martes, 22 de noviembre de 2016

Genética Mendel

La genética consiste en el estudio de la herencia, la cual es el paso o la transmisión de las características de un individuo de una generación a otra. Esta ciencia tiene sus orígenes con los postulados de Gregor Joham Mendel (1822 - 1884), abad de un monasterio de Brünn ( en la antigua Checoslovaquia), hoy Austria, quien en 1865 publica su trabajo de investigación en plantas de guisante ( Pisium sativum ; Fabaceae ).

 monasterio Königskloster

Mendel trabajó sobre la transmisión de los caracteres de las plantas a través de sucesivas generaciones, en lo que hoy constituye el fundamento de la genética moderna. El interés por conocer esos principios partió de su experimentación con siete características diferentes de variedades de guisantes puras. Mendel observó que se obtenían híbridos, si cruzaba una variedad de tallo corto con otra de tallo largo; estos descendientes conservaban el parecido con los ascendientes de tallo alto.

Los estudios de Mendel se basaron en cuatro aspectos:

a) estudiar la transmisión de caracteres aislados
b) contar el número de descendientes de cada tipo
c) cruzar cepas o razas puras
d) elegir una planta en la cual el origen de los gametos podía ser controlado.

En primer lugar cruzaba dos individuos puros que diferían en la manifestación de uno de los caracteres. Los descendientes del primer cruzamiento eran híbridos. A continuación cruzaba estos híbridos entre sí. La primera generación era la llamada paterna P, o F0; la segunda o primera generación filial F1 y  la tercera o la segunda generación filial F2.


Sus principales experimentos, llevados a cabo sobre más de 27.000 plantas de distintas variedades de guisante, concluyeron y fueron resumidos en leyes, la de la uniformidad, la segregación de caracteres y el reparto independiente. En 1865 presentó los resultados ante la Sociedad de Ciencias Naturales de Brünn, los cuales fueron publicados al año siguiente. Sus estudios no fueron valorados hasta alrededor del año 1900.   Las décadas que siguieron al redescubrimiento de los trabajos de Mendel fueron muy ricas en estudios genéticos que resultarían de enorme importancia.

El éxito del trabajo de Mendel se debe básicamente a lo siguiente:
  • Utiliza el método científico
  • Seleccionó un organismo adecuado
  • Obtuvo gran cantidad de datos numéricos
  • Utilizó análisis matemáticos adecuadosUtilizó líneas de individuos puras ( razas puras )
La hipótesis de que cada individuo lleva un par de factores para cada característica y que los miembros del par segregan –es decir, se separan– durante la formación de los gametos, cuando se forman los gametos y que los alelos del gene para una característica dada segregan independientemente de los alelos del gen para otra característica son parte de los enunciados de los tres principios de Mendel.  Estas unidades discretas que intervenían en la herencia, que Mendel llamó elemente, son las que modernamente se conocen como genes,  Mendel propuso la existencia del elemente  y que este se transmitía de padres a hijos.   Cada individuo tenía 2 partículas pues había recibido una de cada padre ( concepto de Diploide o 2n ), en otro de los postulados de las Teoría de Mendel plantea que cada individuo transmite una de estas partículas a la progenie, y que cada las mismas se transmiten de forma independiente y se comportan en forma independiente como unidades de la herencia.
 
La influencia de Mendel

No fue hasta el año 1900 en que los biólogos aceptaron y entendieron la importancia de los hallazgos de MENDEL. En el mismo año, su trabajo fue redescubierto por tres científicos HUGO DE VRIES, KARL FRICH CORRENS y ERICH TSCHERMACK quienes, en forma independiente, habían hecho experimentos similares y estaban revisando literatura especializada para confirmar y explicar sus resultados.  Durante los 35 años en que el trabajo de MENDEL permaneció en la oscuridad se habían efectuado considerables progresos en la microscopía y, en consecuencia, en el estudio de la estructura celular. Durante este período, se descubrieron los cromosomas y se observaron y describieron por primera vez sus movimientos durante la mitosis Durante estos años, también se descubrió el proceso por el cual se forman los gametos y los sucesos de la meiosis fueron rápidamente relacionados con los principios mendelianos de la herencia.

