1.- Introducción.

La Genómica y tecnologías derivadas (proteómica, transcriptómica, metabolómica, etc) han supuesto un salto de escala en la aproximación al conocimiento básico de las cuestiones biológicas, así como en el análisis de la funcionalidad celular y en las aplicaciones biotecnológicas derivadas de ese conocimiento. No se trata de un mero avance cuantitativo, sino que conlleva también un salto cualitativo. La integración de datos genera un conocimiento nuevo, incluso permite abordar organismos hasta ahora desconocidos como tales y sus funciones, a través de su rastro genético (metagenómica). Desde el punto de vista de las aplicaciones, destaca todo lo referente al campo biomédico. La secuenciación del genoma humano representó un objetivo fundamental desde los inicios de estas tecnologías, de cuyo logro se esperan consecuencias importantes para los cuidados de salud en el futuro. La profundización en la individualidad genética de cada persona, tras establecerse el patrón genómico de la especie, permite plantear una mejor predicción de las posibilidades de contraer enfermedad, de la que se derive una actitud preventiva más eficaz. Así mismo, se perfilan posibilidades nuevas en cuanto a la terapéutica. Una mejor definición de las estructuras y funciones del organismo (“dianas farmacológicas”) sobre las que pueden actuar los fármacos debe conducir a nuevas vías para el descubrimiento y desarrollo de nuevas terapias. Del perfil genético individualizado se igualmente información de valor predictivo sobre la respuesta a los fármacos y sus posibles efectos secundarios.

2.- Genoma e individualidad genética.

Del primer borrador del genoma humano se dio cuenta en febrero de 2001, gracias al trabajo simultáneo del Internacional Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC), una agrupación de organismos públicos de diferentes instituciones, y de la empresa Celera Genomics que movilizó capital privado para invertir en esta tarea. Los borradores iniciales que se publican sobre cualquier genoma complejo suelen estar necesitados de un perfeccionamiento que resulta notablemente lento. El IHGSC ha hecho pública recientemente la situación actualizada de la secuencia¹ lo que nos permite resumir con bastante precisión el diseño general y las características del genoma de nuestra especie (Tabla I). Destaca el hecho de que los casi 3.000.000 de pares de bases que integran los 23 cromosomas de la dotación haploide² de la especie, solo se identifican 20.000-25.000 genes codificantes, un número mucho más bajo del esperado. La conclusión es clara, la complejidad de una especie –entendemos que en la especie humana es elevada, por ser capaz de las funciones más complejas- no se basa en el número de genes, sino en la calidad de los mismos, entendiendo por tal las características que determinan su funcionalidad³. Pensando en términos de las proteínas codificadas por esos genes, la información actual permite postular que los complejos procesos de regulación de la expresión genética significan que el número de proteínas, originadas en las células humanas, gracias a la funcionalidad de esos genes, es mucho más elevado, superando esas dos o tres decenas de miles de genes que se identifican. Los procesos regulatorios de la expresión génica, con posibles orígenes alternativos de transcripción de un mismo gen, el procesamiento posterior de los RNA mensajeros transcritos, para suprimir las extensas y abundantes regiones intrónicas, así como la extensa modificación de proteínas después de su síntesis, pueden dar cuenta de la producción de un número de proteínas muy superior al de genes.

Al patrón genómico establecido para la especie Homo sapiens debemos añadir que la fracción de secuencias codificantes de su DNA es realmente bajo, alrededor del 1,5%, lo que implica que el establecimiento de un papel para el resto del DNA, la fracción no codificante, supondrá un esfuerzo prolongado y extenso. Pero, uno de los réditos fundamentales que hasta ahora se derivan del conocimiento de la secuencia genómica es sin duda la posibilidad de analizar la individualidad genética, es decir las variaciones que existen dentro de cada individuo, cuyo genoma sin duda responde al de ese patrón de la especie. Todo ser humano nace de la confluencia, en un cigoto, de la dotación genética que aportan los gametos de sus progenitores, un cigoto que incorpora 23 cromosomas de cada uno de ellos. El resultado es una combinación única, en la que está escrita esa individualidad genética. A lo largo de la existencia de cada individuo, esa dotación genética que se incorpora a cada una de sus células puede sufrir algunas modificaciones. Son modificaciones que si se incorporan a las células germinales, espermatozoide u óvulo, se transmitirán a la descendencia que de ellas pueda surgir. De forma esquemática señalamos las fuentes de variabilidad genética, y la forma en que se ponen de manifiesto en los análisis genómicos, completos o parciales, que se vienen efectuando:

