La genética humana es el estudio de la herencia tal como se produce en los seres humanos . La genética humana abarca una variedad de campos superpuestos, entre ellos: genética clásica , citogenética , genética molecular , genética bioquímica , genómica , genética de poblaciones , genética del desarrollo , genética clínica y asesoramiento genético .
Los genes son el factor común de las cualidades de la mayoría de los rasgos hereditarios humanos. El estudio de la genética humana puede responder preguntas sobre la naturaleza humana, puede ayudar a comprender las enfermedades y el desarrollo de tratamientos efectivos y ayudarnos a comprender la genética de la vida humana. Este artículo describe solo las características básicas de la genética humana; para la genética de los trastornos, consulte: genética médica . Para obtener información sobre la genética de los defectos de reparación del ADN relacionados con el envejecimiento acelerado y/o el aumento del riesgo de cáncer, consulte: trastorno por deficiencia de reparación del ADN .
La herencia de los rasgos en los seres humanos se basa en el modelo de herencia de Gregor Mendel , quien dedujo que la herencia depende de unidades discretas de herencia, llamadas factores o genes. [1]
Los rasgos autosómicos están asociados a un único gen en un autosoma (cromosoma no sexual); se denominan " dominantes " porque una única copia (heredada de cualquiera de los padres) es suficiente para que aparezca este rasgo. Esto suele significar que uno de los padres también debe tener el mismo rasgo, a menos que haya surgido debido a una nueva mutación poco probable. Algunos ejemplos de rasgos y trastornos autosómicos dominantes son la enfermedad de Huntington y la acondroplasia .
Los rasgos autosómicos recesivos son un patrón de herencia para que un rasgo, enfermedad o trastorno se transmita de generación en generación. Para que se manifieste un rasgo o enfermedad recesivos, deben presentarse dos copias del rasgo o trastorno. El rasgo o gen estará ubicado en un cromosoma no sexual. Debido a que se necesitan dos copias de un rasgo para manifestar un rasgo, muchas personas pueden ser portadoras de una enfermedad sin saberlo. Desde una perspectiva evolutiva, una enfermedad o rasgo recesivo puede permanecer oculto durante varias generaciones antes de manifestar el fenotipo. Algunos ejemplos de trastornos autosómicos recesivos son el albinismo y la fibrosis quística .
Los genes ligados al cromosoma X se encuentran en el cromosoma sexual X. Los genes ligados al cromosoma X, al igual que los genes autosómicos, tienen tipos dominantes y recesivos. Los trastornos recesivos ligados al cromosoma X rara vez se observan en mujeres y, por lo general, solo afectan a los hombres. Esto se debe a que los hombres heredan su cromosoma X y todos los genes ligados al cromosoma X se heredan del lado materno. Los padres solo transmiten su cromosoma Y a sus hijos, por lo que no se heredarán rasgos ligados al cromosoma X de padre a hijo. Los hombres no pueden ser portadores de rasgos recesivos ligados al cromosoma X, ya que solo tienen un cromosoma X, por lo que cualquier rasgo ligado al cromosoma X heredado de la madre aparecerá.
Las mujeres expresan trastornos ligados al cromosoma X cuando son homocigotas para el trastorno y se convierten en portadoras cuando son heterocigotas. La herencia dominante ligada al cromosoma X mostrará el mismo fenotipo que un heterocigoto y un homocigoto. Al igual que la herencia ligada al cromosoma X, habrá una falta de herencia de varón a varón, lo que la hace distinguible de los rasgos autosómicos. Un ejemplo de un rasgo ligado al cromosoma X es el síndrome de Coffin-Lowry , que es causado por una mutación en el gen de la proteína ribosomal. Esta mutación da como resultado anomalías esqueléticas y craneofaciales, retraso mental y baja estatura.
Los cromosomas X en las mujeres sufren un proceso conocido como inactivación del cromosoma X. La inactivación del cromosoma X es cuando uno de los dos cromosomas X en las mujeres se inactiva casi por completo. Es importante que este proceso ocurra, de lo contrario, una mujer produciría el doble de la cantidad de proteínas del cromosoma X normal. El mecanismo de inactivación del cromosoma X se producirá durante la etapa embrionaria. En las personas con trastornos como la trisomía X , donde el genotipo tiene tres cromosomas X, la inactivación del cromosoma X inactivará todos los cromosomas X hasta que solo haya un cromosoma X activo. Los hombres con síndrome de Klinefelter , que tienen un cromosoma X adicional, también sufrirán inactivación del cromosoma X para tener solo un cromosoma X completamente activo.
La herencia ligada al cromosoma Y se produce cuando un gen, rasgo o trastorno se transmite a través del cromosoma Y. Dado que los cromosomas Y solo se encuentran en los varones, los rasgos ligados al cromosoma Y solo se transmiten de padre a hijo. El factor determinante del testículo , que se encuentra en el cromosoma Y, determina la masculinidad de los individuos. Aparte de la masculinidad heredada en el cromosoma Y, no se encuentran otras características ligadas al cromosoma Y.
Un pedigrí es un diagrama que muestra las relaciones ancestrales y la transmisión de rasgos genéticos a lo largo de varias generaciones en una familia. Los símbolos cuadrados casi siempre se utilizan para representar a los varones, mientras que los círculos se utilizan para las mujeres. Los pedigríes se utilizan para ayudar a detectar muchas enfermedades genéticas diferentes. Un pedigrí también se puede utilizar para ayudar a determinar las probabilidades de que un progenitor produzca una descendencia con un rasgo específico.
