El proyecto del conectoma humano

Así como la decodificación del ADN ha ayudado en ramas más allá de la genética, la elaboración de un mapa de todas las conexiones cerebrales favorecerá a muchas áreas que no tienen que ver directamente con la neurología

Los médicos en el mundo antiguo pensaban que el cerebro era una flema. De hecho, el granAristóteles lo asemejaba a un refrigerador que, primordialmente, se encargaba de enfriar al apasionado corazón. Bien poético de parte del gran pensador. 

Ciertamente, el cerebro nos hace creer que la pasión reside en el corazón, que el enamoramiento comienza con síntomas en el estómago, que los sentimientos son algo más que neuronas descargando electricidad a través de axones y sinapsis, que somos algo más que nuestros cerebros.

Y hoy nos parece tan común saber sobre las dendritas, la masa negra, la materia blanca y la gris, las interesantes y populares neuronas; sin embargo, la neurología y la neurociencia son ramas científicas cuyo conocimiento no se inicia hasta el siglo XVII, el británico Thomas Willis, el italiano Camilo Golgi y el español Santiago Ramón y Carvajal, entre muchos otros, se encargaron de lanzarlas hacia el progreso, pero sólo ahora, en el siglo XXI, nos acercamos seriamente a decodificar detalladamente el cerebro.
 

Y los esfuerzos para conocer bien esa máquina se han intensificado. Europa ha prometido la inversión de mil millones de dólares para el Proyecto Cerebro Humano, cuyo objetivo es producir un modelo computacional del cerebro. En Estados Unidos, el presidente Barack Obama anunció en el año 2010 una iniciativa conocida como Investigaciones sobre el Cerebro a través de Avanzadas e Innovadoras Neurotecnologías (BRAIN, en inglés), que está siendo impulsada a través de los institutos nacionales de la salud (NIH), para avanzar la investigación del cerebro, concentrándose primero en el desarrollo de nuevas tecnologías. Conocido como el programa “Grand Challenge” o el gran reto, ha prometido 100 millones de dólares en financiamiento sólo para el primer año de lo que se anticipa será un empuje de una década.
 

“Ya se está llevando a cabo una gran cantidad de investigación, tanto así que el paisaje de la neurociencia es casi tan difícil de aprehender como el del cerebro mismo. Los Institutos Nacionales de la Salud gastan, para poner un ejemplo, 5.500 millones de dólares al año en neurociencia, gran parte de ella dirigida hacia la investigación de enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer”, escribió el periodista científico James Gorman.
 

El popular periodista científico estadounidense Carl Zimmer, por ejemplo, es una de las numerosas personas que han permitido que en el laboratorio de Van Wedeen le escaneen el cerebro. Este proyecto es parte del esfuerzo estadounidense por comprender el órgano, no sólo la parte biológica sino el alambrado que lo sostiene, ese que el equipo de Wedeen está estudiando en estos momentos en el Centro Martinos para Imágenes Biomédicas donde ya están creando representaciones del alambrado cerebral.

En la actualidad, 160.935 kilómetros de fibras nerviosas en la materia blanca del cerebro están siendo analizadas; estas fibras son las que conectan los varios componentes de la mente y hacen posible que pensemos, sintamos y percibamos. Lo interesante, indicaWedeen, es la red que vemos debajo del alambrado cerebral.
 

También las patologías neurológicas, desde psicosis y esquizofrenias hasta Parkinson y Alzheimer, pueden ser analizadas bajo el microscópico neurológico. Es precisamente uno de los objetivos de poseer un mapa cerebral. Los científicos Joshua W. Buckholtzemail, Andreas Meyer-Lindenberg y la neuropsicóloga Deanna Barch, son algunos de los que esperan que el conectoma humano los ayude en el estudio de distintas enfermedades neurológicas. Los estudios de Barch, por ejemplo, quien está trabajando en el proyecto del conectoma con el equipo de la Universidad de Washington, se concentran en la depresión.
 