- Mutaciones. Tanto en la células somáticas como en las germinales pueden tener lugar mutaciones puntuales, ya sean espontáneas, es decir generadas en el proceso replicativo normal, o inducidas por la acción de agentes mutagénicos. Una mutación puntual, por cambio de la base que ocupa esa posición, puede tener efectos perjudiciales (pérdida parcial o total, o alteración, de la proteína correspondiente), beneficiosos (mejora de sus características) o indiferentes. Las mutaciones puntuales pueden igualmente tener lugar en regiones no codificantes (elementos regulatorios, intrones, pseudogenes, etc), con consecuencias más difíciles de calibrar. Sea como sea, lo cierto es que la individualidad genética humana se refleja en millones de posiciones en que, de manera normal, la base que se encuentra en esa posición puede cambiar. Estos cambios determinan polimorfismos abundantes⁴ en el genoma, a los que se les ha denominado “polimorfismos de una sola base” (single nucleotide polymorphisms en la terminología inglesa, SNPs). La probabilidad es de que exista un SNP por cada 1250 bases, lo que se ha venido constatando en los estudios genómicos de poblaciones extensas, que han permitido cartografíar varios millones de posiciones con SNPs, se estima que pueden llegar a más de doce millones⁵.

- Duplicaciones, transposiciones, inserciones, deleciones. Los cambios en la dotación genética de las células, en el curso de su desarrollo, pueden afectar a zonas más extensas que una sola base. Por ejemplo, en el genoma humano son frecuentes las repeticiones en tandem, a veces en número de varios cientos y de extensión variable (microsatélites, minisatélites) lo que tiene con frecuencia efectos significativos en el proceso replicativo, así como consecuencias fenotípicas importantes cuando estas aparecen, en extensiones variables en genes estructurales. Además, la abundancia de elementos transponibles de diversa naturaleza es tal que representan más de la mitad del genoma humano.

- Recombinación. La variabilidad genética generada individualmente en células, somáticas o germinales, se amplifica de manera notable en los procesos de generación de estas últimas a través de la recombinación meiótica. Los procesos de entrecuzamiento en los cromosomas se pueden resolver en la dotación cromosómica haploide, propia de los gametos, en forma de cromosomas que incorporen nuevas combinaciones de polimorfismos, resultantes de todos esos procesos que de la forma resumida hemos señalado como generadores de variabilidad.

La individualidad genética resulta del hecho de que cada individuo procede de un gameto femenino y otro masculino, únicos como tales, ciertamente individualizados frente a los demás gametos generados en la misma persona. Únicamente cabe pensar en una identidad genética en gemelos monocigóticos, en los instantes iniciales de su desarrollo, porque posteriormente la propia variación genética individual podrá hacer su aparición.

3.- Genes, ambiente y enfermedad

La asociación entre el padecimiento de determinados trastornos y la dotación genética heredada ha venido siendo abordada mucho antes de que se conociera con precisión la naturaleza del DNA. Análisis mendelianos de la herencia de algunas enfermedades en determinadas familias permitieron, desde principios del siglo XX, mapear (situar) en determinados cromosomas algunos genes cuya alteración causaba patologías concretas. Así en 1911, se habían cartografiado en el cromosoma X⁶ un número significativo determinantes genéticos de trastornos, entre ellos la retinitis pigmentosa o la distrofia muscular de Duchenne. El conocimiento del genoma humano abre posibilidades mucho más sustanciadas, de hecho los detallados y precisos mapas cromosómicos que hubieron de desarrollarse, para abordar la laboriosa secuenciación del genoma humano, se basaron en buena medida en la localización cromosómica de marcadores de enfermedades.

