Genómica comparativa para niños

La genómica comparativa es un campo de estudio que busca entender las similitudes y diferencias entre los genomas de distintos seres vivos. Un genoma es como el "manual de instrucciones" completo de un organismo, hecho de ADN. Al comparar estos manuales, los científicos pueden descubrir cómo funcionan los genes y cómo han cambiado las especies a lo largo del tiempo.

Aunque es un área de estudio relativamente nueva, la genómica comparativa nos ayuda a entender mejor cómo han evolucionado las especies que conocemos hoy. Como los genomas son muy grandes (el genoma humano tiene miles de millones de "letras" de ADN), se necesitan computadoras y programas especiales para hacer estas comparaciones. Una de las cosas más importantes que se logra con la genómica comparativa es encontrar dónde están los genes y descubrir otras partes del genoma que, aunque no forman proteínas, son muy importantes para el organismo.

La genómica comparativa usa tanto las cosas que se parecen como las que son diferentes en las proteínas, ARN y las partes que controlan los genes en distintos seres vivos. Esto ayuda a entender cómo la selección natural (el proceso por el cual la naturaleza "elige" las características más útiles) ha influido en estas partes. Las características que son útiles y se mantienen iguales en muchas especies a lo largo del tiempo se dice que están "conservadas". Las que cambian y hacen que las especies sean diferentes se dice que "divergen". Y las que no son tan importantes pueden cambiar sin un patrón claro.

Uno de los objetivos principales de la genómica comparativa es entender cómo han evolucionado los genomas de los organismos más complejos, como las plantas y los animales. A veces es difícil porque han ocurrido muchos cambios a lo largo de la historia de cada especie. Por eso, estudiar organismos más pequeños y sencillos, como la levadura, es muy útil para aprender sobre los principios generales de la evolución.

Genes que se parecen: Ortólogos y Parálogos

Cuando comparamos genomas, encontramos genes que son muy parecidos entre sí. A estos genes se les llama homólogos. Hay dos tipos principales:

• Genes ortólogos: Son genes parecidos que se encuentran en especies diferentes y que cumplen la misma función. Por ejemplo, un gen en los humanos y un gen en los ratones que hacen lo mismo y vienen de un gen ancestral común.
• Genes parálogos: Son genes parecidos que se encuentran dentro del mismo organismo. Estos genes suelen tener funciones similares, pero no exactamente iguales, y se originaron por la duplicación de un gen ancestral.

Comparar estos genes nos ayuda a entender mejor qué partes del ADN forman proteínas. Por ejemplo, las partes de los genes que forman proteínas (llamadas exones) suelen ser muy parecidas entre especies, mientras que las partes que no forman proteínas (intrones) pueden ser muy diferentes. Esto ayuda a los científicos a identificar los genes con mayor precisión.

Genomas de las "centrales energéticas" de la célula (Mitocondrias)

Las mitocondrias son como las "centrales de energía" de nuestras células. Tienen su propio ADN, llamado ADN mitocondrial (ADNmt). Este ADNmt contiene las instrucciones para algunas proteínas y ARN que son esenciales para que las mitocondrias funcionen. El ADNmt es especial porque se cree que proviene de una bacteria antigua que se unió a una célula primitiva.

Aunque la función principal de las mitocondrias es producir energía, muchos de los genes necesarios para esta función no están en el ADNmt, sino en el ADN principal de la célula (el genoma nuclear). Esto es una prueba de que, a lo largo de la evolución, algunos genes se han movido del ADN mitocondrial al ADN principal de la célula.

Genomas de organismos simples (Procariotas)

Los organismos procariotas, como las bacterias, tienen genomas más pequeños que los organismos complejos. Su tamaño puede variar incluso dentro de la misma especie. Los organismos con genomas más pequeños suelen vivir en lugares muy específicos y estables, mientras que los que tienen genomas más grandes viven en ambientes más variados y complejos.

