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lunes, 9 de abril de 2012

T5 eje. elegir otro tema "El ADN en la investigación policial"

Qué es la Genética Forense? 
 Con la denominación de genética forense se define el uso de ciertas técnicas empleadas en genética para la identificación de los individuos en base al análisis del DNA. El ácido desoxirribonucleico o DNA, es una sustancia química que se encuentra en el núcleo de todas las células del cuerpo y permanece invariable; por ello en la actualidad es muy usado en ciencia forense como una herramienta fundamental para la determinación del vinculo filial ya que el DNA proviene un 50% del óvulo materno y el 50% restante, del espermatozoide paterno.  La función del DNA dentro de la célula es transmitir los caracteres hereditarios y esto lo realiza ordenándole a la célula (codificando) que fabrique determinadas proteínas. A un sector de la cadena de DNA que codifica la fabricación de una proteína se la denomina Gen; por ejemplo, el color de los ojos, color del pelo, grupo sanguíneo, etc., son manifestaciones de los genes que poseemos. Los genes, de todos los seres humanos son poco variables y constituyen un gran porcentaje de la información contenida en la molécula de DNA; la información restante, incluye sectores que pueden exhibir un cierto grado de variabilidad entre los individuos, en consecuencia: “todos los seres humanos tenemos sectores del DNA en común y otros que no lo son”. El llamado Análisis de DNA es un conjunto de técnicas utilizadas para detectar sectores en la cadena de DNA que son variables en la población. Estas regiones son denominadas regiones polimórficas o polimorfismos. Al analizar un determinado número de regiones polimórficas la probabilidad de que dos individuos sean genéticamente iguales es prácticamente nula, excepto en los gemelos univitelinos. 

Nace una nueva especialidad, nace la Genética Forense.

La Hemogenética Forense nace a principios del siglo pasado, cuando Karl Landsteiner describe el sistema ABO de los eritrocitos y Von Durgen y Hirschfeld descubren su transmisión hereditaria. Esta ciencia surgió como una rama de la Criminalística cuyo objetivo era la identificación genética tanto en casos de investigación criminal como en estudios biológicos de la paternidad. Inicialmente, las investigaciones se centraban en el estudio de antígenos eritrocitarios (sistema ABO, Rh, MN), enzimas eritrocitarias y sistema HLA. Con el estudio de dichos marcadores podía incluirse o excluirse a una persona como posible sospechoso por poseer una combinación genética igual o diferente a la del vestigio biológico hallado en el lugar de los hechos.
Pero fue a mediados del siglo pasado cuando gracias al descubrimiento del DNA y de su estructura y al posterior avance en las técnicas de análisis de dicha molécula, que la Hemogenética Forense evolucionó considerablemente hasta el punto de que hoy en día puede hablarse de una nueva subespecialidad dentro de la Medicina Forense: la Genética Forense. 

Esta subespecialidad se centra básicamente en tres áreas:
  • Identificación de personas desaparecidas a partir del cadáver.
  • Investigación de la filiacion, tanto desde el punto de vista de la reclamación como de la impugnación.
  • Criminología, análisis de restos orgánicos como pelos, semen, saliva, sangre, etc. que han quedado en la escena de un crimen o de un delito sexual.
Para realizar su objetivo la Genética Forense emplea dos técnicas principalmente: la RFLPs (Fragmentos de restricción de longitud polimórfica) y la PCR y la elección de la técnica a aplicar estará determinada por la cantidad y calidad del DNA presente siendo la segunda la más utilizada, ya que la RFLPs presenta grandes restricciones en estos aspectos. 

Estas limitaciones son superadas por la PCR o amplificación en cadena de la polimerasa, ya que esta permite amplificar más de un millón de veces una muestra de ADN. Con el uso de la PCR muestras tan mínimas como pueden ser las halladas en un pelo con raíz, una minúscula mancha de sangre o semen e incluso caspa son suficientes en muchos casos para llevar a cabo un análisis de identificación genética. Las regiones o fragmentos utilizados son los llamados marcadores genéticos, microsatélites o STRs.