Los esfuerzos para profundizar en la relación genes, ambiente, enfermedad representan un camino obvio para rentabilizar nuestro conocimiento del genoma humano. Hay situaciones en que la relación resulta accesible, más fácil de abordar, mientras que hay otras mucho más complejas. En todo caso, no se trata por abordar todo con mentalidad exclusivamente “genocentrista”, los factores ambientales juegan un papel en la patología o en la intensidad del padecimiento, ni exclusivamente “ambientalista”, ya que los genes y la forma concreta que adoptan en cada individuo han de jugar sin duda un papel. En este contexto, cobra una notable importancia tanto el estudio de polimorfismos genéticos en grandes cohortes, como su correlación con la definición clínica de las entidades patológicas, aspecto que ha de abordarse con notable precisión.

Para resumir las bases de la cuestión señalamos los dos grandes grupos de enfermedades que cabe considerar desde el punto de vista de su relación con el perfil genético.

- Enfermedades monogénicas. La alteración patológica es debida a un solo gen, es un cambio genético que determina un fenotipo patológico. El fondo genético (todo el conjunto del genoma de la persona afectada, con sus polimorfismos específicos) tienen una influencia menor, aunque pueda influir, en todo caso, en la intensidad del padecimiento. Ejemplos de enfermedades monogénicas son la fibrosis quística o la corea de Huntington, pero se conocen más de 1400 genes humanos correlacionados directamente con enfermedades⁷. El número de enfermedades monogénicas conocidas es, por tanto, muy elevado, pero la prevalencia de cada una es baja por lo que se incluyen entre las denominadas “enfermedades raras” (menos de 5 casos por 10000). El estudio de las enfermedades monogénicas se ha visto facilitado por la posibilidad de abordar casos familiares que posibiliten la localización cromosómica y la clonación de los determinantes genéticos afectados, basada en el establecimiento de su posición en el cromosoma. El capítulo de las enfermedades monogénicas se inserta de forma notable en el de las enfermedades raras, que por su escasa prevalencia precisan de programas especiales para avanzar en su manejo –diagnóstico y tratamiento- ya que para la iniciativa privada no existen alicientes en cuanto al desarrollo de abordajes, por la limitación de casos de cada una, aun cuando en conjunto supongan la afectación de un elevado número de enfermos.

- Enfermedades genéticamente complejas. La mayor parte de las enfermedades prevalentes, las que pueden afectar a la mayoría, se incluyen entre las genéticamente complejas. Para avanzar en la definición de la base genética de estos fenotipos patológicos, es necesario establecer cuáles son los polimorfismos genéticos implicados y en qué grados se asocian al padecimiento correspondiente. Son componentes genéticos heredables, que contribuyen al fenotipo patológico, pero ninguno en exclusiva. En este caso, tanto el fondo genético como los factores ambientales van a tener un papel determinante en que la patología finalmente se materialice. Enfermedades como la diabetes, la enfermedad coronaria, el cáncer en diversas formas, los trastornos neuropsiquiátricos y autoinmunes y otras muchas son el resultado de la interacción de polimorfismos diversos, en un fondo genético que puede facilitar la emergencia de la patología a través de un ambiente que lo propicie (los factores ambientales pueden venir determinados por el clima, la dieta, ejercicio físico y otras muchas circunstancias). La determinación de la correlación genes-enfermedad, en las enfermedades genéticamente complejas supone un notable esfuerzo, pues los polimorfismos de interés son muchos y su penetrancia (grado en que contribuyen) variable. Diversas combinaciones de polimorfismos diferentes, pueden determinar un fenotipo patológico similar. Los programas de estudio de grandes cohortes, en las que correlacionar el perfil genético con la patología, están conduciendo a la identificación de polimorfismos que puedan servir como biomarcadores de la enfermedad o la propensión padecerla. En este tipo de estudios de genotipos resulta fundamental abordar la asociación de marcadores que pueda ser útil para desarrollar el trabajo con la mayor eficacia. El análisis de haplotipos (serie secuencial de marcadores presentes en un mismo cromosoma) o de la asociación no aleatoria (linkage desequilibrium) de algunos marcadores que pueda ser útil representa una tarea y un esfuerzo ingente, en marcha en muchos centros del mundo a través de numerosos programas⁸.

