Genoma humano para niños

El genoma humano es como el libro de instrucciones completo que se encuentra dentro de casi todas las células de nuestro cuerpo. Este libro está escrito en ADN y contiene toda la información necesaria para que un ser humano se desarrolle y funcione.

Nuestro genoma está organizado en 23 pares de cromosomas, que son estructuras diminutas en el núcleo de cada célula. De estos 23 pares, 22 son cromosomas "autosómicos" (iguales para todos) y un par son los cromosomas sexuales, que deciden si somos niños (XY) o niñas (XX).

En total, el genoma humano tiene aproximadamente 3200 millones de "letras" de ADN, llamadas bases. Dentro de estas letras, hay entre 20 000 y 25 000 genes. Los genes son las partes especiales del ADN que contienen las instrucciones para construir las proteínas. Las proteínas son como los "trabajadores" de nuestras células; hacen de todo, desde construir partes del cuerpo hasta ayudar en las reacciones químicas.

El Proyecto Genoma Humano, que comenzó en 1990, fue un gran esfuerzo mundial para leer y entender todo este libro de instrucciones. En 2005, se completó la primera versión de referencia del genoma humano, lo que ha sido un avance enorme para la ciencia médica.

Aunque el genoma es muy grande, solo una pequeña parte (alrededor del 1.5 %) contiene las instrucciones directas para fabricar proteínas. El resto del ADN tiene otras funciones importantes, como regular cuándo y cómo se usan los genes, o es ADN repetitivo que aún estamos estudiando.

El Proyecto ENCODE es otro gran proyecto que ha ayudado a entender qué hace el 80 % de nuestro genoma, incluso las partes que no codifican proteínas. Esto nos da nuevas ideas sobre cómo se organizan y regulan nuestros genes, y es muy útil para estudiar la biología humana y las enfermedades.

Componentes del Genoma Humano

¿Qué son los Cromosomas?

Los cromosomas son estructuras que contienen nuestro ADN. Son como "paquetes" muy organizados de ADN que se encuentran en el núcleo de nuestras células. Podemos verlos con un microscopio especial y ordenarlos para crear un "mapa" llamado cariotipo.

Un cariotipo humano normal tiene 23 pares de cromosomas diferentes: 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales (X e Y) que determinan si una persona es hombre o mujer. Los cromosomas se numeraron del 1 al 22 según su tamaño, aunque luego se descubrió que el cromosoma 22 es un poco más grande que el 21.

Representación gráfica del cariotipo humano normal.(Imagen 1).

Las células de nuestro cuerpo tienen 46 cromosomas en total (23 pares): 22 autosomas de cada uno de nuestros padres y un cromosoma sexual de cada uno. Por ejemplo, las niñas tienen dos cromosomas X (uno de cada padre), y los niños tienen un cromosoma X de su madre y un cromosoma Y de su padre. (Ver imagen 1). Las células reproductoras (óvulos y espermatozoides) solo tienen la mitad: 23 cromosomas.

Los Genes: Unidades de Información

Un gen es la unidad básica de la herencia. Contiene la información genética para crear una proteína o un tipo de ARN que no se convierte en proteína. Los genes tienen partes que se "leen" (exones) y partes que se "saltan" (intrones) durante el proceso de creación de proteínas.

Este diagrama muestra un gen en el ADN y en un cromosoma. Los intrones son partes que se eliminan para formar el ARNm final, que luego se usa para crear una proteína.

Se calcula que el genoma humano tiene entre 20 000 y 25 000 genes que codifican proteínas. Esto es menos de lo que se pensaba al principio. Aunque tenemos menos genes que algunos organismos más simples, nuestras células pueden producir muchas proteínas diferentes a partir de un solo gen. Esto se logra mediante un proceso llamado "splicing alternativo".

Tipos de Genes de ARN

Además de los genes que fabrican proteínas, nuestro genoma tiene miles de "genes ARN". Estos genes producen diferentes tipos de ARN, como el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr), que son esenciales para construir proteínas. También producen microARN (miARN), que son muy importantes para controlar cuándo y cómo se activan o desactivan otros genes.

¿Cómo se distribuyen los Genes?