La ciencia ha entrado en los ámbitos judicial y policial por la puerta de las investigaciones de crímenes violentos y de desaparecidos, pero su uso no ha hecho más que empezar.

El procedimiento de investigación para la identificación forense comienza cuando se comparan patrones genéticos del sospechoso o la víctima, con aquellos derivados de una muestra o evidencia; con sólo uno de los dos alelos que sean distintos, ya es suficiente para excluir en forma categórica al sospechoso.

El examen de estos polimorfismos o de patrones característicos presentes en las secuencias de nucleótidos es hoy la herramienta más poderosa para confirmar o descartar la existencia de parentesco entre individuos. El análisis del DNA nuclear por métodos como la técnica PCR, particularmente considerada en el presente trabajo, permite detectar determinados fragmentos de DNA que difieren en su longitud, según los individuos, porque se trata de secuencias cuyo número varía de una a otra persona. Estos polimorfismos, se heredan siguiendo las leyes de Mendel y dan lugar, en el análisis por electroforesis que separa los segmentos de ADN por su masa o longitud, a un patrón de bandas que constituye lo que se ha llamado "huella genética". Este patrón, resulta de la combinación de patrones de bandas de los padres, por la tanto de acuerdo a las coincidencias con ellos se puede excluir o incluir a un presunto padre. El uso adecuado de esta metodología permite establecer la inclusión de la paternidad con una certeza mayor del 99,99%.

Existe un ADN, el de las mitocondrias (ADN mt), que se hereda sólo a través de la madre. El ADN mitocondrial está constituido por dos hebras circulares: H (heavy) y L (light). Cada molécula se aloja en los recovecos externos de la membrana interna de la mitocondria. El mayor peso de la hebra exterior se debe a su adjunción a esta membrana. Una burbuja de iniciación en la cadena pesada, llamada D-loop, parece ser un mecanismo de control. Es una región polimórfica con dos regiones hipervariables, muy útiles para seguir linajes maternos. siendo por lo tanto apropiada para determinar la individualidad genética. Cabe señalar que si bien esta región evoluciona con la suficiente rapidez como para que pueda tener una función caracterizadora, lo hace en una medida tal que permite el reconocimiento de patrones comunes con parientes maternos próximos.

La amplificación del loop D mediante la técnica PCR y su posterior secuenciación permiten evaluar si dos individuos son hijos de la misma madre. La probabilidad de que dos personas no emparentadas tengan la misma secuencia de nucleótidos en el loop D del ADNmt es muy baja, sólo del 0,27 % . Sin embargo, a pesar de la importancia implícita en este hecho, es otro el rasgo que concede un valor inestimable a este método: cuando hay sólo un pariente sobreviviente y éste se encuentra a más de una generación de distancia del individuo en cuestión, la identidad sólo puede ser resuelta mediante este procedimiento, en cuyo caso el parentesco debe ocurrir por vía materna. Este método a sido de mucha utilidad para identificar cadáveres NN hallados en fosas comunes.

En Chile desde la segunda mitad de los años 90, se incorporan las pruebas de DNA cuando se establecen dos laboratorios: la Policía de Investigaciones, dedicado a los aspectos de criminalística, y el Servicio Médico legal, encargado de la identificación de personas.

Por medio de la utilización de las pruebas de DNA se han podido resolver casos emblemáticos en nuestro país, como por ejemplo el caso Matute Johns y se han logrado identificar los restos de detenidos desaparecidos. En ambos casos existía la posibilidad de comparar la huella genética con las muestras aportadas por sus familiares, lo que en el caso de los segundos se ha estructurado en un banco de DNA para evitar que los decesos de las parientes de más edad impidan seguir este arduo proceso. 