Todo este esfuerzo ha de sustanciar unas mejores probabilidades de predicción para la práctica médica, basadas en la propensión que pueda deducirse del perfil genético de cada persona. El objetivo será sin duda acercarse a la detección precoz de la patología que pueda propiciar mejores y más eficaces actitudes preventivas, una Medicina predictiva como base de una mejor prevención. Naturalmente, la condición fundamental será ampliar las posibilidades de las pruebas genéticas –en extensión, facilidad de realización y coste asequible- así como en la precisión de las predicciones que puedan aportar.

4.- Farmacogenética y Farmacogenómica

El perfil genético individual también influye en la respuesta a los fármacos. Algunas observaciones empíricas han ido documentando la asociación de determinados polimorfismos genéticos, a veces presentes en mayor proporción en algunos grupos étnicos, con respuestas a fármacos que se ven relativamente alteradas con respecto al patrón considerado normal. Es el caso, entre otros muchos, de las reacciones adversas al antimalárico primaquina, en portadores de algunos polimorfismos del gen G6PD, o de los efectos neuropáticos de la isoniazida, en individuos con determinados alelos del gen NAT2, que presentan dificultades para metabolizar este fármaco.

La diversidad de polimorfismos en cuanto a la familia de genes CYP450 que controlan la producción del complejo de proteínas P450, afecta lógicamente a la respuesta a fármacos, ya que controlan la capacidad para metabolizar casi un tercio de los medicamentos actualmente en uso. Algunas de estas transformaciones metabólicas incluso son fundamentales para la generación de la forma activa del fármaco. Es en los tratamientos de diversos tipos de tumores en donde hasta el momento se han podido establecer más ejemplos de correlación entre algún polimorfismo genético, que sirve como biomarcador, y el correspondiente efecto terapéutico. Entre otros ejemplos, el tratamiento del cáncer de mama con trastuzumab (herceptina) está indicado en enfermos que expresen niveles elevados de la proteína HER2, mientras que el empleo del antileucémico imantinib (glivec), que interfiere con una tirosina-quinasa bloqueando la división celular, está indicado en portadores de la reorganización cromosómica denominada Filadelfia, algo que ocurre en el 95% de los enfermos de los enfermos que desarrollan leucemia mieloide crónica.

El conocimiento de la individualidad genética, en la forma que propicia el estudio del genoma humano, supone un paso más para definir racionalmente, incluso predecir, la respuesta a los fármacos, tanto desde el punto de vista del efecto terapéutico que puedan tener en cada caso, como de las reacciones adversas. El camino es aun largo en la búsqueda de biomarcadores que puedan predecir respuestas y, por tanto, aplicarse al establecimiento de tratamientos y a un desarrollo farmacéutico basado en estas estrategias nuevas. Pero el camino está abierto hacia la búsqueda de las claves de la respuesta individual, incluso a su predicción, lo que puede permitir excluir a determinados sectores de la población del tratamiento con principios activos concretos. Será la base de los tratamientos individualizados, que significan la aplicación de toda la información existente sobre la base genética de la reacción a fármacos, para la aplicación de tratamientos concretos.

5. Perspectivas

Lo tratado hasta aquí refleja un campo de actividad investigadora de gran intensidad y extensión. De los datos que se van acumulando –estudios de grandes cohortes, desarrollo de nuevas herramientas para el análisis en gran escala de genes, proteínas, metabolitos- se deriva cada vez una cantidad mayor de conocimiento. De ahí que se hable de un nuevo paradigma, de una nueva estrategia para el abordaje de los cuidados de salud. Se perfila con intensidad el concepto y los parámetros definitorios de la individualidad genética, cuya determinación, al nivel de las secuencias génicas, avanza con rapidez.