“Los datos que obtendremos del conectoma podrían ayudarnos a responder preguntas como: ¿Qué nos hace distintos a ti y a mí y cómo la forma en que está diseñado el cableado en nuestros cerebros, refleja las diferencias en nuestros comportamientos, pensamientos, emociones, sentimientos y experiencias? ¿Nos ayudará a entender cómo los trastornos de la conectividad, o trastornos del alambrado cerebral, contribuyen o causan problemas neurológicos y problemas psiquiátricos?”, expresó Barch, quien es optimista al respecto.
 

Los orígenes del Conectoma

El neurólogo Olaf Sporns acuñó la palabra “conectoma” en una publicación del 2005 titulada, "El conectoma humano: Una descripción estructural del cerebro humano”. El científico lo define como la descripción completa de la conectividad estructural (el cableado físico) del sistema nervioso de un organismo. Precisamente, Grossman escribe que de las muchas "metáforas utilizadas para explorar y entender el cerebro, la cartografía es, probablemente, la más duradera, tal vez porque los mapas son tan familiares y comprensibles".
 

“Hace un siglo, los mapas cerebrales eran como los mapas del siglo XVI de la superficie de la Tierra”, dijo David Van Essen, quien está a cargo de los esfuerzos de Conectoma en la Universidad de Washington. “Ahora las caracterizaciones son más como un mapa del siglo XVIII”. Eso quiere decir, explican, que los continentes, cordilleras y ríos están cada vez más claramente definidos.

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Las personas que dejan vagar su mente envejecen antes

La tendencia de la mente a dispersarse guarda relación con el envejecimiento, según un estudio de la Universidad de California. Sus autores han comprobado que la longitud de los telómeros, un marcador que ha demostrado ser útil para medir el envejecimiento celular, parece estar asociada a la tendencia a dejar a la mente vagar hacia pensamientos sobre el pasado y el futuro o, sencillamente, “a estar en otra parte”. En concreto, las personas que más divagan tienen los telómeros más cortos, lo que supone que el envejecimiento se acelera. Por el contrario, quienes tienen más capacidad de estar presentes y prestan más atención a la actividad que están realizando en cada momento tienen los telómeros más largos, y con ello también más esperanza de vida.

Como recuerdan los autores del estudio en la revista Clinical Psychological Science, los telómeros son los fragmentos de ADN que protegen el final de los cromosomas en los que se empaqueta el material genético, impidiendo que se deterioren. Suelen acortarse con la edad, y lo hacen más rápido si nos exponemos a estresores psicológicos o fisiológicos. Los investigadores asocian los resultados al hecho de que las meditaciones tipo mindfulness, una técnica de atención plena desarrollada en la Universidad de Massachusetts que promueve la atención al momento presente, está asociada con una mayor actividad de la enzima telomerasa, que mantiene a los telómeros “largos”. Por lo tanto, prestar atención al tiempo presente podría tener repercusiones para la salud cuantificables a nivel celular.

Nuestros genes también envejecen

Las señales químicas que regulan nuestro genoma, conocidas como marcas epigenéticas, se van degradando a lo largo del tiempo, según revela un estudio publicado en PNAS. Dado que estas lesiones epigenéticas son reversibles, se podrían llegar a desarrollar fármacos que aumenten el tiempo de vida.Mientras que el genoma de todas nuestras células permanece intacto a lo largo de nuestra vida, su regulación química varía según envejecemos y en función de las condiciones ambientales. La marca epigenética más frecuente es la metilación, que consiste en la adición de grupos químicos metilo en el ADN.