Los genes no están distribuidos de manera uniforme en el genoma. Algunas regiones tienen muchos genes y son ricas en las bases G y C (guanina y citosina). Otras regiones tienen menos genes y son más ricas en A y T (adenina y timina). Esto muestra la gran variedad en la secuencia de nuestro genoma.

Isocoros. Frecuencia y riqueza en G+C y genes, en el genoma humano.

Secuencias que Regulan los Genes

El genoma tiene muchos sistemas para controlar la actividad de los genes. Estas "secuencias reguladoras" son como interruptores que deciden si un gen debe estar encendido o apagado, y con qué intensidad. Esto permite que las células se adapten a diferentes situaciones y que cada tipo de célula (como una célula de la piel o una célula del cerebro) tenga funciones específicas.

Estas secuencias reguladoras suelen ser cortas y se encuentran cerca o dentro de los genes. Los científicos las estudian comparando genomas de diferentes especies para encontrar las partes que se han mantenido iguales a lo largo de la evolución, lo que sugiere que son muy importantes.

Elementos Ultraconservados

Son regiones del genoma que se han mantenido casi idénticas a lo largo de millones de años de evolución, incluso más que las secuencias que codifican proteínas. Esto significa que son extremadamente importantes, aunque su función exacta aún no se conoce del todo. Se encuentran en genes relacionados con el desarrollo y la regulación.

Por ejemplo, se han encontrado unos 500 segmentos de ADN que son 100 % idénticos entre humanos, ratones y ratas, y casi idénticos en perros y pollos.

Genes de Otros Organismos en Nosotros

Algunos estudios sugieren que hasta 145 genes de nuestro genoma podrían haber sido adquiridos de otros organismos, como bacterias u hongos, a través de un proceso llamado "transferencia horizontal de genes".

Pseudogenes: Copias Inactivas

Los pseudogenes son como copias "rotas" o inactivas de genes. Han acumulado cambios (mutaciones) que hacen que ya no funcionen. Hay dos tipos principales:

• Los pseudogenes no procesados son copias de genes que se duplicaron, pero perdieron su capacidad de activarse.
• Los pseudogenes procesados son copias de ARN mensajero que se convirtieron de nuevo en ADN y se insertaron en el genoma, pero sin las partes necesarias para funcionar.

ADN Intergénico: Más Allá de los Genes

Las regiones "intergénicas" o "extragénicas" son las partes del ADN que no son genes. Constituyen la mayor parte de nuestro genoma y, durante mucho tiempo, se les llamó "ADN basura" porque no se conocía su función. Sin embargo, ahora sabemos que muchas de estas regiones tienen papeles importantes, como regular los genes o ser el origen de nuevos genes.

Frecuencia de las diversas regiones intergénicas e intragénicas del cromosoma 22.

Estudios recientes han demostrado que una gran parte de este ADN "no codificante" se transcribe a ARN, lo que sugiere que tiene funciones importantes en la regulación de los genes. Esto ha cambiado nuestra forma de ver cómo funciona el genoma.

ADN Repetido en Tándem

Son secuencias de ADN que se repiten una y otra vez, una detrás de otra.

Satélites

Son secuencias de ADN de tamaño mediano que se repiten miles de veces. Se encuentran en regiones específicas de los cromosomas, como los centrómeros (el centro de los cromosomas).

Minisatélites

Son secuencias más cortas que los satélites, que se repiten en tándem. Se estima que tenemos unos 30 000 minisatélites. Algunos están relacionados con la regulación de los genes y con puntos donde los cromosomas son más frágiles.

Los minisatélites en los telómeros (los extremos de los cromosomas) son muy importantes para proteger el ADN. Algunos minisatélites son tan variables entre personas que se usan en la genética forense para identificar individuos, como en las huellas genéticas.

Microsatélites

Son las repeticiones más cortas, de solo 2 a 4 nucleótidos. Se distribuyen por todo el genoma y también son muy variables entre personas. Se usan como marcadores genéticos para estudios de población y enfermedades.

ADN Repetido Disperso

Son secuencias de ADN que se repiten, pero no una detrás de otra, sino esparcidas por todo el genoma. Constituyen casi la mitad de nuestro ADN.