HUGO DE VRIES, KARL FRICH CORRENS y ERICH TSCHERMACK

Los trabajos de Mendel atrajeron la atención en todo el mundo y con esto estimularon muchos estudios de investigadores que buscaban confirmar y extender sus observaciones. El redescubrimiento de los trabajos de Mendel fue el catalizador de muchos nuevos descubrimientos en genética que condujeron a la identificación de los cromosomas como los portadores de la herencia en el año 1902. Sin embargo, algunas de las conclusiones de Mendel debieron ser modificadas.   Si bien muchas de las características se heredan de acuerdo con las leyes establecidas por Mendel, otras, tal vez la mayoría, siguen patrones de herencia más complejos. Ciertas interacciones entre los alelos, interacciones entre los genes, e interacciones con el medio ambiente explican gran parte de estas desviaciones de los principios mendelianos.

En la actualidad para entender los principios en los que se funda la genética Mendeliana, es necesario conocer algunos términos importantes, los cuales se desarrollaron mucho después de que Mendel planteó su teoría:

Gene:     Fragmento de ADN que codifica o contiene el mensaje que determina una característica determinada. Los genes son como la recetas a seguir para poder armar una proteína a partir de una cadena de aminoácidos.  Ej. color de flores, tamaño.


Alelo:    Los alelos son las formas en que se pueden expresar los distintos genes. Es decir vienen a ser todas las variedades que se pueden obtener para una receta determinada que produce una proteína.  Ej. flores blancas, rojas, amarillas.


Fenotipo: Se refiere a las características morfológicas, anatómicas, bioquímicas, fisiológicas y de comportamiento que presenta un organismo, y que son resultado de su constitución genética y de la influencia del ambiente. Es decir es la expresión de los genes.


Genotipo: Este concepto se refiere a la constitución genética de un individuo, con respecto a una característica determinada, es decir al tipo de alelos que posee un individuo.

Homocigota: Se refiere a individuos que tienen ambos alelos iguales para una característica.
     
Heterocigota: Se refiere a individuos que tienen ambos alelos diferentes, para una característica.


Dominante: Aquella característica que se expresa tanto en condición homocigota como heterocigota.

Recesivo: Rasgo que se expresa solamente en condición homocigota.

 

Así pues y de acuerdo a Mendel, cualquier carácter hereditario estará determinado por dos partículas, una procedente del padre y otra de la madre. A estas partículas que rigen un carácter se les llama alelos. Si estos alelos son iguales, al individuo se le denomina homocigótico o puro, y si son distintos, heterocigótico o híbrido.
Experimento de Mendel

Las características o genes que utilizó Mendel para realizar su experimento, y los resultados proporcionales para las 2 primeras generaciones de individuos se exponen a continuación:
Mendel notó cómo al cruzar 2 características que él denominaba puras en la primera generación ( F1 ), sólo se manifestaba un fenotipo, y cómo en la segunda generación, se manifestaban ambos rasgos en proporción 3:1.

A partir de estos hechos experimentales Mendel dedujo tres principios de la herencia.

1ª Principio de Mendel;  Principio de la Uniformidad

Si se cruzan dos individuos (P) homocigóticos para un solo par de alelos, pero con distinta expresión o fenotipo, todos los descendientes de la primera generación, que se denominarán híbridos F1, son idénticos. Expresado de una forma más clara: cuando se realiza el cruzamiento entre individuos de la misma especie pertenecientes a razas puras, todos los híbridos de la primera generación filial son iguales.  Estos híbridos manifiestan enteramente el carácter de uno de los progenitores (carácter dominante), mientras que el carácter del otro progenitor no se muestra, como si estuviera oculto o desaparecido (carácter recesivo), o bien los híbridos muestran un carácter intermedio entre los dos padres (codominancia).

