11.12: Genética hacia adelante y hacia atrás

El Pez Cebra

El pez cebra, Danio rerio, se ha convertido en otro organismo popular “modelo” con el que estudiar cuestiones biológicas fundamentales. Es un pez pequeño de agua dulce (1—1.5 pulgadas) (2.5—3.8 cm) que crece fácilmente en acuarios (está disponible en muchas tiendas de mascotas). Algunas de sus ventajas para los biólogos:

• Se reproduce temprano y a menudo (a diario).
• Es un vertebrado, como nosotros, y así puede aportar pistas a la biología humana que invertebrados como Drosophila y Caenorhabditis elegans pueden no hacerlo.
• Sus embriones, como los de la mayoría de los peces, se desarrollan fuera del cuerpo donde se pueden observar fácilmente (a diferencia de los ratones).
• Sus embriones son transparentes por lo que los defectos en el desarrollo se pueden ver fácilmente.
• Las células individuales en el embrión se pueden etiquetar con un colorante fluorescente y seguir su destino.
• El desarrollo embrionario es rápido (eclosionan en dos días).
• Pueden absorber pequeñas moléculas, como mutágenos, del agua del acuario.
• Las células individuales —o grupos de células— se pueden trasplantar a otras localizaciones del embrión (como lo hizo Mangold con embriones de tritón).
• Pueden verse forzados a desarrollarse por partenogénesis para producir a voluntad animales homocigotos con:
  • un derivado de un varón o
  • Genoma derivado de la mujer.
• Se pueden clonar a partir de células somáticas.
• Se pueden hacer transgénicos (como ratones y Drosophila)
• Su genoma (1.4 x 10 ⁹ pares de bases) ha sido secuenciado revelando 26.606 genes codificantes de proteínas.

Genética Forward

Desde la época de Mendel, la mayor parte de la genética ha implicado observar un fenotipo interesante y rastrear el gen responsable del mismo. Entonces esta genética “hacia adelante” procede del fenotipo -> genotipo. Algunos ejemplos en estas páginas:

• La obra de Mendel
• Análisis RFLP de familias numerosas
• la teoría de un gen - una enzima

Estos métodos se han denominado genética “forward” para distinguirlos de un enfoque más reciente, que se ha convertido en una prioridad urgente con los éxitos de la secuenciación del genoma.

Genética inversa

Los métodos rápidos de secuenciación de ADN han generado una gran cantidad de datos. Se han revelado miles de genes sospechosos (p. ej., encontrar marcos de lectura abiertos — ORF), pero aún se desconoce la función de muchos de ellos. Pero ahora con un conocimiento de la secuencia de ADN de un gen de función desconocida, se pueden utilizar métodos para suprimir ese gen en particular (“knockdown”), y luego observar el efecto sobre el fenotipo.

Entonces esta genética “inversa” procede del genotipo -> fenotipo. La genética inversa se ha aplicado exitosamente a plantas; ratones; C. elegans; y también se puede usar con el pez cebra. Por ejemplo, la función de una secuencia genética misteriosa en Danio puede ser estudiada por

• sintetizar un oligonucleótido antisentido corto complementario a una sección del gen.
• El oligonucleótido se modifica químicamente para hacerlo más estable que un fragmento de ARN.
• La unión a su secuencia complementaria en el ARN mensajero (ARNm) producido por la transcripción del gen del animal, bloquea (“derriba”) la expresión génica evitando la traducción o alterando el corte y empalme normal del ARNm.

Debido a que compartimos tantas secuencias génicas similares (genes ortólogos) con Danio, si se puede descubrir la función del gen en Danio, entonces tenemos una mejor idea del papel de su ortólogo en los humanos.