Estas secuencias pueden "moverse" o "saltar" a diferentes lugares del genoma. A veces, estas inserciones pueden causar enfermedades si caen en un lugar importante.

SINEs

Son "Elementos Nucleares Dispersos Cortos". Son secuencias pequeñas que se repiten miles de veces. La familia más común en humanos son los elementos Alu, que representan el 10 % de nuestro genoma. Pueden copiarse y pegarse en diferentes lugares del ADN.

LINEs

Son "Elementos Nucleares Dispersos Largos". Constituyen el 20 % de nuestro genoma. Son secuencias más largas que los SINEs y también pueden copiarse y pegarse en el ADN. Algunos LINEs pueden producir las proteínas necesarias para su propia copia, lo que les permite "saltar" por el genoma.

Esquema simplificado del mecanismo de retrotransposición de un elemento LINE y un SINE. Un elemento LINE se copia a ARN, luego a ADN, y se inserta en otro lugar del genoma.

Se ha visto que los LINEs pueden influir en la actividad de los genes cercanos. A veces, la inserción de un LINE activo puede causar enfermedades genéticas.

HERVs: Huellas de Antiguos Virus

Los HERVs son "retrovirus endógenos humanos". Son restos de genomas de retrovirus (virus de ARN) que se integraron en el ADN de nuestros antepasados hace millones de años. Constituyen entre el 5 % y el 8 % de nuestro genoma. La mayoría están inactivos, pero son una prueba de antiguas infecciones virales que afectaron a las células reproductoras.

Transposones de ADN

Estos son elementos de ADN que pueden "cortarse y pegarse" a sí mismos en diferentes lugares del genoma. Contienen un gen para una enzima llamada transposasa, que les ayuda a moverse. Constituyen alrededor del 3 % de nuestro genoma.

¿Por Qué Somos Diferentes? La Variabilidad Genética

Aunque dos personas del mismo sexo comparten alrededor del 99.9 % de su ADN, las pequeñas diferencias en el 0.1 % restante son las que nos hacen únicos. Estas variaciones pueden ser cambios en una sola "letra" del ADN o cambios más grandes. No todas las variaciones causan un cambio visible; muchas son "silenciosas".

SNP: Pequeñas Diferencias, Grandes Efectos

La principal fuente de variación entre genomas humanos son los SNP (por sus siglas en inglés, "Single Nucleotide Polymorphisms"). Son cambios en una sola "letra" del ADN. Son muy comunes y se distribuyen por todo el genoma.

Los SNP son muy útiles como marcadores para estudiar el genoma y se pueden detectar con tecnologías especiales. Su estudio es importante en la medicina, ya que muchos SNP se han relacionado con enfermedades o con la susceptibilidad a ellas.

Variaciones Estructurales: Cambios Mayores

Estas variaciones son cambios más grandes en el ADN, como duplicaciones (partes del ADN que se repiten), inversiones (partes que se voltean) o inserciones (partes que se añaden). Suelen ser segmentos de 1000 nucleótidos o más. Se cree que son tan importantes como los SNP para explicar las diferencias entre personas.

Estos estudios nos muestran que el genoma humano no es algo fijo, sino que está en constante cambio y evolución.

Enfermedades Genéticas: Cuando el Código Cambia

Cuando hay un cambio en la secuencia del ADN, puede afectar cómo funcionan uno o más genes, lo que a veces causa una enfermedad. Las enfermedades genéticas pueden ser por pequeños cambios en el ADN (mutaciones) o por cambios más grandes en los cromosomas. Si estos cambios ocurren en las células reproductoras, pueden transmitirse a los hijos. Se conocen unas 4000 enfermedades genéticas.

Los resultados del Proyecto Genoma Humano son muy importantes para encontrar nuevas enfermedades genéticas, mejorar los diagnósticos y buscar nuevos tratamientos, como la terapia génica.

Tipos de Mutaciones

Las mutaciones en los genes pueden ser:

• Sustituciones: Un nucleótido se cambia por otro.
• Deleciones o inserciones: Se elimina o se añade una secuencia de nucleótidos. Si son grandes, pueden afectar a varios genes.

