viernes, 7 de diciembre de 2012

TRANSCRIPTÓMICA




TRANSCRIPTÓMICA


Es  el conjunto de ARN mensajero resultante de la traducción del genoma bajo determinadas condiciones. Hay que tener cuenta que en algunas células la actividad transcripcional es constante durante toda su vida, pero en otras depende de estados fisiológicos o patológicos y estímulos específicos.
El splicing es el mecanismo post-transcripcional en el que se cortan los intrones y se acoplan los exones que codificarán las proteínas. Las mutaciones en las zonas de empalme, heredadas o adquiridas, suelen ser el motivo del splicing aberrante o patológico que produce un ARNm anómalo
Este fenómeno se ha observado en genes implicados en carcinogénesis, como TP53, BRCA1, MLH1, FHIT o TSG101 (Melver et al, 2000). Por ello, el estudio del splicing y la caracterización de las variantes de éste adquieren importancia a la hora de entender las transformaciones neoplásicas.
Microarrays chips son de gran utilidad para analizar simultáneamente un gran número de transcritos en un solo ensayo, comparar muestras de tejido sano y afecto, y extraer información del estado de la enfermedad a este nivel. Los patrones que caracterizan cada estado podrán ser aplicados a la práctica clínica.

      La transcriptomica es el estudio de los perfiles de expresión de todos  los genes presentes en el genoma. El método más utilizado es el de microarrays de DNA, que permite el análisis simultaneo de la expresión de  miles de genes.
      Los microarrays de DNA surgen de la  necesidad de analizar la cantidad de  información procedente de los grandes  proyectos de secuenciación de genomas.
       Permiten elaborar mapas finos de transcripción y proporcionan información  indirecta de los niveles de proteínas.
     El análisis de microarrays de DNA es una nueva  tecnología que permite estudiar simultáneamente la  expresión de miles de genes y analizar su expresión  bajo distintas condiciones experimentales.  Los microarrays de DNA constan de miles de  conjuntos ordenados de moléculas de DNA de  secuencia conocida depositados en un soporte sólido  (~ 2 cm2) como cristal, nylon o silicio.  Cada combinación (gen/muestra) se localiza de forma inequívoca en un punto del microarray.


      Como la genómica, la transcriptómica se vale de la bioinformática y las micromatrices. La idea básica de las micromatrices (o microarreglos) es construir, sobre una membrana o lámina de vidrio, arreglos de muestras que contienen fragmentos de ADN. Por otro lado se marca el ARN o el ADN copia (cDNA) de una población celular con fluorescencia o radioactividad, y se usa esta preparación para hibridar con el ADN de la micromatriz. Generalmente se hibrida simultáneamente la misma micromatriz con una muestra de ARN o ADN copia de referencia, para facilitar la comparación.


