaran la carrera,  independientemente del adelanto que nosotros hemos producido con el mal uso de los mismos, y ese tiempo parece ser que ya ha llegado. Sus metabolismos se han adaptado y han encontrado vías de escapar a su acción. Están apareciendo cepas de esas bacterias canallas resistentes a la acción de los antibióticos, ni siquiera a los de última generación.

Este es un grave problema médico actual que ha sido alertado por diferentes organismos nacionales de salud,  ya que, si no lo atajamos, podamos volver a la era en la que no eran posibles ni las operaciones médicas más simples, por no hablar de trasplantes, quimioterapia o cuidados intensivos. Posiblemente será un problema médico permanente ya que “más sabe el diablo (o sea la bacteria) por viejo, que por diablo” y, aunque la ciencia descubra una nueva estrategía para acabar con ellas, más tarde o temprano, darán con la fórmula para esquivarla.

Pienso que una de las estrategias más eficiente y duradera en un futuro próximo será aquella que desarrolle un protocolo que pueda individualizarse en cada individuo en función del estudio previo del tipo concreto de infección bacteriana que le afecta. Tendrá que ser un protocolo rápido, eficiente e individualizado  probablemente basado en algún método para destruir el genoma bacteriano sin el cual la bacteria carece del principio generador de su biología imposibilitando cualesquiera de sus acciones vitales; o sea, atajando el problema en su raíz.

Por poner un ejemplo: Un individuo ha sido infectado por un tipo de bacteria “A” super-resistentes. Se analiza el genoma de la bacteria y se secuencia. En el laboratorio se “fabrican” virus bacteriófagos específicos para ellas y no virulentos frente a nuestras propias células y tampoco  frente a las bacterias beneficiosas que se encuentran en nuestro organismo. A estos virus se les dota de un sistema genético CRISPR-Cas 9 con secuencias espaciadoras CRISPR coincidentes con secuencias específicas  del genoma bacteriano descubiertas en nuestro análisis anterior. Se introducen los virus en el enfermo y ellos darán cuenta de las bacterias “A” porque son su objetivo específico y con el sistema introducido cortan y  destruyen su genoma.

Imagen de J.L. Sánchez Guillén - presentación "M1 Microbiología"

Imagen de J.L. Sánchez Guillén – presentación “M1 Microbiología”

También podemos hacer que las propias bacterias se autodestruyan incorporando, en bacterias de la propia cepa canalla, un plásmido al que hemos introducido el sistema CRISPR-Cas 9, con los espaciadores específicos del genoma patógeno. El plásmido se autorreplica en las bacterias y por conjugación bacteriana se lo pasan unas a otras donde actúa rompiendo –por acción del sistema CRIPR incorporado- el genoma de cada bacteria.

Así de sencillo y, al mismo tiempo, así de complicado.

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19
enero

Secuencias de ADN: Palíndromos (3)

En algunas carreteras, cuando tomamos un desvío, circulamos por un pequeño tramo de carril único. También se produce en los tramos palíndromos cuando éstos contienen en el centro de su secuencia una pequeña secuencia no palindrómica. Formarían también una estructura cruciforme en cuyos extremos existiría un único carril circular para volver a tomar la continuidad del brazo de la estructura. A estas secuencias se les denomina palíndromos interrumpidos. Y pueden formar estructuras cruciformes en las que sus extremos forman anillos monocatenarios; es decir, de un solo carril.

palindromos4Los tramos palíndromo (continuos o interrumpidos) son relativamente frecuentes en la larguísima carretera del ADN.

Para determinar su frecuencia, tomemos como ejemplo un palíndromo continuo de 6 unidades. Las posibles disposiciones de los 6 automóviles en ambos carriles, vendría dada por la fórmula 46, ya que cada posición depende de la disposición de los 6 colores del modelo de coche en un solo carril ( a la otra no le queda más remedio que cumplir con la regla de la complementariedad y no influye como variable).

Primera posición: 4 colores posibles (4); 2ª posición. 4 colores posibles(4) independientemente del color de la 1ª posición, por tanto 4x 4 = 42 posibilidades en las 2 primeras posiciones, y así sucesivamente hasta la 6ª posición. Por tanto 46 disposiciones diferentes en un tramo de 6 automóviles seguidos. De todas ellas, habrá algunas disposiciones que formarán una secuencia palíndroma. Veamos cuántas.

Fijémonos que en una secuencia palíndromo de 6 unidades queda determinada por la disposición de los 3 primeros colores –justo hasta la mitad del palíndromo-, ya que para constituirse como secuencia palíndromo, a los 3 siguientes colores sólo les cabe una única disposición respecto a los 3 primeros. Este 2º tramo del palíndromo sólo puede tener una sola disposición de su orden de colores que dependerá de las 43 disposiciones de los 3 primeros. Por tanto habrá 43 x 1 = 43 secuencias palíndromas entre todas las posibles (46).

La probabilidad de que cualquier tramo o secuencia del ADN de 6 escogido al azar sea un palíndromo es de 43/46= 1/43 = 1/64; es decir una de cada 64 secuencias. Y como en el ADN existen multitud de tramos –tomados de 6 en 6- a lo largo de su recorrido, muy probablemente aparecerá 1 palíndomo, por termino medio cada vez que exploremos hasta 64 secuencias de 6 unidades. El ADN estará lleno de secuencias palíndromo de 6 unidades.

Conforme aumenta el número de unidades del tramo palíndromo, su frecuencia disminuye considerablemente. Con 8 sería 1/44= 1/256; para 10 sería 1/45 =1/1024,…. Para un palíndromo de 20 unidades 1/410 = 1/1048576 ; y así sucesivamente. Aún así el ADN es lo suficientemente largo para que, por simple azar –que es como realizado la base del cálculo- existan muchas secuencias de este tipo, incluso de bastantes unidades. Lógicamente las más cortas serán mucho más abundantes que las de mayor número de unidades.

Así podemos entender cómo las desviaciones, más o menos largas, su disposición y las distancias entre unas desviaciones y otras pueden servir de mapa de referencia para realizar una  localización rápida y precisa de los genes en esa larga carretera que constituye el genoma.

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