Las mutaciones pueden afectar:

• ADN que codifica proteínas: Si el cambio altera la proteína, se llama mutación no sinónima. Si no la altera, es sinónima o silenciosa.
• ADN que no codifica proteínas: Pueden afectar las secuencias reguladoras o las que participan en el "splicing" (proceso de edición del ARN).

Trastornos Monogénicos: Un Solo Gen Afectado

Son enfermedades genéticas causadas por una mutación en un solo gen. Su herencia es predecible, siguiendo patrones como:

Trastornos Poligénicos y Multifactoriales

Estas enfermedades son más complejas. Son causadas por la combinación de varios genes y factores externos, como el ambiente o el estilo de vida. No tienen un patrón de herencia claro.

Algunos ejemplos son:

• autismo
• enfermedad cardiovascular
• hipertensión
• diabetes
• obesidad
• cáncer

Alteraciones Cromosómicas

Son cambios en el número o la estructura de los cromosomas. Pueden causar problemas graves y, a menudo, se deben a errores durante la división celular.

Suelen presentar características comunes como:

• Retraso en el desarrollo.
• Cambios en la forma de la cara, cabeza o cuello.
• Malformaciones en el cuerpo, como en las extremidades o el corazón.

Cambios en el Número de Cromosomas

Normalmente tenemos 23 pares de cromosomas (46 en total). Si hay un cromosoma de más o de menos en un par, se llama aneuploidía. Un ejemplo conocido es la trisomía 21, que causa el Síndrome de Down. La mayoría de estos cambios son muy graves y pueden llevar a la pérdida temprana del embarazo.

Cambios en la Estructura de los Cromosomas

Son alteraciones en la forma de los cromosomas, como:

• Deleciones: Se pierde una parte del cromosoma.
• Duplicaciones: Una parte del cromosoma se repite.
• Translocaciones: Una parte de un cromosoma se mueve a otro.
• Inversiones: Una parte del cromosoma se rompe y se reinserta al revés.
• Cromosomas en anillos: Una parte del cromosoma se rompe y forma un anillo.
• Isocromosomas: Un cromosoma tiene sus dos brazos idénticos.

La Evolución y Nuestro Genoma

Comparar los genomas de diferentes especies nos ayuda a entender la evolución. Por ejemplo, el genoma humano y el del chimpancé son muy parecidos (98.77 % de similitud), lo que muestra nuestro parentesco evolutivo. Una diferencia importante es que el cromosoma 2 humano es el resultado de la fusión de dos cromosomas que aún están separados en los chimpancés.

Comparando Genomas Humanos

Estudiar los genomas de personas de todo el mundo nos da pistas sobre cómo los humanos se dispersaron por el planeta a lo largo de miles de años. Los científicos pueden rastrear mutaciones específicas que surgieron en poblaciones antiguas y ver cómo se extendieron.

Mapa de las migraciones humanas creado a partir de genómica comparada con los genomas mitocondriales de individuos actuales. Los números de la leyenda representan miles de años antes del presente.

Se ha descubierto que todos los humanos actuales compartimos una antepasada femenina común que vivió en África hace unos 150 000 años, y un antepasado masculino común más reciente de hace unos 60 000 años. La mayor diversidad genética se encuentra en África, lo que sugiere que la humanidad se originó allí y luego pequeños grupos emigraron a otras partes del mundo.

El Genoma de las Mitocondrias

Las mitocondrias son orgánulos dentro de nuestras células que producen energía. Tienen su propio ADN, llamado genoma mitocondrial. Se cree que las mitocondrias fueron bacterias independientes que fueron "adoptadas" por nuestras células hace mucho tiempo.

Diagrama simplificado del genoma mitocondrial.

El genoma mitocondrial es mucho más pequeño que el genoma nuclear (el de los cromosomas). Contiene 37 genes que son esenciales para la producción de energía. A diferencia del ADN nuclear, el ADN mitocondrial se hereda solo de la madre. Cada célula puede tener cientos o miles de copias del genoma mitocondrial.

Véase también

En inglés: Human genome Facts for Kids

• ADN
• Gen
• Cromosoma
• Genoma
• Proyecto Genoma Humano
• Genética humana
• Evolución humana