Las bacterias pueden obtener información genética nueva de varias maneras: duplicando genes, insertando elementos genéticos móviles o mediante la transferencia horizontal de genes. Esta última es un proceso fascinante donde dos especies de bacterias pueden intercambiar ADN directamente, lo que les permite adaptarse y evolucionar más rápido.

Genomas de organismos complejos (Eucariotas)

Los organismos eucariotas, como las plantas, los animales y los hongos, tienen genomas mucho más grandes que los procariotas. Los organismos eucariotas multicelulares (como nosotros) tienen genomas más grandes que los unicelulares (como la levadura). Estos genomas también tienen más genes y a menudo tienen varias copias de los mismos genes, lo que muestra lo importante que ha sido la duplicación de genes para la evolución.

Una característica interesante de los genomas eucariotas son los "desiertos genéticos". Son grandes zonas del genoma que no tienen genes ni secuencias funcionales conocidas. Además, una gran parte de los genomas de los organismos multicelulares está formada por secuencias que se repiten muchas veces. En el caso de los humanos, casi la mitad de nuestro ADN proviene de elementos genéticos que pueden "saltar" de un lugar a otro en el genoma.

El Genoma Humano: Nuestro propio mapa genético

El genoma humano tiene unos 3.200 millones de "letras" de ADN. Sin embargo, solo una pequeña parte de este ADN (menos del 2%) contiene las instrucciones para fabricar proteínas. Los genes que están activos suelen estar separados por grandes regiones de ADN que no codifican proteínas.

Una característica del genoma humano es que un mismo gen puede dar lugar a varias proteínas diferentes gracias a un proceso llamado "corte y empalme alternativo". Esto significa que, aunque tenemos unos 24.000 genes, podemos producir muchas más proteínas (se estima que unas 72.000). Los elementos genéticos que se mueven también son más comunes en el genoma humano que en el de otros organismos.

Sintenia: Cuando los genes se mantienen juntos

Uno de los descubrimientos más importantes de la genómica comparativa es la sintenia. Esto se refiere a la conservación de la organización de los genes en los cromosomas entre diferentes especies. Por ejemplo, la sintenia es muy común entre los ratones y los humanos. Esto significa que muchos genes que están juntos en un cromosoma humano también están juntos en un cromosoma de ratón.

Esta conservación es tan fuerte que a veces se extiende incluso a especies más lejanas, como el pez globo, que compartió un ancestro con los mamíferos hace más de 400 millones de años. La sintenia sugiere que los genes que están cerca unos de otros a menudo comparten secuencias que regulan su actividad, lo que es importante para su funcionamiento coordinado.

El futuro de la Genómica Comparativa

La genómica comparativa ha avanzado mucho. Al principio, se usaba principalmente para identificar proteínas, pero ahora se enfoca en encontrar regiones que regulan los genes y pequeñas moléculas de ARN que controlan la actividad genética. Se ha descubierto que especies muy diferentes a menudo comparten largas secciones de ADN que no parecen codificar proteínas, y los científicos aún están investigando cuál es la función de estas "regiones ultraconservadas".

Los métodos computacionales son cada vez más importantes en la genómica comparativa. Los ingenieros, matemáticos e informáticos están desarrollando nuevas herramientas y programas para analizar y comparar genomas completos, así como para estudiar cómo se activan los genes. Se espera que esta combinación de biología y computación siga creciendo y nos dé muchas más respuestas sobre la vida y la evolución.

En 2011, un proyecto llamado "29 Mamíferos" identificó regiones del genoma que se han mantenido sin cambios durante millones de años de evolución. Más recientemente, el "Proyecto Zoonomia" ha ampliado este estudio a más de 130 especies, lo que nos ayuda a entender mejor cómo se han conservado ciertas partes del genoma en los mamíferos y cómo esto se relaciona con la herencia de algunas características.

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Véase también

En inglés: Conserved sequence Facts for Kids