Cada vez son más frecuentes los descubrimientos de nuevos marcadores genéticos que ayudan a identificar y, por ende, a prevenir mejor múltiples enfermedades.

Estos marcadores se utilizan para relacionar determinadas mutaciones genéticas con el riesgo de aparición y el desarrollo de numerosos trastornos hereditarios. El uso de nuevas técnicas de secuenciación del genoma va a resultar imprescindible en el avance del conocimiento de este tipo de enfermedades y otras muchas más.

En este artículo te explicamos qué es un marcador genético, qué tipos de marcadores existen, cómo se detectan las distintas variantes genéticas y cuáles son las principales técnicas empleadas en la secuenciación genómica.

¿Qué es un marcador genético?

Los marcadores genéticos son segmentos de ADN ubicados en una posición conocida (un locus) de un determinado cromosoma. Normalmente, estos marcadores están asociados a fenotipos específicos de enfermedades y son muy útiles a la hora de identificar distintas variaciones genéticas en individuos y poblaciones específicas.

La tecnología de los marcadores genéticos basados en ADN ha revolucionado el mundo de la genética, ya que gracias a ellos es posible detectar polimorfismos (responsables de la gran variabilidad existente entre los individuos de una misma especie) entre diferentes genotipos o alelos de un gen para una determinada secuencia de ADN en un grupo de genes.

Aquellos marcadores que confieren una alta probabilidad de que se produzca una enfermedad son más útiles como herramientas de diagnóstico. Un marcador puede tener consecuencias funcionales, como alterar la expresión o la función de un gen que contribuye directamente al desarrollo de una enfermedad; y al contrario, puede no tener ninguna consecuencia funcional, pero puede ubicarse cerca de una variante funcional de modo que, tanto el marcador como la variante, tienden a heredarse juntos en la población general.

Las variaciones de ADN se clasifican como “neutrales” cuando no producen ningún cambio en los rasgos metabólicos o fenotípicos (los rasgos observables), y cuando no están sujetas a ninguna presión evolutiva (ya sea positiva, negativa o equilibradora); en caso contrario, las variaciones reciben el nombre de funcionales.

Las mutaciones en los nucleótidos clave de una secuencia de ADN pueden cambiar la composición de aminoácidos de una proteína y conducir a nuevas variantes funcionales. Dichas variantes pueden tener una mayor o menor eficiencia metabólica en comparación con la secuencia original; pueden perder su funcionalidad por completo o incluso incorporar una nueva.

Métodos de detección de polimorfismos

Los polimorfismos se definen como variantes genéticas en la secuencia del ADN entre individuos de la misma especie. Éstos pueden tener consecuencias sobre el fenotipo si se hallan en regiones codificantes del ADN.

Para detectar estos polimorfismos, existen dos métodos principales: el método Southern, una técnica de hibridación de los ácidos nucleicos; y la técnica PCR de reacción en cadena de la polimerasa, que permite amplificar pequeñas regiones específicas de material de ADN.

Mediante la utilización de estos dos métodos se pueden identificar las variaciones genéticas en muestras de ADN y los polimorfismos en una región específica de la secuencia de ADN. Con todo, los estudios realizados demuestran que en el caso de las enfermedades más complejas es más difícil identificar estos marcadores genéticos, ya que suelen ser poligénicas, es decir, causadas por defectos en múltiples genes.

Tipos de marcadores genéticos

Existen dos grandes tipos de marcadores moleculares: los de postranscripción-traducción, que se realizan por un análisis indirecto del ADN; y los de tipo pretranscripción-traducción, que permiten detectar los polimorfismos directamente a nivel de ADN y de los que hablaremos a continuación.

1. Marcadores RFLP

Los marcadores genéticos RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism, por sus siglas en inglés) se obtienen tras la extracción y fragmentación del ADN, mediante el corte de una endonucleasa por enzimas de restricción.

Los fragmentos de restricción obtenidos se analizan después usando electroforesis en gel. Son una herramienta fundamental para realizar mapeos genómicos y en el análisis de enfermedades poligénicas.

