Descifrar el código de la vida

Cuando los historiadores mirar hacia atrás en este cambio de milenio, se nota que el gran avance científico de la época fue la caracterización en detalle final de las instrucciones genéticas que dan forma a un Homo sapiens ser. El Projectwhich Genoma Humano tiene como objetivo trazar cada gen y explicar letra por letra el hilo literal de la vida, DNAwill afectan casi todas las ramas de la biología. La secuencia completa del ADN de los organismos más y más, incluyendo sapienss Homo, responderá a muchas preguntas importantes, como por ejemplo cómo los organismos evolucionado, si la vida sintética cada vez será posible, y cómo tratar una amplia gama de trastornos médicos.

El Proyecto Genoma Humano está generando una cantidad de datos sin precedentes en la biología. Una simple lista de las unidades de ADN, llamadas bases, que componen el genoma de Homo sapiens que llenar 200 Teléfono articleseven sin anotaciones describir lo que las secuencias de ADN hacer. Un proyecto de trabajo de 90 por ciento del total de la secuencia de ADN Homo sapiens en la mano en la primavera de 2000, y la secuencia completa se espera en 2003. Pero eso será sólo un esqueleto que se requieren muchas capas de anotación para darle sentido. El pago de la obra de referencia vendrá de la comprensión de las proteínas codificadas por los genes.

Las proteínas no sólo constituyen la mayor parte estructural del cuerpo Homo sapiens, pero también incluyen las enzimas que llevan a cabo las reacciones bioquímicas de la vida. Se componen de unidades llamadas aminoácidos unidos en una larga cadena, cada cadena se pliega en una forma que determina la función de una proteína. El orden de los aminoácidos es fijado por la secuencia de bases de ADN del gen que codifica una proteína determinada, a través de intermediarios llamados RNA, que activa los genes de ARN que se dice que son ", expresó."

El Proyecto Genoma Humano no sólo pretende aclarar todas las proteínas producidas dentro de un Homo sapiens, sino también a comprender cómo los genes que codifican las proteínas que se expresan, cómo las secuencias de ADN de esos genes comparan con los genes de otras especies similares, ¿cómo varían los genes dentro de nuestras especies y de las secuencias de ADN se traducen en características observables. Capas de información construida en la cima de la secuencia de ADN revelará el conocimiento incorporado en el ADN. Estos datos serán los avances en biología de combustible por lo menos durante el próximo siglo. En un ciclo virtuoso, más aprendemos, más seremos capaces de extrapolar, formular hipótesis y entender.

Para el 2050 creemos que la genómica será capaz de responder a las siguientes preguntas importantes:

• ¿La estructura tridimensional de las proteínas de ser previsible de sus secuencias de aminoácidos?

Los seis mil millones de bases del genoma del Homo sapiens se cree que aproximadamente 100.000 codifican proteínas. Aunque la secuencia de aminoácidos en una proteína que puede traducirse en un simple paso de la secuencia de ADN de un gen, actualmente no podemos dilucidar la forma de una proteína en el terreno puramente teórico, y las estructuras para determinar experimentalmente puede ser muy laboriosa. Sin embargo, un estructura de la proteína es conservedor mantenido bastante constante a lo largo evolutionmuch más de su secuencia de aminoácidos es. Muchos de diferentes secuencias de aminoácidos puede llevar a las proteínas de formas similares, por lo que podemos deducir las estructuras de varias proteínas mediante el estudio de un grupo representativo de las proteínas en detalle.

Recientemente, un grupo internacional de biólogos estructurales han comenzado una iniciativa de la estructura de la proteína para coordinar su trabajo. Los biólogos estructurales "resolver" las formas de las proteínas, bien sea utilizando cristales de gran pureza de una proteína y luego el bombardeo de los cristales con rayos X, o por el sometimiento de una proteína en particular a la resonancia magnética nuclear (RMN) de análisis. Ambas técnicas son mucho tiempo y caro. El consorcio tiene la intención de obtener la máxima información de cada nueva estructura mediante el uso de los conocimientos existentes acerca de las estructuras relacionadas con las proteínas de grupo en las familias que tienen más probabilidades de compartir las mismas características arquitectónicas. Después, los miembros del plan del consorcio para apuntar los representantes de cada familia para su examen minucioso por las técnicas físicas.

