A primera vista, se solía pensar que cuanto más complejo era un organismo, mayor era el número de genes que lo componían. Sin embargo, en el caso del genoma humano, la biología nos sorprendió. Se pudo ver que, con un número reducido de genes, éramos capaces de generar una enorme diversidad de funciones, estructuras y características.
Este descubrimiento despertó una pregunta clave: ¿cuántos genes tenemos realmente en el genoma humano y cómo funcionan? Responderla es fundamental para entender la biología humana y el origen de muchas enfermedades genéticas.
¿Cuál fue el punto de partida para saber cuántos genes tiene el genoma humano?
La pregunta sobre cuántos genes componen el genoma humano comenzó a tener especial relevancia a finales del siglo XX, especialmente durante el desarrollo del Proyecto del Genoma Humano. Esta iniciativa científica supuso un antes y un después para el estudio y la comprensión de la genética.
El principal objetivo del proyecto era identificar y secuenciar la totalidad del ADN humano, de forma que se pudieran localizar y caracterizar los genes presentes en el genoma humano.
Antes de que se completara la primera secuenciación del genoma humano, se pensaba que el genoma podía tener alrededor de 100.000 genes. Una cifra que parecía tener sentido ya que permitía explicar la relación entre genes y proteínas, además de tener sentido con la complejidad de nuestro organismo.
En el año 2001 se publicaron los primeros resultados completos de la secuencia del genoma. En ese momento, se estimaron alrededor de 30.000 genes capaces de codificar proteínas. Ese resultado fue sorprendente, ¡eran muchos menos de lo esperado!
Con el paso del tiempo, el desarrollo de nuevas tecnologías y una comprensión más profunda de la complejidad del genoma, así como de la estructura y función del ADN, han permitido reajustar esa cifra. Hoy en día, se estima que el genoma humano contiene aproximadamente unos 20.000 genes codificantes con función biológica conocida. Este descubrimiento permitió confirmar la hipótesis de que la complejidad del genoma humano no solo está determinada por el número de unidades funcionales, sino por su regulación, expresión y combinación, ya que a partir de 20.000 genes se pueden obtener más de 150.000 proteínas.
¿Por qué los genes son las piezas clave del genoma humano?
Los genes son fragmentos del genoma que contienen la información necesaria para la síntesis de proteínas y de otras moléculas funcionales, permitiendo el correcto funcionamiento de las células. Gracias a su actividad coordinada, el organismo puede desarrollarse y funcionar de manera organizada.
Los genes se pueden clasificar según su función. Si producen proteínas, se denominan codificantes como por ejemplo el gen INS que codifica para la insulina, una hormona esencial para regular la glucosa en sangre. Por otro lado, los genes que no producen proteínas se denominan no codificantes y su función consiste en regular cuándo, dónde y en qué cantidad se expresa la información genética. Algunos ejemplos de estos genes son los ARN funcionales (implicados en procesos celulares) o los ARNs de transferencia (necesarios para la síntesis de proteínas).
De la misma forma, solo una parte del genoma humano contiene las “recetas” necesarias para fabricar proteínas, es decir, los genes codificantes. El resto de las secuencias no produce proteínas directamente, pero regulan y organizan este proceso.
En conjunto, sólo alrededor del 2% del genoma humano codifica proteínas. El 98% restante no tiene una función codificante directa, pero cumple funciones estructurales y regulatorias esenciales para que el genoma funcione correctamente.
Como curiosidad, aunque la gran mayoría de nuestros genes son prácticamente iguales en todos los seres humanos, existe un pequeño porcentaje del genoma que presenta variaciones entre individuos. Estas diferencias, son las responsables de muchas de las diferencias físicas o metabólicas que hacen que cada persona sea única.
¿Como es posible que a partir de pocos genes se obtengan tantas proteínas?
Como hemos visto, el genoma humano contiene alrededor de 20.000 genes codificantes, pero el organismo es capaz de producir aproximadamente 150.000 proteínas diferentes. Esta contradicción aparente se explica, en gran parte, por el mecanismo de splicing alternativo, un sistema de “corte y empalme” que tiene lugar cuando el gen se expresa.
Dentro de los genes existen regiones llamadas exones, que contienen la información que se transcribe a ARN mensajero y que, tras el procesamiento, pasa a ser ARN mensajero maduro. La mayoría de estas secuencias codifica la información que se traduce en aminoácidos para formar proteínas. También existen otras secuencias conocidas como intrones, que no codifican directamente proteínas. Aunque los intrones no se traducen, contienen información relevante, ya que participan en la regulación y el procesamiento del material genético.
Durante el proceso de splicing, que tiene lugar en el ARN mensajero, se eliminan todas aquellas regiones no codificantes (intrones) y se unen las codificantes (exones), lo que permite interpretar correctamente la información genética. De lo contrario, sería como tener un libro de recetas sin un orden claro y, por tanto, sin poder interpretarlo ni utilizarlo.
Conviene distinguir entre splicing y splicing alternativo. El splicing ocurre de forma general en los genes que contienen intrones, mientras que el splicing alternativo no tiene lugar en cada gen. Este último consiste en la combinación variable de exones de un mismo gen, lo que genera distintos tipos de ARN mensajero. Por ejemplo, el gen de la insulina o algunos genes relacionados con la hemoglobina presentan splicing alternativo, dando lugar a proteínas con funciones diferentes.
Gracias a esta combinación variable de exones, un mismo gen puede originar distintas proteínas. De este modo, se amplía considerablemente la diversidad proteica sin necesidad de aumentar el número de genes.
Antes de conocer el funcionamiento del genoma humano, se pensaba que podía haber alrededor de 100.000 genes para justificar su complejidad. El descubrimiento de este mecanismo ayudó a comprender que no era necesario un número tan elevado de genes para explicar la gran cantidad de proteínas del organismo.
Todos los genes cuentan… ¿pero todos son igual de famosos?
No todos los genes reciben la misma atención científica. Tal y como hemos visto a lo largo del blog, el genoma humano tiene alrededor de 20.000 genes codificantes, pero las investigaciones se centran en un número reducido de ellos. De hecho, se estima que alrededor de 100 son los que acumulan más de una cuarta parte de las publicaciones científicas. Por ello, algunos son especialmente conocidos por su implicación en enfermedades o procesos biológicos relevantes, mientras que muchos otros siguen estando poco caracterizados.
Bibliografía
¿Cuántos genes tiene el genoma humano? https://genotipia.com/genetica_medica_news/genes-genoma-humano/
El proyecto genoma humano https://genotipia.com/proyecto-genoma-humano/
https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Gen