VIDEO SOBRE LA TRANSCRIPCIÓN DEL ADN QUE ESTA RELACIONADO CON LA TRANSCRIPTÓMICA




jueves, 6 de diciembre de 2012

METAGENÓMICA


                                                                                                                               METAGENÓMICA 
  
       El análisis funcional y de secuencias de los genomas microbianos colectivos contenidos en una muestra ambiental, basándose ya sea en expresión o secuenciación.
      Es una rama de la genómica  en la que se estudian los genomas de comunidades enteras de microbios, sin la necesidad de aislarlos previamente. Es así como la metagenómica se convierte en una herramienta ventajosa y posibilita la construcción de bibliotecas genómicas de muestras complejas de diversos microorganismos.
      Esta tecnología se basa en la extracción, secuenciación y análisis de ADN microbiano extraído directamente de comunidades de muestras de diversos ambientes, como agua, suelo, tracto digestivo, etc. . La metagenómica permite obtener así información no sólo de la estructura de la comunidad (riqueza de especies, diversidad y distribución) sino también de la función potencial de la comunidad.
       La iniciativa de concretar proyectos metagenómicos requiere de la colaboración entre múltiples centros de investigación en todo el mundo, de la mejora de las tecnologías de secuenciación de genes y el aprovechamiento de las herramientas más actualizadas de bioinformática. El avance tecnológico es un requisito para la secuenciación de metagenomas ya que los secuenciadores que se venían utilizando, incluso con el proyecto Genoma Humano, no resultan totalmente poderosos para secuenciar metagenomas en corto tiempo.
Cómo se trabaja en metagenómica
     La metagenómica incluye una amplia variedad de técnicas y estrategias de trabajo. La mayoría de estos estudios constan de algunos primeros pasos comunes:
- Los investigadores obtienen una muestra de un ambiente particular (suelo, agua de mar, la boca de un ser humano, etc.) y se realiza una extracción de ADN  de todos los microbios presentes en la muestra . También es posible extraer proteínas o ARN de las muestras. La mayoría de los proyectos de metagenómica se enfocan en los microbios que tienen pequeñas cantidades de ADN, como bacterias o Arqueas (identificadas como una división mayor de organismos en 1977; pueden vivir en ambientes extremos.
- Una  vez que el ADN es extraído se lo secuencia para estudios comparativos o para búsquedas de genes en particular. Se induce una replicación de ADN del microorganismo para crear una “Biblioteca” la cual contiene porciones de genomas de todos los microorganismos de una muestra. Actualmente, las técnicas más nuevas permiten secuenciar directamente el ADN de una muestra, y evita la necesidad de crear una biblioteca, es decir que no contiene “volúmenes” (genomas) separados de cada especie, sino que consiste en una mezcla de millones de fragmentos de ADN al azar de todos los microorganismos muestreados de una comunidad.

- Luego, el tratamiento de la biblioteca de genomas (metagenoma), depende del objetivo de búsqueda (ver gráfico 1). En proyectos de metagenómica basado en secuencias, los investigadores se focalizan en encontrar la secuencia genética completa -el patrón de bases nitrogenadas (A, C, G, T) en las cadenas de ADN – de los microorganismos descubiertos en la muestra. La secuencia puede entonces ser analizada de diferentes formas. Por ejemplo, los investigadores pueden usar la secuencia de una comunidad para determinar el genoma completo de especies microbianas individuales.