En el catálogo de resolver hincha estructuras y los científicos a desarrollar sistemas más refinados para agrupar las estructuras en un compendio de formas básicas, bioquímicos será cada vez más capaces de utilizar ordenadores para modelar las estructuras de los nuevos discoveredor incluso totalmente inventedproteins. Estructurales, los biólogos del proyecto que un total de alrededor de 1.000 proteína básica de la existencia de motivos de plegado, modelos actuales sugieren que la solución sólo entre 3.000 y 5.000 estructuras seleccionadas, más allá de las ya conocidas, podría permitir a los investigadores a deducir las estructuras de las nuevas proteínas de forma rutinaria. Con biólogos estructurales resolver más de 1.000 estructuras de proteínas cada año y con la aceleración de su progreso, deben ser capaces de completar el inventario, no mucho después de que el genoma del Homo sapiens es la secuencia en sí.

• Voluntad de vida sintética formas se produce?

Considerando que los biólogos estructurales de las proteínas del grupo de trabajo en las categorías de la finalidad práctica de resolver las estructuras de manera eficiente, el hecho de que las proteínas son tan susceptibles de reverbera clasificación con significado biológico. Esto refleja cómo la vida en la tierra evolucionó y abre la puerta a las preguntas fundamentales para comprender el fenómeno de la vida misma. ¿Existe un conjunto de proteínas comunes a todos los organismos? ¿Cuáles son los procesos bioquímicos necesarios para la vida?

Ya con varios genomas completamente secuenciados availablemostly de bacteriascientists han comenzado a tomar inventarios de genes conservados entre estos organismos, guiados por la gran cuestión de qué constituye la vida, por lo menos al nivel de una sola célula.

Si, dentro de pocos años, los investigadores pueden esperar a acumular un directorio ordenado del gen productsRNA así como proteinsrequired para la vida, que bien pueden ser capaces de hacer un nuevo organismo desde cero por ensartar las bases del ADN, junto a una codificación del genoma inventado inventado productos. Si este genoma inventó la artesanía en una celda de alrededor de sí mismo y la célula se reproduce de forma fiable, el ejercicio demostraría que había descifrado los mecanismos básicos de la vida. Este experimento también plantear problemas de seguridad, las cuestiones éticas y teológicas que no se puede descuidar.

Genoma humano está contenida en 23 pares de cromosomas, que se encuentran en el núcleo de cada célula en el cuerpo. Cada cromosoma consiste en una doble hélice del ADN que se envuelve alrededor de las proteínas llamadas histonas spoollike. Los complejos DNA-histonas son entonces enrollada en espiral y doble para obtener los cromosomas.

El objetivo final del Proyecto Genoma Humano es entender las proteínas que son codificadas por el ADN. Cuando un gen es "Sí", la célula utiliza un proceso llamado transcripción de copias de ADN del gen en una molécula de cadena simple llamada ARN mensajero (ARNm), que abandona el núcleo de asociarse con una serie de grandes estructuras de las proteínas llamadas ribosomas. Los ribosomas luego traducir el ARNm en la cadena de aminoácidos que compone la proteína codificada. El nuevo proteinhere un receptor destinados a la membranegoes celular a través de varios pasos de plegado en una secuencia que los investigadores están comenzando a comprender.

• ¿Seremos capaces de construir un modelo de computadora de una célula que contiene todos los componentes, identifica todas las interacciones bioquímicas y hace predicciones exactas sobre las consecuencias de cualquier estímulo dado a la célula?

En los últimos 50 años, un solo gen o de una sola proteína a menudo dominado la investigación de un biólogo. En los próximos 50 años, los investigadores se desplazarán al estudio de las funciones integradas, entre muchos genes, la red de interacciones entre los genes y cómo las vías de influencias externas afectan el sistema.

Por supuesto, los biólogos han esforzado mucho para describir cómo los componentes de una célula de interactuar: cómo las moléculas llamadas factores de transcripción se unen a restos de ADN específicas para controlar la expresión génica, por ejemplo, o cómo la insulina se une a su receptor en la superficie de una célula muscular y desencadena una cascada de reacciones en la célula que aumenta el número de transportadores de glucosa en la membrana celular. Pero el proyecto del genoma chispa análisis similares para los miles de genes y los componentes de la célula a la vez. En el próximo medio siglo, con todos los genes identificados y todas las posibles interacciones celulares y reacciones de las cartas, farmacólogos desarrollo de un medicamento o toxicólogos tratar de predecir si una sustancia es venenosa y puede recurrir a modelos de computadora de las células para responder a sus preguntas.