Los investigadores, del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (Barcelona), compararon los epigenomas de las células blancas de la sangre de un recién nacido, de una persona de edad intermedia, y de otra de 103 años. Los resultados revelaron que el epigenoma del individuo de más edad había perdido muchos grupos metilo, encargados de apagar la expresión de genes inapropiados o de activar la expresión de genes protectores. "Extendiendo los resultados a un grupo numeroso de neonatos, individuos situados en el punto medio y nonagenarios o centenarios nos damos cuenta de que se trata de un proceso progresivo en el que cada día que pasa el epigenoma se va torciendo", explica Manel Esteller, uno de los autores. Sin embargo "las lesiones epigenéticas, a diferencia de las genéticas, son reversibles y, por tanto, la modificación de los patrones de la metilación del ADN por cambios dietéticos o por el uso de fármacos podría inducir un aumento del tiempo de vida".
 
Todavía no sabemos si en el futuro podremos vivir 1.000 años, pero las investigaciones actuales nos están aclarando muchos factores relacionados con el envejecimiento, por lo que el desarrollo de fármacos que aumenten la esperanza de vida podría dejar de ser un sueño de ciencia ficción.


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El genoma de los mil dólares desborda a los científicos

Una empresa de EEUU crea una máquina capaz de secuenciar todo el ADN de un individuo por 740 euros en un solo día, un récord perseguido desde hace años. En España, la falta de expertos en genética relativiza el logro

El primer genoma secuenciado en el mundo fue publicado en 2003 tras una década de trabajo.-THINKSTOCK

Por unos 750 euros, se puede comprar un buen ordenador portátil, viajar cinco días a las playas de Miami, y, desde hace unos días, secuenciar un genoma humano completo. Esto último lo hace una nueva máquina del tamaño de una impresora doméstica y con la que sus creadores han batido el equivalente al récord de los 100 metros lisos de la secuenciación genómica. Ese récord era leer los 6.000 millones de letras que componen el libro de instrucciones que cada ser humano lleva escrito en su genoma por sólo 1.000 dólares [unos 750 euros]. Durante años, ese precio ha simbolizado la llegada de la "medicina personalizada" en la que, por ejemplo, cada paciente recibiría medicamentos específicos que se ajusten a sus genes.

Aunque la pata de la medicina personalizada, la de la secuenciación, ya se ha conseguido gracias a la nueva máquina, comercializada por la compañía de EEUU Ion Torrent, la segunda, la de la aplicación, está aún muy lejos de hacerse realidad. Sin embargo, su creador, Jonathan Rothberg, no duda de que su nuevo aparato le va a cambiar la vida al ciudadano de a pie.

La máquina tiene el tamaño de una impresora doméstica

El nuevo aparato, llamado Secuenciador Ion Proton, "aumentará la calidad y reducirá el coste de los cuidados médicos al permitir que a la gente se le diagnostique de forma temprana y permitiéndoles adquirir los medicamentos que mejor se ajustan a sus indicaciones. Esto es medicina personalizada", proclamó ayer a este diario Rothberg.

El responsable de Ion Torrent es un biólogo y químico que sólo se zambulló en la secuenciación genómica cuando su hijo cayó enfermo y quiso buscar cuál entre sus más de 15.000 genes era el culpable. Su empeño le llevó a fundar una de las empresas de secuenciación más importantes del mundo y a aparecer en las páginas de los periódicos por sus logros y excentricidades, como encargar una réplica del círculo megalítico de Stonehenge en su finca de Connecticut.

Rothberg profetiza un futuro en el que todo el mundo tendrá su genoma en un disco duro y podrá explorarlo gracias a programas informáticos.

Su inventor cree que se abre el camino a la medicina personalizada

Esa profecía es remota y necesita algo más que máquinas para hacerse realidad. Entender la ingente cantidad de datos que contiene un genoma es el verdadero reto de la medicina personalizada y países como España carecen de suficientes profesionales capaces de analizar la información que generarán las máquinas de Rothberg.

El primer genoma secuenciado en el mundo fue publicado en 2003 tras una década de trabajo y costó unos 2.000 millones de euros. Las técnicas de secuenciación de ADN usadas en aquel histórico proyecto quedaron obsoletas tras la aparición de las secuenciadoras de segunda generación, mucho más rápidas. Rothberg fue uno de los pioneros de esta segunda oleada, que demostró su poderío regalando a James Watson, descubridor de la doble hélice del ADN, su genoma completo en 2007.