En Chile operará en un futuro no muy lejano un sistema de registro de DNA por ley, el que funcionará de la siguiente forma: si un individuo comete un delito deberá entregar una muestra de DNA con lo que se obtiene un perfil que se incorporará a un registro estatal, entonces si después es responsable de otro delito y se obtiene su huella genética a partir de la muestra hallada en la escena del crimen, éste va a coincidir con la que ya existe registrada y se va a saber a quién se culpa.

Hay crímenes que quedan en la memoria colectiva como la idea de que la justicia no llegó a la verdad, que se castigó a inocentes o que no pagaron todos los culpables. Esta es otra aplicación de la Genética Forense, demostrar que ciertas personas condenadas no son las responsables de los crímenes.

La incorporación de las pruebas de DNA ha revolucionado la investigación policial y los sistemas de identificación, gracias a el descubrimiento del DNA y la creación técnicas de identificación de individuos hoy en día se pueden resolver casos que hace algunos años atrás hubieran quedado en el misterio dando un consuelo a los familiares de las victimas pagando los verdaderos responsables del crimen, o en el caso de identificación de cuerpos los familiares tienen la seguridad de que realmente son sus familiares.

Los hijos pueden crecer con una mejor calidad de vida al saber que quien es realmente su padre, también se benefician tanto a las mujeres que buscan reconocimiento de filiación para sus hijos como los hombres que desean demostrar que están siendo acusados falsamente de ser padres biológicos de un niño que es imputado como suyo.
Creo que los estudios realizados pueden ser de gran utilidad no sólo en el campo forense para el esclarecimiento de hechos delictivos, identificación de cadáveres y pruebas de paternidad, sino también en el entorno de la zoología, la antropología, la paleontología y la arqueología, a pesar de que el estudio de ADN antiguo ha generado siempre controversia debido a la elevada probabilidad de contaminación.

T5 eje 4. Transgénicos


Tomates que no se pudren, zanahorias anticancerígenas, filetes antiinfarto… Éstos son algunos de los alimentos manipulados genéticamente, también llamados transgénicos, que ya mismo, o muy pronto, podrán adquirirse en el supermercado.

Gracias a estas manipulaciones genéticas, se espera que los consumidores accedan a alimentos más sanos, equilibrados y con propiedades hasta ahora imposibles. Algunos frutos incorporarán, por ejemplo, vacunas, medicamentos y sustancias saludables.

Los agricultores, ganaderos y empresarios también saldrán beneficiados. Los primeros podrán cultivar plantas adaptadas a climas, terrenos y situaciones adversas que antes hacían impracticable su desarrollo. En concreto, dispondrán de semillas con mayor tolerancia a la sequía, la salinidad y otras condiciones indeseables; de cultivos protegidos contra ciertas plagas (virus, hongos, insectos y parásitos); de plantas capaces de luchar contra las malas hierbas o soportar los herbicidas, y de frutas, verduras y hortalizas que retrasen su proceso natural de maduración, lo que contribuye a reducir las pérdidas en su almacenamiento, distribución y procesamiento.

Los OMG tendrán que especificar en sus envases el carácter de alimento transgénico y sus características, así como disponer de tests genéticos capaces de detectar la presencia de ingredientes transgénicos. Estos asuntos han hecho polémicas entre científicos, empresarios políticos y organizaciones de consumidores.


¿Qué son los alimentos transgénicos?

Alimentos obtenidos por manipulación genética (OMG) son:
  • Los organismos que se pueden utilizar como alimento y que han sido sometidos a ingeniería genética.
  • Alimentos que contienen un ingrediente o aditivo derivado de un organismo sometido a ingeniería genética.
  • Alimentos que se han producido utilizando un producto auxiliar para el procesamiento (por ejemplo, enzimas) creado por medio de la ingeniería genética.
Aunque sea menos preciso, resulta habitual referirse a este tipo de sustancias como alimentos transgénicos o alimentos recombinantes. Para la introducción de genes foráneos en la planta o en el animal comestibles, es necesario utilizar como herramienta lo que en ingeniería genética se llama un vector de transformación: "parásitos genéticos" como plásmidos y virus, a menudo inductores de tumores y otras enfermedades como sarcomas, leucemias... Aunque normalmente estos vectores se "mutilan" en el laboratorio para eliminar sus propiedades patógenas, se ha descrito la habilidad de estos vectores mutilados para reactivarse, pudiendo generar nuevos patógenos. 