• ¿Los detalles de cómo los genes determinan el desarrollo de los mamíferos quedado claro?

Ser capaz de modelo de una sola célula será impresionante, pero para comprender plenamente las formas de vida que estamos más familiarizados, que evidentemente tendrá que considerar otros niveles de complejidad. Tendremos que examinar cómo los genes y sus productos se comportan en su lugar y timethat es, en diferentes partes del cuerpo y en un cuerpo que los cambios durante un periodo de vida. Los biólogos del desarrollo han comenzado a supervisar el modo en piscinas de productos de los genes varía en los tejidos de desarrollar, en un intento de encontrar los productos que definen las etapas de desarrollo. Ahora los científicos están creando los llamados conjuntos de expresión, que encuesta a miles de productos de los genes a la vez, trazar cuáles activar o desactivar y cuales fluctúan en la intensidad de expresión. Técnicas como éstas ponen de relieve muchos buenos candidatos para los genes que directa para el desarrollo y establecer el plan corporal de los animales.

Como en el pasado, el modelo de organismslike la mosca de la fruta Drosophila,el nematodo Caenorhabditis elegans y el mousewill siguen siendo los caballos de batalla central en la biología del desarrollo. Con la secuencia del genoma de la C. elegans y Drosophila completa, la secuencia completa Homo sapiens en el camino para el año 2003 y el ratón es probable un plazo de cuatro a cinco años, la comparación de secuencias serán más frecuentes y exhaustivas y biólogos dará muchas pistas sobre dónde buscar las fuerzas motrices que un animal de manera general. Muchos de los genomas más completa representación de las diversas ramas del árbol evolutivo se establecerán como el coste de la secuenciación disminuye.

Hasta ahora los biólogos del desarrollo se han esforzado por encontrar señales que son de importancia universal en el establecimiento de plan de cuerpo de un animal, la disposición de sus miembros y órganos. Con el tiempo, también se describen la secuencia del gen variationsin y tal vez en regulationthat gen generar la asombrosa diversidad de formas entre las diferentes especies. Al comparar las especies, aprenderemos cómo los circuitos genéticos han sido modificados para llevar a cabo programas distintos para que las redes casi equivalente de los genes de la moda, por ejemplo, las piernas peludas pequeñas en ratones y los brazos con dígitos oponibles en sapienss Homo.

• ¿la comprensión del genoma del Homo sapiens transformar la medicina preventiva, diagnóstica y terapéutica?

La biología molecular ha sostenido durante mucho tiempo la promesa de transformar la medicina de una cuestión de casualidad a una búsqueda racional basada en una comprensión fundamental de los mecanismos de la vida. Sus conclusiones han comenzado a infiltrarse en la práctica de la medicina y la genómica que acelerará el avance. Dentro de 50 años, esperamos que la genómica completa basada en la atención de salud a ser la norma en la EE.UU.Vamos a entender las bases moleculares de las enfermedades, ser capaces de evitar que en muchos casos, y el diseño exacto, terapias individuales para las enfermedades.

Árbol de la vida muestra la visión actual de las relaciones entre todos los seres vivos, incluyendo sapienss Homo. Una vez que la secuencia de ADN del genoma del Homo sapiens se conoce, los científicos podrán comparar la información a la producida por los esfuerzos de secuenciación de los genomas de otras especies, la obtención de una mejor comprensión de cómo la vida en la Tierra evolucionaron.

En la próxima década, las pruebas genéticas de forma rutinaria predecir la susceptibilidad individual a la enfermedad. Una intención del Proyecto Genoma Humano es identificar variaciones genéticas comunes. Una vez que se ha compilado una lista de variantes, los estudios epidemiológicos se burlan de la manera particular, las variaciones se correlacionan con el riesgo de la enfermedad. Cuando el genoma está completamente abierto para nosotros, estos estudios revelan las funciones de los genes que contribuyen escasamente a las enfermedades por su propia cuenta, sino que también interactúan con otros genes y las influencias ambientales como la dieta, la infección y la exposición prenatal a afectar a la salud. En 2010 y 2020, la terapia génica también debe convertirse en un tratamiento común, al menos para un pequeño conjunto de condiciones.