Ahora, la nueva Ion Proton lee un genoma completo en un día por un precio de 1.000 dólares. Esto supone, según Rothberg, que el avance de la secuenciación genética supera ya al de la informática. La velocidad de ese camino queda descrito por la ley de Moore (unos de los fundadores de Intel), que dice que los microchips doblan su potencia cada dos años. Según Rothberg, la potencia de su nuevo chip es 1.000 veces mayor que la de la anterior versión y supera con creces las leyes que hasta ahora había seguido la tecnología.

"El número de expertos es menor de lo necesario", dice un investigador

¿Sinifica esto que, en el futuro próximo, la gente tendrá en su casa secuenciadoras? "En una década probablemente sí, para gente que quiera estudiar el medio ambiente o para aficionados", aventura Rothberg. Por el momento, su máquina sólo se vende a científicos y a empresas de tests genéticos.

Este investigador es el mayor competidor de Illumina, otra empresa de EEUU que es el Goliat de la secuenciación genética mundial. Las máquinas de Illumina se usan en grandes laboratorios que secuencian ADN de forma masiva y cuya fiabilidad es defendida por muchos expertos en genética.

Illumina lee el ADN aplicándole luz. En cambio, las máquinas de Rothberg se basan en la detección de protones, que puede hacerse de forma más rápida y económica, aunque sacrificando en ocasiones su fiabilidad, según el investigador de la Universidad de Oviedo Carlos López-Otín, que trabaja en un gran proyecto internacional para secuenciar genomas de pacientes con 35 tipos de cáncer para esclarecer sus causas y encontrar mejores formas de detectarlos y tratarlos.

"Los principios técnicos de Ion Torrent son más rápidos y baratos, pero no tan fiables como los habituales", explica López-Otín. Una secuenciadora es en puridad una máquina traductora que recorre la retorcida molécula del ADN. La forman cuatro ladrillos, o letras que corresponden a adenina (A), timina(T), citosina (C) y guanina (G). Cada genoma tiene 6.000 millones de letras y la secuenciadora las lee y ordena, cometiendo en ocasiones alguna errata. "Esta tecnología es propensa a cometer una mayor cantidad de errores, aunque ahora han mejorado el chip y tal vez hayan solventado el problema que tenían", opina Javier Chaves, que trabaja en la Unidad de Genotipado y Diagnóstico Genético del Hospital Clínico Universitario de Valencia.

Rothberg defiende su criatura como si estuviese en el umbral de la próxima revolución tecnológica. "También criticaron las cámaras digitales antes de que reemplazaran a las que usan carretes de película", espeta. "La Ion es seis veces más precisa para secuencias largas que la Illumina", añade.

"Es un equipo muy bueno para laboratorios pequeños", concede López-Otín, que incluso planea comprar una Ion Proton para "aplicaciones puntuales". Otra cosa son los grandes proyectos de secuenciación, como el Consorcio Internacional del Genoma del Cáncer (ICGC) en el que participa López-Otín y en los que, según el investigador, seguirá usándose la tecnología más establecida.

Faltan expertos

Por rápido que sea el avance de la tecnología de secuenciación, su impacto podría quedarse en nada, especialmente en países como España. Si para leer un genoma basta un chip potente, para entenderlo "hace falta la mirada humana", resume López-Otín. Esa mirada humana se cifra en bioinformáticos y especialistas en genética capaces de bucear en la farragosa secuencia de un genoma completo y extraer de él nueva información sobre enfermedades y tratamientos. "Nos hace falta más personal que tenga experiencia en el análisis genómico y en los centros españoles afrontamos un cuello de botella", resume Chaves. "En España hace falta una formación integral para trasladar los conocimientos del laboratorio a la clínica y, por ahora, el número de expertos es menor de lo necesario", reconoce José Miguel García-Sagredo, responsable de Genética Médica del Hospital Ramón y Cajal de Madrid.