Esta ley se puede resumir de la siguiente manera:  “ después de un cruce de dos homocigotas diferentes, se obtiene una progenie heterocigota completamente “
 

2ª Principio de Mendel; Principio de la Segregación (o disyunción) de los genes antagónicos

Al cruzar entre sí los híbridos de la generación F1 se obtienen en la F2 distintos tipos de descendientes, parte de los cuales son como los individuos de P. Los genes que han constituido pareja en los individuos de la F1, se separan al formarse las células reproductoras de éstos.

Esta ley se puede resumir de la siguiente manera:  “ Los dos miembros de un par de genes segregan al formarse los gametos, de tal forma que la mitad de los gametos portan un alelo de cada par y la otra mitad el otro alelo “.


3ª Principio de Mendel; Principio del reparto independiente ley de la recombinación de los genes:

Mendel efectuó también cruces con plantas que diferían en dos características a la vez (dihibridismo): por ejemplo, guisantes de semilla lisa y amarilla a un tiempo con otros de semilla verde y rugosa. De esta forma dedujo a partir de los resultados de los cruces la tercera ley, que dice:  “ Si se cruzan razas que difieren en uno o más alelos, los alelos son independientes, y siguen las dos primeras leyes de Mendel. Es decir, cada uno de los caracteres hereditarios se transmite a la progenie con total independencia de los restantes. “

La proporción obtenida por Mendel fue de 9 plantas de semilla amarilla y lisa; 3 plantas de semilla amarilla y rugosa; 3 plantas de semilla verde y lisa; y 1 planta de semilla verde y rugosa.

Este principio se puede resumir de la siguiente manera:  “ Durante la formación de los gametos la segregación de cada par de genes es independiente de la de otros pares de genes, de esta forma en el individuo son posibles muchas combinaciones diferentes. “


AMPLIANDO EL CONCEPTO DE GENE

A medida que avanzaba la edad de oro de la genética, lo nuevos estudios mostraban que los patrones hereditarios no siempre son tan simples y directos. Si bien los principios mendelianos constituyen la base para predecir los resultados de cruzamientos simples, las excepciones, aunque no invalidan las leyes de Mendel, son abundantes. Ciertas interacciones entre alelos explican gran parte de estas desviaciones de los principios mendelianos. Aunque la interacción de la gran mayoría de los alelos ocurre según la modalidad DOMINANTE - RECESIVO, en algunos casos existe DOMINANCIA INCOMPLETA y CODOMINANCIA. Además, aunque sólo dos alelos están presentes en cualquier individuo diploide, en una población de organismos un solo gene puede tener ALELOS MÚLTIPLES, como resultado de una serie de diferentes mutaciones. 



La interacción entre genes puede originar fenotipos nuevos y, en algunos casos, los genes pueden presentar EPISTASIS, es decir, uno de ellos modifica el efecto del otro. Como resultado, se alteran las proporciones fenotípicas esperadas según las leyes de Mendel.  Asimismo, un solo gene puede afectar dos o más características que aparentemente no están relacionadas; esta propiedad de un gene se conoce como PLEIOTROPÍA.

En muchas características, la expresión fenotípica está influida por varios genes; este fenómeno se conoce como HERENCIA POLIGÉNICA. Los rasgos con este tipo de herencia muestran variación continua y su estudio se realiza ediante curvas que describen su distribución en las poblaciones.
el color de los ojos es un rasgo determinado por varios genes

Cuando la expresión de un gene se altera por factores ambientales, o por la acción de otros genes, dos resultados son posibles. En primer lugar, el grado en que se expresa un genotipo particular en el fenotipo de un individuo puede variar. A este efecto se lo denomina EXPRESIVIDAD VARIABLE.