Aplicaciones y proyectos de metagenómica en marcha

      La metagenómica tiene un enorme potencial, y día a día se constituye en una herramienta estratégica en distintas áreas de la medicina, ciencias de la vida y de la Tierra. Existen diversos proyectos de este tipo, con objetivos y alcances diferentes.
       Desde un punto de vista biotecnológico, se han podido obtener enzimas y metabolitos con propiedades novedosas de interés industrial. También diversas empresas farmacéuticas están adoptando esta metodología para obtener nuevos antibióticos. Otro punto que determina la utilidad de la metagenómica es la capacidad de ensamblado e interpretación de la información obtenida de los metagenomas. Esto constituye el mayor desafío de la bioinformática en el diseño de nuevas estrategias para lidiar con una mezcla de genomas resultantes de cientos de microorganismos presentes en una muestra tomada de algún ambiente. Podría ayudar a la detección y tratamiento de las enfermedades buco dentales
      Un proyecto basado en “metagenómica” podría ayudar a la detección y tratamiento de las enfermedades buco dentales, a través del análisis de las complejas comunidades bacterianas de la cavidad bucal. El proyecto está siendo realizado por científicos del Instituto de Investigación Genómica (TIGR) y de la Universidad de Stanford, y está subsidiado por el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial (NIDCR), que forma parte de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de los Estados Unidos. En los últimos años, los nuevos métodos de detección revelaron que existen más de 400 especies de bacterias en la cavidad oral. Sin embargo, apenas 150 de estas especies han sido identificadas y cultivadas en el laboratorio. Con la nueva estrategia, se podrán identificar fragmentos del material genético (ADN) de todos los microbios, incluyendo los hasta ahora desconocidos. La idea es comparar, por ejemplo, la diversidad microbiana que tiene una persona sana en su boca y compararla con la de una persona que sufre enfermedad periodontal (infección crónica de las encías). Además, los investigadores podrán analizar qué genes se activan o se inactivan cuando la enfermedad está presente. Las muestras están siendo colectadas a partir de diferentes sitios de la boca de diferentes personas, por el laboratorio de Gary Armitage de la Universidad de California en San Francisco. Se espera que el análisis revele la existencia de miles de genes y grandes fragmentos de ADN (hasta genomas enteros) de bacterias desconocidas hasta el momento. Usando las técnicas de “microarrays” o micromatrices (ver cuaderno n° 114), los científicos podrán examinar los patrones de expresión génica de las comunidades bacterianas.
      Por otra parte, la metagenómica augura una aplicación valiosa en la mejora del tratamiento de las aguas residuales, uno de los procesos biotecnológicos mediado por microbios más importante del planeta. Investigadores del Instituto de Genómica DOE JGI del Departamento de Energía de Estados Unidos, junto con otros de la Universidad de Wisconsin-Madison, y de la Universidad de Queensland, Australia, publicaron el primer estudio metagenómico de un proceso de tratamiento de aguas residuales, mediante el cual se intenta generar secuencias de ADN directamente de las muestras de aguas residuales, con el objetivo de tener un “mapa” de los genes que hay presentes en el proceso. La presencia de estos genes se relaciona con las posibles vías metabólicas que ocurren en ese ambiente particular, y esto ayudará a entender cómo funciona el sistema y así poder revertir o corregir fallas y accidentes en el tratamiento de aguas. Este es el primer paso de una estrategia más amplia que estudia a las comunidades microbianas con el objetivo de establecer modelos predictivos que sirvan para entender cómo funcionan estas comunidades. Como ejemplo, han logrado secuenciar los genes de la bacteria Accumulibacter phosphatis, clave en la remoción del exceso de fósforo de las aguas residuales, sin la necesidad de tenerlo como cultivo puro. Esta bacteria juega un papel vital en este proceso, ya que puede acumular enormes cantidades de fósforo. La secuencia de su genoma también permitirá entender cómo y por qué estos organismos acumulan fósforo, y ayudará a optimizar el proceso de remoción del exceso de fósforo de las aguas residuales.
      Un nuevo proyecto de metagenómica del Centro de Secuenciación en la Escuela de Medicina Baylor, en Houston, se propone secuenciar el genoma de todos los microbios residentes en el cuerpo humano, sin la necesidad de aislarlos y cultivarlos in vitro. Comparando las comunidades microbianas en personas de diferentes edades, orígenes, y condiciones de salud, los investigadores esperan encontrar la manera de prevenir o tratar las enfermedades.

VIDEO SOBRE LA METAGENÓMICA 

                                                                                  
    

METABOLÓMICA



                                                                                      METABOLOMICA 
      La metabolómica es la más novedosa de las ciencias llamadas –omicas. Es la disciplina científica encargada de estudiar los metabolitos, que son pequeñas moléculas orgánicas que intervienen en los diferentes procesos celulares y nos revelan cómo está funcionando el metabolismo de una célula o ser vivo.
      
Características

      Estudia los perfiles metabólicos en muestras biológicas. Estudia los perfiles metabólicos en muestras biológicas (fluidos, tejidos, cultivos celulares, células etc.) con la finalidad de descubrir enfermedades, factores de riesgo y determinar biomarcadores. La metabolómica en el campo de la reproducción asistida permite identificar los biomarcadores que nos revelan cual es el embrión con mayor capacidad de implantación y por tanto mayor posibilidades de dar lugar a un embarazo.