¿Cómo se crea una planta transgénica?
  • En ingeniería genética, los científicos utilizan enzimas de restricción para aislar un segmento de ADN que contiene un gen de interés, por ejemplo, el gen que regula la producción de insulina.
  • Un plásmido extraído de su bacteria y tratado con la misma enzima de restricción puede formar un híbrido con estos extremos `pegajosos' de ADN complementario. 
  • El plásmido híbrido se reincorpora a la célula bacteriana, donde se replica como parte del ADN celular. 
  • Se puede cultivar un gran número de células hijas y obtener sus productos genéticos para uso humano.
Ventajas

El principal avance de la Ingeniería Genética consiste en la capacidad para crear especies nuevas a partir de la combinación de genes de varias existentes, combinando también por lo tanto sus características. Cultivos con genes de insectos para que desarrollen toxinas insecticidas o tomates con genes de pez para retrasar la marchitación han dejado hace tiempo de ser ciencia-ficción para constituir una realidad en nuestros días.
Permitir el cultivo de hortalizas en áreas desérticas hasta ahora estériles o aumentar el tamaño de los frutos cultivados son algunos de los adelantos que la utilización de este tipo de técnicas pueden aportar a la Humanidad, con los logros que supone hacia la erradicación del hambre en el Mundo. Lo que no se ha definido todavía es cómo compatibilizar estos objetivos con los intereses económicos de las empresas de biotecnología que los desarrollan.

Inconvenientes

Los expertos advierten que detrás de estas mejoras y nuevas aplicaciones se esconden también riesgos y peligros de notable importancia. 

La manipulación genética de animales para potenciar la producción de sustancias aprovechables industrialmente, o para aumentar su efectividad depredadora contra insectos y plagas, son otras de las aplicaciones con las que se está trabajando, así como aumentar la resistencia de los peces al frío, hacerles crecer más deprisa o ayudarles a resistir algunas enfermedades.

El negocio de la ingeniería genética está en manos de las grandes multinacionales agroquímicas y farmacéuticas, como Monsanto, Enimont, Du Pont, Ciba-Geigy, ICI y Sandoz. Sus intereses comerciales están haciendo a los investigadores intervenir directamente en procesos biológicos que apenas hemos empezado a comprender, y mucho menos a controlar. 

Funcionamiento genético

Si bien la ingeniería genética es una herramienta potentísima para la manipulación de los genes, actualmente existe un gran vacío de conocimiento sobre el funcionamiento genético de la planta o animal que se va a manipular. ¿Qué genes se activan y se desactivan a lo largo del ciclo vital de una determinada variedad de planta, cómo y porqué lo hacen? ¿Cómo influye el nuevo gen introducido en el funcionamiento del resto del genoma de la planta? ¿Cómo altera el entorno el encendido o el apagado de los genes de la planta cultivada? Actualmente, todas estas preguntas se encuentran, en gran medida, sin respuesta. La introducción de genes nuevos en el genoma de la planta o del animal manipulado provoca alteraciones impredecibles de su funcionamiento genético y de su metabolismo celular, y esto puede acarrear:
  • Producción de proteínas extrañas causantes de procesos alérgicos en los consumidores (estudios sobre la soja transgénica de Pioneer demostraron que provocaba reacciones alérgicas, no encontradas en la soja no manipulada). 
  • Producción de sustancias tóxicas que no están presentes en el alimento no manipulado (en EE.UU, la ingestión del aminoácido triptófano, producido por una bacteria modificada genéticamente, dio como resultado 27 personas muertas y más de 1500 afectados).
  • Alteraciones de las propiedades nutritivas (proporción de azúcares, grasas, proteínas, vitaminas...) 