Frecuentemente, existe gran variabilidad en la expresividad de un gen entre los miembros de una misma familia. Además, la proporción de individuos que muestran el fenotipo correspondiente a un genotipo particular puede ser menor que la esperada: en este caso se dice que el genotipo muestra PENETRANCIA INCOMPLETA.


DOMINANCIA INCOMPLETA 

Este modelo de herencia se aplica en el los efectos de ambos ALELOS de un LOCUS particular se presentan en el fenotipo del HETEROCIGOTO. Esto es visible en el caso de los organismos heterocigotos. En contra de lo que plantean los princpios de Mendel, la mayoría de los genes tienes más de dos alelos para cada genede manera que todas las posibles combinaciones producen más  efectos fenotípicosque Dominante y Recesivo.  Si se considera la variación a nivel molecular el número de alelos por gen llega a ser enorme como en varios miles en algunos casos ( en este caso los alelos reciben el nombre de polimorfismos ).  En varios casos se  puede encontrar fácilmente genes con 3, 4 o más alelos. El conjunto de los alelos posibles en un locus se llama serie alélica, por ejemplo el color de la flor en Dianthus caryophyllus

Carl Correns cruzó experi­mentalmenteflores rojas con blancas, observando en la F1 la aparición de un nuevo fenotipo intermedio entre los parentales , es decir color rosa, lo que no coincidía con lo descripto por Mendel, ya que la F1 era uniforme pero no igual a uno de los progenitores.  A su vez al aparear a la F1 entre sí obtuvo una proporción fenotípica de 1/4 de flores rojas: ½ de flores rosas: ¼ de flo­res blancas. Si denominamos “R” al alelo del color rojo y “r” al blanco:

 Series Alélicas ( Alelos Mútiples )

En algunos casos para un gene determinado existen solamente dos alelos, sin embargo la mayoría de los sistemas genéticos los genes tienen series de varios alelos, no solamente dos, de modo que se presentan más genotipos que en los sistemas de dos alelos, lo cual produce a su vez fenotipos distintos a los del dominante y el recesivo, sin que haya dominancia incompleta. En el caso del Don Diego de Noche o Maravilla ( Miriabilis jalapa; Nyctagynaceae ) el color de la flor lo determinan varios alelos, como fucsia, amarillo, naranja, y blanco

Color de flores: A; Fucsia / a; Amarillo / å; Naranja / á; Blanco
 
Otro ejemplo de una serie alélica es el gene que produce el color del pelaje en conejos. Los colores en la naturaleza son en orden de dominancia

Aguti / Chinchilla / Himalaya / Albino

El alelo aguti y proporciona al conejo su aspecto característico en tonos gris pardo. Chinchilla es un alelo que produce un pelaje variegado en gris y blanco. El alelo himalaya produce un efecto que depende de la temperatura; en las partes más frías del cuerpo del animal (la nariz, la cola, las orejas y las patas) el color del pelo es negro, mientras que en las zonas más calientes se muestra el color base del animal (dependiente de otros genes de coloración). El alelo albino, en produce ausencia de pigmentación (es el típico conejo blanco).

Aguti / Chinchilla / Himalaya / Albino

Codominancia

Existen casos en que existe más de un alelo dominante, en este caso el fenotipo del heterocigoto expresaría ambos alelos. Este tipo de herencia es más común entenderla y estudiarla en los antígenos de las células sanguíneas ( glicoproteínas ).    En poblaciones humanas hay dos formas de la glicoproteína, estas formas se denominan antígeno M y antígeno N.   El sistema MN se encuentra bajo el control de un gene ubicado en el cromosoma 4. El sistema MN fue descubierto por Landsteiner y Levine en 1927.  Para este grupo sanguíneo existen solamente dos alelos y ambos son dominantes.