Tecnologías utilizadas para estudios metabólicos

      Para obtener un perfil metabólico completo, es necesario el uso de diferentes
tecnologías:
• IR Espectroscopía Infrarroja (espectros de absorción de radiación electromagnética)
• FTIR Espectroscopía Infrarroja con Transformación de Fourier
• NMR Resonancia Magnética Nuclear (resonancia atómica, aplicación de radiofrecuencia)
• EC Electroforesis Capilar
• TLC Cromatografía en capa delgada
• GC Cromatografía Gaseosa
• HPLC Cromatografía Líquida de Alta Resolución
• Cromatografías acopladas a Espectrometría de Masa (CG-MS, LC-MS,
UPLC-MS)
• Cromatografías acopladas a Espectrometría en Tándem (LC/MS/MS, etc)
      
      La elección de la técnica correcta es un compromiso entre rapidez, sensibilidad y selectividad, dependiendo del objetivo de estudio
      
Ventajas y limitaciones de la metabolomica:

- Dado que los metabolitos constituyen el producto final de la expresión de los genes,   el estudio cuali y cuantitativo de la composición metabólica de un organismo permite identificar la función de muchos genes
- Permite conocer el estado metabólico de un organismo
- La metabolómica constituye la herramienta más informativa a nivel funcional entre todas las tecnologías ‘omicas’
- Incapacidad de estudiar el exhaustivamente todo el metabolismo (limitaciones técnicas, complejidad química del metabolismo, variabilidad de los organismos)

Aplicaciones presentes y futuras de la metabolómica

     La metabolómica ha venido aplicándose con éxito en las distintas etapas en el desarrollo de nuevos fármacos (4): a) detección y selección de nuevas sustancias  activas, ya sean de origen natural o bien sintetizadas químicamente, b) medida de los cambios metabólicos generados por ellas en modelos animales y/o en humanos, c) medida de la toxicidad del principio activo y d) comprobación de los efectos sobre la salud del medicamento en poblaciones.
     También tiene un enorme potencial en la monitorización de intervenciones nutricionales, a partir de la medida del cambio provocado por un determinado alimento (o régimen) sobre determinados grupos de metabolitos, especialmente los triglicéridos y colesteroles.
      La metabolómica se ha revelado también muy eficaz en la monitorización de los transplantes de órganos, ya que a partir de una muestra de orina o suero, permite analizar la evolución de un conjunto de metabolitos que  nos indican, en estadios incipientes,  si se producirá o no el rechazo del órgano implantado.
      Un ámbito de aplicación emergente es el diagnóstico de enfermedades, especialmente en cáncer, enfermedades neurológicas y metabólicas.  En un estudio reciente (5) se ha comprobado que la sarcosina es un potencial biomarcador del cáncer de próstata; en el caso de confirmarse el estudio, el impacto clínico sería enorme, ya que podría diagnosticarse la enfermedad a partir de un simple análisis de orina.
       Donde realmente puede ser útil la metabolómica es en la medicina personalizada. Actualmente, cuando elegimos un tratamiento para una persona enferma, conocemos muy poco sobre su fenotipo y sobre las probables reacciones frente al tratamiento elegido. El conocimiento de las variables metabolómicas debería servir para predecir la reacción de un ser vivo a la administración de los medicamento y/o alimentos, de tal manera que el tratamiento podría particularizarse para cada individuo, eligiendo el mejor principio activo y la dosis más efectiva.
        Otro ámbito realmente interesante al que la  investigación metabolómica puede contribuir es la detección de factores de riesgo en poblaciones.  A partir de un análisis de orina (o suero), sería realmente extraordinario poder conocer para un individuo determinado, qué factores de riesgo presenta, a qué tipo de enfermedades está predispuesto (antes de desarrollarlas), y una estimación sobre la probabilidad de desarrollarlas.
       Probablemente, para el desarrollo de la medicina personalizada, será necesario trabajar desde la perspectiva de la biología de sistemas, considerando de forma holística no solamente datos metabolómicos sino también genómicos, transcriptómicos, etc. La integración y valorización de esta extraordinaria cantidad de información, es quizá el reto más importante que tiene formulada la investigación en biomedicina. 

