En busca de los genes responsables de enfermedades

Felipe Torrentí Salom

Sí habéis leído alguno de nuestros artículos de blog que tratan sobre enfermedades raras, habréis observado que siempre, en algún momento, escribimos que “esta enfermedad está causada por un defecto en el gen COMOSELLAME”. Es obviamente muy útil conocer la localización y las propiedades de los genes que causan las distintas enfermedades para descubrir cómo tratarlas.

Pero, ¿cómo determinan los científicos qué genes son los causantes de las distintas enfermedades? Responderemos esta pregunta en éste artículo.

Antes de buscar

Por supuesto, no todas las enfermedades son tan simples como la fenilcetonuria o el síndrome de Ondina, donde los problemas están causados por mutaciones en un solo gen. Muchas enfermedades son más complejas: algunas enfermedades requieren más de un gen defectuoso, algunas solo aparecen en determinadas poblaciones, y algunas modulan sus síntomas dependiendo de si existen reguladores de reguladores que regulan reguladores. La genética es complicada, y las enfermedades que dependen de muchos factores son más difíciles de estudiar que las simples.

Una de las situaciones más comunes es que una enfermedad dependa tanto de factores genéticos como de factores ambientales (temperatura, actividad física, hábitos…). Antes de empezar a buscar genes que podrían causar problemas, tenemos que saber en qué grado estos problemas son causados por genes.

Una pista es observar si la enfermedad es frecuente en miembros de la misma familia, pues comparten la inmensa mayoría de los genes y, por lo tanto, sería lógico que fuera por esto por lo que comparten también la enfermedad. Sin embargo, confiar absolutamente en esta pista es una trampa en la que cae mucha gente. En efecto, familiares cercanos comparten muchos genes, pero, al mismo tiempo, también comparten ambientes muy parecidos, pues viven en el mismo hogar, comen la misma comida y frecuentan los mismos lugares. Mirar solamente si la enfermedad se repite en familiares cercanos no nos permite distinguir si se repite por causas genéticas o por causas ambientales.

Los científicos utilizan normalmente 2 tipos de estudios para determinar el grado de “heredabilidad” de una enfermedad:

• Estudios con gemelos: en estos estudios se observa la frecuencia en la que una enfermedad aparece en los dos hermanos de una pareja de gemelos monocigóticos (que comparten el 100% de los genes) y se compara esta frecuencia con la de aparición de la enfermedad en parejas de hermanos dicigóticos (que comparten el 50% de los genes, como el resto de las parejas de hermanos). Si es más frecuente la enfermedad en hermanos monocigóticos que en dicigóticos, significa que los genes influyen en su aparición.
• Estudios de adopción: se compara la frecuencia de aparición de la enfermedad en hijos y padres adoptivos con la aparición de la enfermedad en los mismos hijos y sus padres biológicos. Si aparece más frecuentemente en familias biológicas es porque influye más la genética, mientras que si aparece más frecuentemente en familias adoptivas influye más el ambiente.

Hay que decir que estos estudios requieren examinar a mucha gente, pues son poblacionales. De hecho, en algunos casos ni siquiera existen suficientes familias con la enfermedad para poder estudiarlas.

¿Y qué hay que buscar?

Una vez ya hemos determinado que esta enfermedad es definitivamente genética, podemos pasar a buscar qué genes son los que la causan. Por desgracia, tenemos en nuestro cuerpo entre 20.000 y 25.000 genes, así que intentar examinarlos todos sería un proceso muy, muy largo.

Podemos afinar nuestra búsqueda utilizando herramientas de búsqueda en bases de datos. Afortunadamente, desde 2016 tenemos acceso a la mejor base de datos sobre genes: el Proyecto Genoma Humano, que es básicamente una lista de todos los genes de nuestro cuerpo junto con sus estructuras moleculares. Podemos usarla para reducir la lista de genes candidatos según la función o la estructura de las proteínas, por ejemplo. Las proteínas humanas implicadas en enfermedades suelen estar formadas por múltiples cadenas largas de aminoácidos y suelen estar más conservadas evolutivamente. Podemos usar herramientas bioinformáticas para comparar bases de datos y buscar genes con estas características.

Identificación experimental

Además de simplemente buscar información sobre los genes en bases de datos, también se pueden realizar experimentos para identificar los genes causantes de enfermedades. Todas estas técnicas siguen el mismo procedimiento, diferenciándose en el segundo paso:

1. Se recoge ADN de varios pacientes con la enfermedad.
2. Se analizan las muestras para determinar regiones probables del genoma donde la mutación puede residir.
3. Se alinean las regiones probables, resultando en una parte solapada que debería contener el gen mutante. Se buscan todos los genes de esa región.
4. Se secuencian esos genes hasta que se descubre una mutación.

Como hemos dicho, todos los métodos de identificación de genes se diferencian en el segundo paso, es decir, en cómo se sacan “regiones probables” a partir del ADN de los pacientes. Se pueden realizar diferentes aproximaciones:

• Buscar pérdida de heterocigosidad (LOH): Útil en la búsqueda de genes supresores de tumores, pues es un evento que ocurre frecuentemente en cáncer. La pérdida de heterocigosidad consiste en que una célula pierde uno de sus dos alelos de un locus genético, haciendo que el otro sea el único que se exprese. Si se ha perdido la heterocigosidad de un gen supresor de tumores y el alelo que queda es defectuoso, se producirá un tumor. En estos estudios se buscan regiones del genoma que son heterocigotas en el tejido normal y homocigotas en el tejido mutante. Estas regiones serán candidatas a tener un gen supresor de tumores.
• Comparar el ADN de individuos enfermos y sus familiares: En concreto, se comparan muchos lugares que contienen variaciones de un solo nucleótido (SNP). Si todos los SNP de una región son idénticos tanto en padres como en hijos se considera que esa región es “Idéntica por descendencia” y, por lo tanto, se puede descartar como posible región candidata, pues está claro que no causa la enfermedad si se encuentra tanto en pacientes sanos como enfermos.
• Estudios knockdown de todo el genoma: Los estudios “knockdown” consisten en la introducción de ARN especial, destinado a bloquear la expresión de ARN mensajero de un gen específico de la célula. Para identificar genes candidatos se realiza el “knockdown” de muchísimos genes sospechosos, para ver si la ausencia de esos genes causa la enfermedad y, por lo tanto, son sospechosos de contener la mutación causante.
• Secuenciación de todo el exoma: un estudio que funciona a fuerza bruta. Consiste en poner juntas todas las porciones del genoma que producen proteínas y comparar la secuencia de una persona enferma con la de un genoma de referencia, buscando todas las diferencias. Después de filtrar todas las diferencias en el genoma que no causan diferencias en las proteínas, las que queden estarán dentro de los genes candidatos a producir la enfermedad.

Como hemos visto, encontrar los genes causantes de las enfermedades es un proceso muy, muy complicado. Y eso sólo cuando solamente tenemos en cuenta enfermedades genéticas simples, causadas exclusivamente por una deficiencia en un solo gen. Estamos muy lejos de conocer el origen de todas las enfermedades, pero métodos como los que hemos visto en este artículo nos permiten, poco a poco, entenderlas mejor. Conocer la estructura y las propiedades de los genes que causan enfermedades nos puede ayudar a descubrir cómo eliminarlas.