T5 eje 1. ADN y cromosomas

ADN. (Ácido Desoxirribonucleico)
Definición y localización. Molécula polimérica compuesta de nucleótidos, que constituye el material genético. La información que contiene se expresa por la secuencia de nucleótidos. Estos pueden ser de cuatro tipos: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) y Citosina (C). El ADN (Ácido Desoxiribo Nucleico) constituye el material genético de las células del cuerpo humano.  El ADN se encuentra exclusivamente en el núcleo de las células. En el genoma (conjunto integral y secuenciado del ADN) humano se estima que hay aproximadamente 50,000 ó más genes. Los genes son trozos funcionales de ADN compuestos a su vez de1,000 hasta 200,000 unidades c/u llamadas nucleótidos. 

Estructura.

 Los nucleótidos se encuentran organizados formando un par de cadenas apareadas que toman la forma tridimensional de un doble hélix. Hay más de (3,000'000,000) tres mil millones de pares de bases que constituyen el genoma de una sola célula humana. Se han observado tres tipos de estructuras en el ADN:
  • Estructura B: Descubierta por Watson y Crick es la que está presente en condiciones biológicas, es decir, cuando en el medio celular hay agua.
  • Estructura A: Se presenta únicamente cuando no hay agua.
  • Estructura Z: Aparece cuando el ADN ya se ha expresado o que no se va a expresar nunca porque no tiene información.
La estructura primaria del ADN va a ser la secuencia de nucleótidos, el mensaje genético reside en dicha secuencia.

La estructura secundaria va a ser la doble- hélice, que va a constar de dos cadenas polinucleótidas que se enrollan en espiral formando una doble hélice, en donde los azúcares y restos ortofosfóricos se sitúan en la periferia de la cadena y las bases nitrogenadas dentro de la cadena y enfrentadas, existiendo dos puentes de hidrógeno entre A y T, y tres puentes de hidrógeno entre G y C. Las dos hebras no son iguales son complementarias y antiparalelas, es decir, el extremo de una es 3´y al final 5´, y en la otra 5´- 3´. Tienen un arrollamiento plectonímico, es decir, se enrollan alrededor de un hipotético eje longitudinal, y no se van a separar a menos que se produzca la desnaturalización.

La estructura terciaria. El ADN bacteriano adopta en ocasiones una disposición espacial sin el concurso de histonas, llamado ADN superenrollado. Debido a las tensiones que surgen cuando se varía en el número de vueltas de doble hélice.
  • Estructura tipo B: Los planos de las bases nitrogenadas son perpendiculares al eje, además las hélices se enrollan según las agujas del reloj, dextrógila. Watson y Crick constituyeron un modelo de este tipo ya que conocían los tamaños atómicos de los distintos componentes del ADN, comprobando que cada 0, 34 nm se encontraban un par de bases y que la doble hélice daba un giro completo cada 3,4 nm siendo el diámetro de 2 nm. Existen así 10 pares de bases por cada vuelta de hélice.
  •  
  • Estructura tipo A: Los planos de las bases son ligeramente oblicuos al eje longitudinal. La - hélice es dextrógila y hay un giro completo cada 2, 8 nm, en cada vuelta podemos encontrar 11 nucleótidos. Se forma por deshidratación de la estructura tipo B y se cree que es la estructura que presenta los ARN de doble cadena, los híbridos de ADN y ARN y las zonas con doble hélice de los ARNt y ARNr.
  • Estructura tipo Z: Presenta una doble - hélice levógila, el giro completo se produce cada 4, 5 nm y contiene unos 12 residuos por vuelta. Por tanto, esta estructura es más alargada y delgada que las anteriores. El esqueleto de la hélice tiene un aspecto de zigzag, de ahí su nombre. Es común encontrar ésta estructura donde sus bases están metiladas, genes ya expresados o genes que no van a expresarse, por eso se asocia a la ausencia de actividad del ADN.
Las tres estructuras pueden encontrarse en una misma célula a la vez.