LA METABOLÓMICA DE UN EMBRIÓN 






PROTEÓMICA

                                                                     
                                    PROTEÓMICA 
      Es el estudio y caracterización de todo el conjunto de proteínas expresadas de un genoma (proteoma). Las técnicas de proteómica abordan el estudio de este conjunto de proteínas. La Proteómica permite identificar, categorizar y clasificar las proteínas con respecto a su función y a las interacciones que establecen entre ellas. De este modo, se pueden caracterizar las redes funcionales que establecen las proteínas y su dinámica durante procesos fisiológicos y patológicos. La proteómica se está aplicando en la identificación de nuevos marcadores para el diagnóstico de enfermedades, la identificación de nuevos fármacos, la determinación proteínas involucradas en al patogenia de enfermedades y el análisis de procesos de transducción de señales.
Existen tres ramas en la proteómica que tratan de caracterizar el proteoma estudiando distintos aspectos del mismo:
·      La proteómica de expresión se encarga del estudio de la abundancia relativa de las   proteínas y de sus modificaciones postranscripcionales.
·       La proteómica estructural se encarga de la caracterización de la estructura tridimensional de las proteínas
·       La proteómica funcional se encarga de la localización y distribución subcelular de  proteínas y de las interacciones que se producen entre las proteínas y otras moléculas con el fin de determinar su función.
      La Proteómica permite identificar, categorizar y clasificar las proteínas con respecto a su función y a las interacciones que establecen entre ellas. De este modo, se pueden caracterizar las redes funcionales que establecen las proteínas y su dinámica durante procesos fisiológicos y patológicos.

APLICACIONES 

Las aplicaciones de la proteómica son múltiples, pero actualmente se destacan las siguientes:
  • ·         Identificación de nuevos marcadores para el diagnóstico de enfermedades
  • ·         Identificación de nuevos fármacos
  • ·         Determinación de mecanismos moleculares involucrados en la patogenia de enfermedades.
  • ·         Análisis de rutas de transducción de señales

        TÉCNICAS 
      Las técnicas más usadas en proteómica se basan en la electroforesis y en la espectrometría de masas. Dependiendo del objetivo del estudio podemos agrupar las técnicas de proteómica en los siguientes grupos:
  • ·         Técnicas empleadas para analizar globalmente el proteoma y separar sus proteínas. Cabe destacar la electroforesis bidimensional, DIGE (Difference In Gel Electrophoresis: electroforesis diferencial en gel), ICAT (Isotope-Coded Affinity Tags: marcaje isotópico diferencial) y MudPIT(Multidimensional Protein Identification Technology: tecnología de identificación de proteínas multidimensional)
  • ·         Técnicas usadas para analizar individualmente las proteínas. Con este objetivo se utilizan distintos tipos de espectrometría de masas, como el MALDI-TOF (Matrix-assisted laser desorption/ionization Time Of Flight: desorción/ionización mediante láser asistida por matriz en “tiempo de vuelo”), SELDI-TOF-MS (Surface Enhanced Laser Desorpcion Ionization Time Of Flight Mass Spectrometry: espectrometría de masas en "Tiempo de Vuelo" mediante desorción/ionización por láser de superficie), MS/MS (Mass Spectrometry/ Mass Spectrometry: espectrometría de masas en tándem). Con estas técnicas se obtiene la huella peptídica (peptide mass fingerprint). La huella peptídica es el conjunto de fragmentos peptídicos que se obtienen tras tratar una proteína concreta con una proteasa determinada. La huella peptídica es característica de cada proteína y depende de la enzima con la que se fragmente. Actualmente hay numerosas bases de datos que recogen las huellas peptídicas de multitud de proteínas conocidas. Estas bases de datos se pueden rastrear usando programas bioinformáticos para buscar la huella peptídica que corresponda con la huella peptídica de la proteína que se esté estudiando y por tanto poder identificarla.
  • ·         Técnicas que se usan para estudiar interacciones entre proteinas, como los sistemas “yeast two hybrids” de alto rendimiento o y la técnica “Phage Display”. La técnica “Phage Display” permite averiguar con qué proteínas interacciona una proteína problema o sonda. Esta técnica consiste en la expresión en la superficie de un fago de las proteínas que se quieren analizar. La proteína problema o sonda se inmoviliza sobre un soporte o membrana de tal modo que los fagos que expresan las proteínas que se unen a la sonda quedan inmovilizados sobre el soporte. Estos fagos se pueden recuperar fácilmente de la membrana y pueden ser empleados para la expresión de la proteína en Escherichia coli y su posterior identificación.