Antígeno M:  LM
Antígeno N:   LN 

Los individuos homocigotas pueden presentar el genotipo LMLM ( produce el antígeno M ) o bien LNLN ( produce el antígeno N ), o las dos a la vez; LMLN ( produce el antígeno M y el antígeno N )


La herencia de esta glicoproteina es codominante.

El sistema ABO


Este sistema fue descubierto en 1901 por Landsteiner, quien estudió el plasma sanguineo a través de un microscopio y las reacciones inmunológicas de este.  Así fue como definió tres grupos sanguineos llamados Grupo A, Grupo B y Grupo O. En el año 1907 Decastrello y Sturli definieron el cuarto grupo AB.

 Karl Landsteiner ( 1868 - 1943 )

Los grupos sanguineos están definidos por antígenos. El grupo O posee el antígeno H, El grupo A posee el antígeno A ( en la actualdad se conoce la existencia de dos subtipos llamados A1 y A2 ), el grupo B produce el antígeno B y el grupo AB pruduce ambos antígenos.   Generalmente, el antígeno H no se grafica, ya que para efectos del sistema ABO es irrelevante.   


Los distintos grupos de sangre, presentan anticuerpos en el plasma sanguíneo. En la mayoría de los casos, los neonatos no poseen anticuerpos en el plasma, ya que estos se producen con el contacto de antígenos similares al A, B y H en los primeros años de vida.  El grupo A, tendrá anticuerpos B. El grupo B, tendrá anticuerpos A. El grupo O, tendrá anticuerpos A y B y el grupo AB no poseerá anticuerpos.
Sistema Rh

Es un sistema de genes relacionado con la presencia de otro tipo de antígenos en los eritrocitos y está determinado por la presencia de tres genes diferentes que poseen en total 6 alelos. Para simplificarlo se utilizan dos posibilidades, el ser Rh+ y producir el antígeno que aglutina los glóbulos rojos lo cual se considera dominante ( D ), o el ser Rh- y no producir el antígeno que aglutina los eritrocitos ( d ). El factor Rh recibe este nombre pues los experimentos que llevaron a su descubrimiento se realizaron con unos monos ( Macaco rhesus ) hoy llamado Macaca mulatta, y con sangre de conejos ( Oryctolagus cuniculus )
 Macaca mulatta

Su origen se remonta al año 1940, cuando Karl Landsteiner y Alexander  Wiener, descubrieron un antígeno en los glóbulos rojos del conejo al que bautizaron como factor Rh.   Se observó que al inyectar hematíes humanos a estos simios, producían un anticuerpo que era capaz de reaccionar aglutinando los hematíes en el 85% de la población. Se denominan Rh positivos los hematíes que son aglutinados por este anticuerpo y tienen, por tanto, el antígeno Rh en la superficie. Se denominan Rh negativos los que no son aglutinados y que, por tanto, no poseen el antígeno Rh en su superficie.  


Se han descubierto más de otros 50 antígenos RH, incluyendo la mezcla de los mencionados anteriores y reacciones más débiles, pero la mayoría de los problemas de RH son provocados por los mencionados anteriormente.  Los antígenos RH, son proteínas de 417 aminoácidos que juntos cruzan la membrana celular del eritrocito 12 veces. Las diferencias que tiene con los antígenos del sistema ABO es que no son solubles y no están expresados en los tejidos. Estos antígenos están bien desarrollados al nacer.  El conocimiento del factor Rh permite en la actualidad: Evitar accidentes fatales a la hora de realizar transfusiones, aplicaciones para exclusión de paternidad y diagnóstico de ERITROBLASTOSIS FETAL

Este problema hace que la madre en el segundo embarazo desarrolle anticuerpos contra la sangre del niño y estas defensas le destruyan los glóbulos rojos, para evitar esto se puede realizar una transfusión total de sangre al niño al nacer o se le administra una dosis de gammaglobulina en las primeras 48 horas después del parto.

Para leer más 

Gregor Johann Mendel (1822-1884)