Composición. Cada nucleótido del ADN está compuesto de tres subunidades: una base nitrogenada, una desoxirribosa y un grupo fosfato. Hay cuatro tipo de bases nitrogenadas en los nucleótidos del ADN: timina (T), citosina (C), guanina (G) y adenina (A). Es importante resaltar que así como hay regiones con función conocida o supuesta (los genes), sucede que casi la mitad del ADN del genoma humano consiste de regiones (intrones) con función hasta hoy desconocida  y que tienen una secuencia de nucleótidos repetitiva en muchos casos pero con patrones hipervariables en muchas regiones del genoma. 

Es precisamente de la hipervariabilidad (polimorfismo) de estas regiones del ADN de lo que se aprovecha para detectar diferencias (o semejanzas) entre un ser humano y otro, estudiando su ADN. Las regiones repetitivas pueden presentarse como tandas repetitivas cortas o largas. A esto se le llama VNTRs (variable number of tandem repeats) entre los que están los STR (short tandem repeats), que son las regiones hipervariables que se estudian para las pruebas modernas de paternidad.

Replicación. Una de las mayores interrogantes de la teoría cromosómica era ¿cómo puede hacerse una copia exacta de cada cromosoma durante la división celular? El modelo de la doble hélice ofrece una respuesta sencilla. Los pares de bases que forman los "peldaños' del modelo se mantienen unidos por un tipo de enlace débil llamado "enlace de hidrógeno". Si estos enlaces se rompen, las dos hebras (bandas) de la molécula de ADN se pueden separar como las 2 mitades de una cremallera o cierre. Las bases a lo largo de cada banda estarán entonces expuestas como los dientes de una cremallera abierta. Si existen nucleótidos libres en el núcleo de la célula, sus bases podrán ser atraídas hacia las bases complementarias en cada banda expuesta. Ellas podrían entonces unirse para completar la banda complementaria exactamente como aquella que se separó. De esta manera las moléculas "hijas" son exactamente iguales a la molécula original de ADN. (Schraer y Stoltze, 1983).

Reproducción. Cuando una molécula del ADN se copia, sus escalones se dividen en dos partes. Cada A suelta su T y cada G suelta su C. Las barandillas laterales de la parte de la "cremallera de la molécula", y la escalera espiral se hacen dos espirales separados, cada uno con medio-escalón dividido y suelto. Debido a que la A solamente se une a la T, y la G solamente se une a la C, la secuencia de escalones rotos en cada una de estas medio moléculas es la imagen de espejo de la otra. De la sopa química que flota alrededor del reproductor de ADN, las letras no adheridas se unen a sus compañeras que aún se cuelgan de las barandillas laterales. Cuando este proceso se termina, se presentan las nuevas moléculas del ADN. Cada una es la gemela exacta de la molécula-padre.

Función.El ADN se puede considerar como un almacén cuyo contenido es la información (mensaje) necesaria para construir y sostener el organismo en el que reside, la cual se transmite de generación en generación. El conjunto de información que cumple esta función en un organismo dado se denomina genoma y el ADN que lo constituye, ADN genómico. La información genética almacenada en la secuencia de nucleótidos de ADN sirve para dos propósitos:

  • Es la fuente de información para la síntesis de todas las moléculas de proteínas de la célula y el organismo.
  • Provee la información heredada por las células hijas de la progenie.
 
Ambas funciones requieren que las células del ADN sirva como molde, en el primero de los casos para la transcripción de información al ARN y en el segundo, para la replicación de la información en las moléculas hijas de ADN.