       El análisis y la interpretación de los datos obtenidos con las técnicas de proteómica descritas anteriormente, especialmente cuanto se utilizan a gran escala, necesita herramientas bioinformáticas. Durante los últimos años la genómica, la proteómica y la bioinformática se han desarrollado de forma sinérgica experimentando un desarrollo sorprendente que está aportando grandes avances a la medicina.

     PARA QUÉ SIRVE LA PROTEÓMICA 


     

GENÓMICA


GENÓMICA

     Es la disciplina que estudia el genoma de los seres vivos. Tiene  como objetivo catalogar todos los genes que tiene un organismo, estudiar la organización y estructura de cada uno de ellos pero también descubrir la función, los mecanismos  implicados en la regulación de la expresión y el modo en que unos genes interaccionan con  otros. Desde un punto de vista conceptual, pero también metodológico, los cambios que se  están produciendo en esta disciplina son muy importantes. Hasta ahora, con las tecnologías disponibles de Biología Molecular se estudiaban la estructura y función de genes  individuales. Las aproximaciones de la genómica en cambio permiten el estudio conjunto de los miles de genes, proteínas y metabolitos que constituyen un organismo así como las complicadas redes de interacciones que entre ellos se establecen en el interior de las células durante su ciclo vital. 
       Según Alejandro Riquelme (2003), define genómica como la disciplina que estudia el genoma de los seres vivos y tiene como objetivo catalogar todos los genes que tiene un organismo, estudiar la organización y estructura de cada uno de ellos pero también describir la función, los mecanismos implicados en la regulación de la expresión y el modo en que unos genes interaccionan con otros.

Aplicaciones

      Existen muchas áreas relacionadas con la genómica que se han ido desarrollando a lo largo de los años, algunas de las más importantes por su potencial tanto económico como social y ambiental son la medicina genómica, la genómica agropecuaria, la genómica forense, la genómica ambiental, la genómica industrial, etc. La Genómica es de gran importancia en la investigación de enfermedades genéticas.
Estudio de enfermedades genéticas:
      Las enfermedades genéticas en el ser humano pueden ser de dos tipos: enfermedades mendelianas o enfermedades poligénicas. Las enfermedades mendelianas generalmente son causadas por un defecto en un sólo gen, lo que dificulta su estudio debido a la penetrancia incompleta, aunque este factor también hace que existan distintos niveles de gravedad dependiendo del individuo. La mayoría de las enfermedades genéticas que afectan a humanos son poligénicas (enfermedades cardiovasculares, asma, cáncer, etc.) , por lo que están producidas por distintos genes, la presión ambiental y las interacciones entre estos. Hay tres maneras diferentes de llevar a cabo el mapeo de las variantes genéticas implicadas en una enfermedad: clonación funcional, estrategia del gen candidato y clonación posicional.
Respuesta a fármacos:

      El medicamento perfecto sería aquel que, siendo efectivo contra una enfermedad, no produjera efectos secundarios. Ya que esto no se ajusta a la realidad, en la que un mismo fármaco puede causar efectos totalmente diferentes en dos individuos, el objetivo de la farmacogenómica es el de entender la variabilidad de unos pacientes a otros del medicamento e intentar definir el tratamiento que mejor se ajuste a cada individuo.´


GENÓMICA EN MÉXICO 


      



FUENTES CONSULTADAS
:http://www.porquebiotecnologia.com.ar/index.php?action=cuaderno&opt=5&tipo=1&note=117
http://www.medmol.es/glosario/75/
http://www.buenastareas.com/ensayos/Genomica-y-Proteomica-onceptos/2246034.html 
http://www.argenbio.org/index.php?action=novedades&note=228
http://www.unavarra.es/genmic/docbiomica/transcriptomica.pdf