El propio Rothberg reconoce que el mundo no está preparado aún para la llegada de su tecnología en términos de personal cualificado. Su plan, de nuevo, es dejar que la máquina haga el trabajo. Su empresa va a lanzar "doctores virtuales", un nuevo software que enseñará a "científicos y médicos" a usar Ion Torrent para realizar descubrimientos y diagnósticos, explica.

Claro esta que, todo lo que se desarrolla o inicia en países como españa o estados unidos, en un futuro se insertan o expanden por todo el planeta.

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Crean primer Genoma artificial de un ser vivo

REACCIONES AL GENOMA SINTÉTICO DE VENTER

Los expertos creen que aún faltan muchos años para poder fabricar vida

MADRID - 25/01/2008

.- La creación del primer genoma sintético es una enorme hazaña tecnológica y un paso incipiente en la consecución de nuevas formas de vida, pero la nueva molécula artificial carece aún de lo más importante: actividad biológica.

Así han opinado los investigadores consultados sobre el hallazgo del equipo del Instituto Craig Venter en Rockville (EEUU), que ha creado con elementos químicos el mayor genoma artificial completo de un ser vivo, el de la bacteria 'Mycoplasma genitalium'.

Según el catedrático de Genética de la Universidad Complutense, Juan Ramón Lacadena, el hallazgo supone un paso más en la creación de nuevas formas de vida en beneficio de la humanidad, pero también podría ser usado para crear armas biológicas.

"La síntesis de ADN completo supone un paso más hacia la creación de vida artificial, pero todavía falta algo importante, que es lograr que la maquinaria de una célula con un genoma artificial pueda producir las proteínas necesarias para su supervivencia. Es como haber conseguido la información del disco duro para un ordenador, pero falta que éste funcione correctamente", ha explicado.

No es la primera vez que se clona el genoma de una bacteria, recuerdan los expertos sobre el nuevo hallazgo
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Para Lacadena, el hallazgo derivará sobre todo en aplicaciones en la industria biotecnológica para lograr nuevas vías terapéuticas, pero crear un organismo superior -como un mamífero- es algo "más difícil de lograr, por no decir imposible", con los conocimientos actuales.

Para Luis Enjuanes, investigador del Centro Nacional de Biotecnología (Consejo Superior de Investigaciones Científicas), se trata de una demostración de una gran tecnología para clonar un genoma muy grande (más de 500.000 pares de bases).

Conseguirlo desde un punto de vista técnico es difícil, pero no es la primera vez que, utilizando otras tecnologías, se había clonado el genoma de una bacteria de este tamaño, ha explicado Enjuanes.

"Siendo un trabajo muy loable, han acabado con una molécula en la que aún no han podido demostrar actividad biológica", ha indicado Enjuanes, para quien se trata de un proyecto "que está muy al principio, pero este grupo investigador se vende muy bien".

En esta misma línea, Marcelo Palacios, fundador de la Sociedad Internacional de Bioética, ha señalado que falta mucho tiempo para avanzar en esta dirección, porque los organismos son más complejos que una bacteria.

Crear insulina

El ex presidente del CSIC César Nombela ha asegurado que el hallazgo abre la posibilidad de recrear, en un año o dos, otros organismos y modificarlos para hacerlos más aptos para usos farmacológicos o energéticos, como crear organismos más eficientes en la producción de insulina, proteínas o hidrógeno.

Ha matizado que al experimento de Venter aún le falta introducir el material genético creado en una nueva célula en la que desplace su cromosoma para saber si funciona.

Lo valora como un paso más en los trabajos de ingeniería genética que comenzaron en 1974 al permitir cambiar algún gen de organismos vivos.

Por último, el director general de la Fundación Genoma España, José Luis Jorcano, ha señalado que supone un paso relevante en el camino para desarrollar organismos que ayuden a combatir el efecto invernadero o para generar nuevos biocombustibles.