2. Marcadores AFLP

Estos marcadores son bialélicos y dominantes. Las variaciones en muchos loci (denominación de varios locus) se pueden ordenar simultáneamente para detectar variaciones de un solo nucleótido de regiones genómicas desconocidas, en el que una mutación dada puede estar presente con frecuencia en genes funcionales indeterminados.

3. Microsatélites

Los microsatélites son los marcadores genéticos más populares en los estudios de caracterización genética. Su alta tasa de mutación y su naturaleza codominante permiten estimar la diversidad genética dentro y entre las distintas razas, y la mezcla genética entre razas, incluso si están estrechamente relacionadas.

4. Marcadores de ADN mitocondrial

Estos marcadores proporcionan una forma rápida de detectar hibridación entre especies o subespecies.

Los polimorfismos en determinadas secuencias o en la región de control del ADN mitocondrial han contribuido, en gran medida, a la identificación de los progenitores de las especies domésticas, el establecimiento de patrones geográficos de la diversidad genética y la comprensión de las conductas de domesticación.

5. Marcadores RAPD

Estos marcadores están basados en la técnica de reacción en cadena de polimerasa o PCR. Los fragmentos obtenidos mediante RAPD son amplificados en distintas regiones aleatorias.

Su utilidad radica en que es una técnica de fácil uso y permite distinguir rápidamente y de forma simultánea muchos polimorfismos. Se ha empleado en el análisis de la diversidad genética y el mejoramiento y diferenciación de líneas clonales.

Técnicas de secuenciación del genoma

Muchas de las enfermedades que existen tienen una base genética. La causa suele estar determinada por la aparición de una o varias mutaciones que originan la enfermedad o, al menos, aumenta el riesgo de desarrollarla.

Una de las técnicas más habituales para detectar estas mutaciones y que se ha utilizado hasta hace poco es el estudio de asociación genética, que implican la secuenciación del ADN de uno o un grupo de genes de los que se sospecha podrían estar implicados en una determinada enfermedad.

Los estudios de asociación genética estudian las secuencias de ADN en los genes de las personas portadoras y de personas sanas, para poder así encontrar el o los genes responsables. Estos estudios han procurado incluir miembros de una misma familia para aumentar la probabilidad de detección de las mutaciones. Con todo, este tipo de estudios solo permiten identificar mutaciones ligadas a un único gen, con las limitaciones que esto conlleva.

En los últimos años se han descubierto nuevas técnicas de secuenciación que han permitido superar dichas limitaciones, conocidas como las técnicas de secuenciación de nueva generación (NGS, por sus siglas en inglés). Éstas permiten secuenciar el genoma invirtiendo menos tiempo (y menos dinero). Gracias a ello, en la actualidad se llevan a cabo los denominados estudios de asociación de todo el genoma o GWAS (por sus siglas en inglés, Genome-Wide Association Studies).

La secuenciación genómica mediante GWAS permite que se exploren todas las mutaciones presentes en el genoma, aumentando exponencialmente la probabilidad de encontrar los genes responsables de una determinada enfermedad. Esto ha hecho que se creen consorcios internacionales con investigadores de todo el mundo compartiendo mapas cromosómicos con las variantes de riesgo de multitud de enfermedades.

No obstante, los GWAS no están exentos de limitaciones, como por ejemplo su incapacidad para explicar completamente el riesgo genético y familiar de enfermedades comunes, las dificultades para evaluar variantes genéticas raras o el reducido tamaño de efecto obtenido en la mayoría de los estudios. Aspectos sin duda problemáticos que tendrán que mejorarse en los años venideros.

Referencias bibliográficas:

  • Korte, A., & Farlow, A. (2013). The advantages and limitations of trait analysis with GWAS: a review. Plant methods, 9(1), 29.

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  • Williams, J. G., Kubelik, A. R., Livak, K. J., Rafalski, J. A., & Tingey, S. V. (1990). DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucleic acids research, 18(22), 6531-6535.