Sin embargo, la conversión de todos estos avances en resultados utilizables en la práctica habitual procede con mayor lentitud. Cabe preguntarse como de cerca está esa Medicina Individualizada, en la que el perfil genético se utilice habitualmente para trazar pautas de prevención adaptadas a la individualidad de cada cual. Igualmente surge el interrogante de cuándo el tratamiento terapéutico de las patologías habituales podrá precisarse hasta el punto de lograr la mejor respuesta con el mínimo de efectos adversos. Igualmente, nos apremia el saber cuándo el nuevo conocimiento tendrá aplicación rutinaria al desarrollo de nuevos medicamentos, que mejoren muchos de los tratamientos actuales y que, incluso, abran una vía eficaz para la terapia farmacológica de entidades que carecen de ella. Todo esto asumiendo que pueden introducirse fármacos, no exclusivamente para determinadas indicaciones, sino para esas indicaciones en grupos concretos –más o menos extensos- de población. Son preguntas que no tienen una respuesta absoluta, porque todo ello es, y será, el resultado de un proceso gradual, paulatino, que ya ha comenzado como hemos visto en algunos ejemplos pero que requerirá muchos más esfuerzos.

Por lo que respecta a la mayor o menor celeridad con la que se vaya a producir una implantación extensa de la medicina individualizada, se observan dos actitudes. La de quienes reclaman cautela y señalan numerosos obstáculos que hay que superar⁹, como algo que determinará u retraso notable, o la de quienes están convencidos de que todo ello está mucho más próximo¹⁰. Es evidente que el ingente –esplendoroso, a veces- progreso que experimenta la Biomedicina tarda en traducirse en resultados y aplicaciones prácticas, pero también es cierto que muchos de los desarrollos se han adelantado en el tiempo, de manera sustancial, con respecto a lo que se había previsto poco antes. Ese es exactamente el caso del genoma humano, cuya secuenciación completa a la altura de los noventa se anticipaba como algo alcanzable entre 2005 y 2010. En mi opinión, el camino es irreversible, del conocimiento de la individualidad genética se han derivar avances hacia un manejo individualizado de los cuidados de salud. Los hitos a superar y los obstáculos a vencer se recogen en el cuadro adjunto.

Leyenda del Esquema 1

El esquema refleja las bases del conocimiento de la individualidad genética, lo único que puede fundamentar la Medicina Individualizada como nueva estrategia para proyectar los progresos de la Genómica en los cuidados de salud.

NOTAS

[1] Finishing the euchromatic sequence of the human genome. International Human Genome Consortium. Nature 431, 931 (2004).

[2] Es sabido que nuestras células somáticas son diploides, por tanto con 46 cromosomas, un par de cada uno de los autosomas más los cromosomas sexuales, XX en la mujer y XY en el varón.

[3] El número de genes del gusano Caenorrhabditis elegans es de cerca de más de 18.000 muy próximo al del hombre, mientras que la planta del arroz Oryza sativa supera los 50.000.

[4] Polimorfismo: la forma concreta que un gen o región génica, extensa o limitada, adopta en individuos concretos.

[5] La página web http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP alberga una base de datos sobre SNPs.

[6] Por tratarse de uno de los cromosomas sexuales, la alteración en sus genes daba lugar a enfermedades ligadas al sexo, en las que resultaba más fácil un análisis mendeliano.

[7] La página web http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=OMIM aporta una extensa base de datos sobre enfermedades monogénicas humanas.

[8] Una muestra de este tipo de programas, de los que se puede obtener información en la red está en los proyectos: Avon longitudinal study of parents and children http://www,alspac.bris.ac.uk/; Estonia Genoma Project http://www.geenivaramu.ee; Iceland deCODE Project http://www.decode.com; otros http://www.ukbiobank.ac.uk

[9] Personalised medicines: hopes and realities. The Royal Society 2005. www.royalsoc.ac.uk/displaypagedoc.asp?id=15874

[10] The future may be closer than you think: a response of the Personalised Medicine Coalition to the Royal Society report on personalized medicine. GS Gisnburg y M Angrist. Pers. Med. 3, 119 (2006).