3.9: Los orígenes de los polimorfismos
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Entonces, ¿qué produce las variaciones genómicas entre individuos encontrados dentro de las poblaciones actuales? ¿Estos procesos siguen produciendo variaciones genotípicas y fenotípicas o han terminado? Primero, como hemos aludido (y volveremos una y otra vez), la secuencia de letras en el genoma de un organismo corresponde a la secuencia de caracteres en las moléculas de ADN. Una molécula de ADN en el agua (y más de ~ 70% de una célula típica es el agua) es termodinámicamente inestable y puede sufrir diversos tipos de reacciones que conducen a cambios en las secuencias de caracteres dentro de la molécula. 77 Además, estamos continuamente bombardeados por radiación que puede dañar el ADN (aunque no es para preocuparse, la energía de radiación asociada a los teléfonos celulares, bluetooth y dispositivos wifi es demasiado baja para dañar el ADN). La radiación mutagénica, es decir, los tipos de radiación capaces de dañar el genoma, proviene de diversas fuentes, incluidos los rayos cósmicos que se originan desde fuera del sistema solar, la luz UV del sol, la descomposición de los isótopos radiactivos naturales que se encuentran en las rocas y el suelo, incluido el radón, y el ingestión de isótopos naturales, como el potasio-40. Las moléculas de ADN pueden absorber dicha radiación, lo que puede conducir a cambios químicos (mutaciones). Muchos pero no todos estos cambios pueden ser identificados y reparados por sistemas celulares, que consideraremos más adelante en el libro.
La segunda y principal fuente de cambio en el genoma involucra el proceso de replicación del ADN. La replicación del ADN ocurre cada vez que una célula se divide y aunque es notablemente precisa, no es perfecta. Copiar crea errores. En humanos, parece que la replicación crea un error por cada ~100,000,000 (10 8) caracteres copiados. Un sistema de reparación de errores de corrección corrige ~ 99% de estos errores, lo que lleva a una tasa de error general durante la replicación de 1 de cada 10 bases replicadas. Dado que una sola célula humana contiene aproximadamente 6,400,000,000 (> 6 mil millones) de bases de secuencia de ADN, eso significa que se introduce menos de una nueva mutación por ciclo de división celular. Dado el número de generaciones desde el óvulo fertilizado hasta el adulto sexualmente activo, eso termina produciendo ~100-200 nuevas mutaciones (cambios) agregadas al genoma de un individuo por generación. 78 Estas mutaciones pueden tener una amplia gama de efectos, complicados por el hecho de que esencialmente todos los diversos aspectos del fenotipo de un organismo están determinados por la acción de cientos a miles de genes que trabajan en una red compleja. Y aquí introducimos nuestros últimos términos nuevos por un tiempo; cuando una mutación lleva al cambio en un gen, crea una nueva versión de ese gen, que se conoce como alelo del gen. Cuando una mutación cambia la secuencia del ADN, sea o no parte de un gen, crea lo que se conoce como polimorfismo de secuencia (una secuencia de ADN diferente). Una vez que se ha generado un alelo o polimorfismo, es estable, puede heredarse de un padre y transmitirse a una descendencia. A través de los diversos procesos asociados a la reproducción, que consideraremos en detalle más adelante, cada organismo lleva su propio conjunto distintivo de alelos y su propio conjunto único de polimorfismos. En conjunto, estas diferencias genotípicas (diferentes alelos y diferentes polimorfismos) producen diferentes fenotipos. Las pruebas de ADN utilizadas para determinar la paternidad y la identidad forense funcionan porque identifican los polimorfismos (y alelos) únicos presentes dentro del genoma de un individuo. Volveremos y ojalá aclaremos aún más la importancia de los alelos y polimorfismos cuando consideremos el ADN con mayor detalle más adelante en este libro.
Dos puntos son dignos de destacar sobre los cambios genómicos o mutaciones. En primer lugar, ya sea producido por errores de replicación o reacciones químicas o fotoquímicas, parece que estos cambios ocurren aleatoriamente dentro del genoma. Con algunas excepciones notables y altamente específicas no se conocen mecanismos por los cuales el ambiente (o el organismo) pueda especificar dónde ocurrirá una mutación. El segundo punto es que una mutación puede o no influir en el fenotipo de un organismo. Los efectos de una mutación dependerán de una serie de factores, incluyendo exactamente dónde se encuentra la mutación en el genoma, su naturaleza específica, el papel del gen mutado dentro del organismo, el resto del genoma (el genotipo del organismo) y el entorno en el que se encuentra el organismo.