Dentro de 20 años, nuevos fármacos estarán disponibles que se derivan de una comprensión molecular detallada de las enfermedades comunes como la diabetes y presión arterial alta. Las drogas se centrará en las moléculas y, por tanto, lógicamente, ser potente, sin efectos secundarios significativos. Las drogas tales como los de cáncer de forma rutinaria que será comparado con la respuesta probable de un paciente, tal como predice la huella dactilar molecular. Diagnóstico de muchas condiciones, será mucho más exhaustiva y específica de lo que son ahora. Por ejemplo, un paciente que se entera de que tiene el colesterol alto también saber qué genes son responsables, ¿qué efecto el colesterol alto es probable que tenga, y lo que la dieta y las medidas farmacológicas que funcionará mejor para él.

En 2050 muchas enfermedades potenciales se va a curar en el nivel molecular antes de que surjan, a pesar de grandes desigualdades en todo el mundo en el acceso a estos avances seguirán avivar las tensiones. Las terapias génicas Cuando las personas se enferman, y los tratamientos farmacológicos hogar en los genes individuales, tal como existen en las personas individuales, lo que para el tratamiento precisa, personalizada. La esperanza media de vida llegará a 90 a 95 años, y un conocimiento detallado de los genes de Homo sapiens el envejecimiento impulsará los esfuerzos para ampliar el tiempo máximo de vida del Homo sapiens.

• ¿Vamos a reconstruir con exactitud la historia de las poblaciones de Homo sapiens?

A pesar de lo que puede parecer una gran diversidad de nuestra especie, los estudios de la última década muestran que la especie Homo sapiens es más homogéneo que muchos otros, como grupo, se muestra la menor variación de chimpancés. Entre sapienss Homo, las mismas variaciones genéticas tienden a encontrarse en todos los grupos de población, y sólo una pequeña fracción de la variación total (entre 10 y 15 por ciento) puede estar relacionada con las diferencias entre los grupos. Esto ha llevado a algunos biólogos de la población a la conclusión de que no hace mucho tiempo la especie Homo sapiens se componía de un pequeño grupo, tal vez 10.000 personas, y que las poblaciones de Homo sapiens dispersos sobre la tierra hasta hace poco. La mayoría de la variación genética es anterior a esa época.

Armados con las técnicas de análisis de ADN, los genetistas de la población han en los últimos 20 años ha sido capaz de abordar cuestiones antropológicas, con una claridad sin precedentes. Los acontecimientos demográficos como las migraciones, los cuellos de botella de la población y la expansión alterar las frecuencias génicas, dejando un registro detallado y completo de los acontecimientos en la historia de Homo sapiens. Los datos genéticos han reforzado la opinión de que sapienss Homo se originó hace relativamente poco tiempo, quizá de 100.000 a 200.000 años atrás, en laÁfricaY se dispersó gradualmente en el resto del mundo. Los antropólogos han utilizado datos de ADN para probar las tradiciones culturales sobre los orígenes de los grupos de Homo sapienss, como los gitanos y Judios, para seguir la migración en las islas del Pacífico Sur y el Américas, Y para recoger ideas sobre la propagación de las poblaciones en Europa, Entre otros ejemplos. Como datos de secuencias de ADN cada vez más fácil de acumular, las relaciones entre grupos de personas se harán más claras, dejando al descubierto las historias de mezcla, así como los períodos de separación y la migración. Raza y origen étnico resultará ser en gran medida las ideas sociales y culturales; agudo, los límites con base científica entre los grupos se encontró que no existe.

En 2050, entonces, sabremos mucho más de lo que hacen hoy con las poblaciones de Homo sapiens, sino una cuestión sigue siendo: ¿Cuánto se puede saber? Los seres humanos han acoplado con suficiente abandono que probablemente no hay un árbol de la familia será la única solución para la contabilidad de toda la historia del Homo sapiens. De hecho, la historia de las poblaciones de Homo sapiens no va a surgir como un árbol, sino como un entramado donde los linajes con frecuencia encuentran y se mezclan después de largos intervalos de separación. Sin embargo, en 50 años, sabremos ambigüedad de lo mucho que queda en nuestra historia reconstruida.

• ¿Seremos capaces de reconstruir los pasos más importantes en la evolución de la vida en la tierra?