Se pueden identificar cuatro rasgos diferentes mediante el análisis del cuadro genealógico: autosómico dominante, autosómico recesivo, ligado al cromosoma X o ligado al cromosoma Y. Se puede mostrar y calcular la penetrancia parcial a partir de los cuadros genealógicos. La penetrancia es la frecuencia porcentual expresada con la que los individuos de un genotipo determinado manifiestan al menos algún grado de un fenotipo mutante específico asociado con un rasgo.
La endogamia , o apareamiento entre organismos estrechamente relacionados, se puede ver claramente en los cuadros genealógicos. Los cuadros genealógicos de las familias reales suelen tener un alto grado de endogamia, porque era habitual y preferible que la realeza se casara con otro miembro de la realeza. Los asesores genéticos suelen utilizar los pedigríes para ayudar a las parejas a determinar si los padres podrán tener hijos sanos.
El cariotipo es una herramienta muy útil en citogenética. Es una imagen de todos los cromosomas en metafase ordenados según su longitud y posición del centrómero. También puede ser útil en genética clínica, debido a su capacidad para diagnosticar trastornos genéticos. En un cariotipo normal, la aneuploidía se puede detectar al poder observar claramente los cromosomas faltantes o adicionales. [1]
La técnica de bandas de Giemsa, o bandas G , del cariotipo se puede utilizar para detectar deleciones , inserciones , duplicaciones, inversiones y translocaciones . La técnica de bandas G tiñe los cromosomas con bandas claras y oscuras exclusivas de cada cromosoma. Se puede utilizar una hibridación in situ fluorescente (FISH ) para observar deleciones, inserciones y translocaciones. La FISH utiliza sondas fluorescentes para unirse a secuencias específicas de los cromosomas que harán que los cromosomas emitan fluorescencia de un color único. [1]
La genómica es el campo de la genética que se ocupa de los estudios estructurales y funcionales del genoma. [1] Un genoma es todo el ADN contenido en un organismo o una célula, incluido el ADN nuclear y mitocondrial. El genoma humano es el conjunto total de genes de un ser humano contenidos en el cromosoma humano, compuesto por más de tres mil millones de nucleótidos. [2] En abril de 2003, el Proyecto Genoma Humano logró secuenciar todo el ADN del genoma humano y descubrir que este se componía de unos 20.000 genes codificadores de proteínas.
La genética médica es la rama de la medicina que se ocupa del diagnóstico y el tratamiento de los trastornos hereditarios . La genética médica es la aplicación de la genética a la atención médica. Se superpone a la genética humana; por ejemplo, la investigación sobre las causas y la herencia de los trastornos genéticos se consideraría tanto dentro de la genética humana como de la genética médica, mientras que el diagnóstico, el tratamiento y el asesoramiento de las personas con trastornos genéticos se considerarían parte de la genética médica.
La genética de poblaciones es la rama de la biología evolutiva encargada de investigar los procesos que provocan cambios en las frecuencias de alelos y genotipos en poblaciones basadas en la herencia mendeliana . [3] Cuatro fuerzas diferentes pueden influir en las frecuencias: selección natural , mutación , flujo genético (migración) y deriva genética . Una población puede definirse como un grupo de individuos que se cruzan entre sí y su descendencia. Para la genética humana, las poblaciones estarán formadas únicamente por la especie humana. El principio de Hardy-Weinberg es un principio ampliamente utilizado para determinar las frecuencias alélicas y genotípicas.
Además del ADN nuclear , los seres humanos (como casi todos los eucariotas ) tienen ADN mitocondrial . Las mitocondrias , las "centrales energéticas" de una célula, tienen su propio ADN. Las mitocondrias se heredan de la madre y su ADN se utiliza con frecuencia para rastrear las líneas de descendencia materna (véase Eva mitocondrial ). El ADN mitocondrial tiene solo 16 kb de longitud y codifica 62 genes.
El sistema de determinación sexual XY es el sistema de determinación sexual que se encuentra en los humanos , la mayoría de los demás mamíferos , algunos insectos ( Drosophila ) y algunas plantas ( Ginkgo ). En este sistema, el sexo de un individuo está determinado por un par de cromosomas sexuales ( gonosomas ). Las hembras tienen dos cromosomas sexuales del mismo tipo (XX), y se denominan sexo homogamético . Los machos tienen dos cromosomas sexuales distintos (XY), y se denominan sexo heterogamético .
El ligamiento sexual es la expresión fenotípica de un alelo relacionado con el sexo cromosómico del individuo. Este modo de herencia contrasta con la herencia de rasgos en cromosomas autosómicos, donde ambos sexos tienen la misma probabilidad de herencia. Dado que los humanos tienen muchos más genes en el cromosoma X que en el Y , hay muchos más rasgos ligados al cromosoma X que a Y. Sin embargo, las mujeres son portadoras de dos o más copias del cromosoma X, lo que resulta en una dosis potencialmente tóxica de genes ligados al cromosoma X. [4]
Para corregir este desequilibrio, las hembras de mamíferos han desarrollado un mecanismo único de compensación de dosis . En particular, mediante el proceso denominado inactivación del cromosoma X (XCI), las hembras de mamíferos silencian transcripcionalmente uno de sus dos cromosomas X de una manera compleja y altamente coordinada. [4]
Genético
Cromosómico
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