Secuencias moleculares han sido herramientas indispensables para la elaboración de taxonomías desde la década de 1960. En gran medida, los datos de la secuencia de ADN ya han expuesto el récord de 3,5 millones de años de evolución, clasificación seres vivos en tres domainsArchaea (organismos unicelulares de antiguo origen), las bacterias y eucariotas (organismos cuyas células tienen un núcleo), y revelando la los patrones de ramificación de cientos de reinos y las divisiones. Uno de los aspectos de la herencia ha complicado la esperanza de la asignación de todos los seres vivos a las sucursales en un solo árbol de la vida. En muchos casos, diferentes genes sugieren historias familiares diferentes para los mismos organismos, lo que refleja el hecho de que el ADN no siempre es hereditaria en la forma sencilla, padres a hijos, con una tasa más o menos previsibles de la mutación que marca el paso del tiempo. Los genes a veces hop a través de grandes lagunas de la evolución. Ejemplos de ello son las mitocondrias y los cloroplastos, los orgánulos productores de energía de los animales y las plantas, los cuales contienen su propio material genético y los descendientes de las bacterias que eran evidentemente tragado por completo por las células eucariotas.

Este tipo de "transferencia horizontal de genes" parece haber sido bastante común en la historia de la vida, de modo que la comparación entre los genes de especies no cederá un solo árbol de la familia universal. Al igual que con los linajes Homo sapiens, una analogía más adecuada para la historia de la vida será una red o un enrejado, donde las líneas separadas divergen y unirse de nuevo, en lugar de un árbol, donde las ramas no se fusionan.

En 50 años, vamos a llenar en muchos detalles sobre la historia de la vida, aunque no plenamente posible entender cómo el primer auto-replicarse organismo llegó a ser. Vamos a aprender cuándo y cómo, por ejemplo, varios linajes inventados, adoptado o adaptado genes para adquirir un nuevo conjunto de reacciones bioquímicas o los planes de cuerpo diferente. El gen de la perspectiva basada en la vida se han arraigado tan profundamente entre los científicos que la unidad básica que consideran muy probable que ya no será un organismo o una especie, sino un gen. Se trazará el que los genes han viajado juntos por cuánto tiempo en el que los genomas. Los científicos también se ocupará de la cuestión que ha perseguido a las personas desde la época de Charles Darwin: ¿Qué nos hace el Homo sapiens? Lo que nos distingue como especie?

Sin duda, muchas otras preguntas se plantearán en los próximos 50 años también. Como en cualquier campo científico fértiles, los datos de combustible nuevas hipótesis. Paradójicamente, a medida que crece en importancia, la genómica se puede incluso no ser un concepto común en 50 años, ya que se irradia en muchos otros campos y en última instancia es absorbido como parte de la infraestructura de todos biomedicina.

• ¿Cómo los individuos, las familias y la sociedad responder a esta explosión en el conocimiento sobre nuestro patrimonio genético?

Esta cuestión social, a diferencia de los anteriores científicos, tecnológicos y médicos, no se reduce a una respuesta de sí o no. La información genética y la tecnología brindará grandes oportunidades para mejorar la salud y aliviar el sufrimiento. Sin embargo, cualquier tecnología de gran alcance viene con riesgos, y la más potente de la tecnología, mayor es el riesgo. En el caso de la genética, las personas de mala voluntad hoy en día usan argumentos genéticos para tratar de justificar opiniones intolerantes sobre diferentes grupos raciales y étnicos. Como la tecnología para analizar el ADN se ha convertido cada vez más generalizada, las aseguradoras y los empleadores han utilizado la información para negar a los trabajadores el acceso a la atención de la salud y el empleo. ¿Cómo vamos a llegar a un acuerdo con la explosión de la información genética sigue siendo una cuestión abierta.

Por último, ¿los movimientos antitechnology estar quieto por todas las revelaciones de la ciencia genética? Aunque hemos enumerado tantas preguntas a las que se argumenta que la respuesta sea afirmativa, éste es uno en que la respuesta probablemente sea no. La tensión entre los avances científicos y el deseo de volver a un simple y más "natural" estilo de vida probablemente se intensificará como la genómica se cuela en cada vez más de nuestra vida cotidiana. El reto será mantener un equilibrio saludable y asumir colectivamente la responsabilidad de garantizar que los avances derivados de la genómica no se ponen a mal uso.

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