César Paz-y-Miño.
Investigador en Genética, Facultad de Ciencias de la Salud “Eugenio Espejo”, Universidad UTE.
Durante la última década, hemos visto avances significativos en el campo de la genómica, que han revolucionado nuestra comprensión de la genética y la biología humanas. Los estudios de asociación genética y secuenciación de ADN a gran escala han proporcionado información sobre la variación genética y su relación con la enfermedad con mucha precisión. En este contexto, la pregunta es si los citogenetistas como expertos en el estudio de los cromosomas, siguen siendo necesarios en un mundo dominado por los genomas.
Como Médico Genetista, con experiencia en Genética Molecular y Genómica, destacaré la relevancia de la citogenética y como experto citogenetista, discutiré sobre las bondades que los cromosomas brindan y como el conocimiento sobre estos espectaculares corpúsculos celulares, sigue siendo indispensable en el diagnóstico y la investigación genética. Más aún en países de economías pequeñas y tecnológicamente dependientes.
La citogenética se inauguró como herramienta diagnóstica en el siglo XX, cuando en 1966, Tjio y Levan establecieron el número de cromosomas humanos en 46. Luego se conformó el llamado cariotipo, en que se ordenaban los cromosomas por tamaño y forma, hasta que recién en los años 1970 se logró teñir los cromosomas en colores obscuros y claros, las famosas bandas cromosómicas.
Primero se lograron 300 bandas, luego se duplicó al mejorar las técnicas de preparación de los cultivos celulares y de las bandas, llegando a 800 bandas y en alta resolución a 1200 bandas, lo que significó pasar de un análisis grueso de 20 a 30 megabases del ADN, a la obervación fina de 5 a 10 mil megabases.
El bandeo de los cromosomas permitió detectar muchas alteraciones de los cromosomas asociadas a cambios físicos y enfermedades cromosómicas. Actualmente unas 1500 alteraciones cromosómicas se pueden detectar con una técnica sencilla, barata y precisa como es el cariotipo. Por 40 dólares en insumos, y el análisis por un experto entrenado por al menos un año, se puede reemplazar muchas técnicas costosas y de compleja interpretación. Un cariotipo con bandeamiento normal puede detectar 5 a 10 megabases ganadas o perdidas en una banda analizada. Entonces el beneficio es extraordinario. Adicionalmente se puede especificar que el análisis de los cromosomas es útil en los siguientes casos:
Investigación sobre aberraciones cromosómicas: Aunque la genómica ha proporcionado una comprensión detallada de las variantes de un solo nucleótido y las mutaciones genéticas puntuales, las aberraciones cromosómicas siguen siendo una causa importante de enfermedades genéticas, la tercera causa en el Ecuador y el 0,6% de todas las enfermedades en el mundo. Los citogenetistas son expertos en el análisis de cromosomas a nivel estructural y numérico, lo que les permite detectar y caracterizar anomalías cromosómicas como deleciones, duplicaciones, translocaciones e inversiones. Estos cambios no siempre pueden identificarse solo con técnicas de secuenciación de ADN, lo que destaca la necesidad de entrenarse en citogenética para el diagnóstico de enfermedades genéticas complejas.
Diagnóstico prenatal y consejo genético: Los citogenetistas juegan un papel fundamental en el campo del diagnóstico prenatal. Usando técnicas como la amniocentesis, la muestra de vellosidades coriónicas, o la punción de cordón umbilical, pueden analizar muestras fetales y determinar si hay anomalías cromosómicas en el feto. Esto permite a los padres tomar decisiones informadas y libres, sobre la continuación del embarazo y estar preparados para cualquier situación médica que pueda surgir. Además, los citogenetistas juegan un papel importante en el asesoramiento genético, brindando información y apoyo a las familias que pueden transmitir enfermedades genéticas a las generaciones futuras.
Investigación científica y descubrimiento: Aunque la genómica ha revolucionado nuestra capacidad de estudiar la genética a gran escala, los citogenetistas como citocientíficos, siguen siendo esenciales para la investigación. El estudio de la estructura y función de los cromosomas proporciona información valiosa sobre la organización del genoma y la regulación de los genes. Además, las técnicas citogenéticas como la hibridación fluorescente in situ (FISH) permiten la visualización de la localización precisa de las secuencias de ADN en los cromosomas, lo cual es esencial para el mapeo de genes y la comprensión estructural de los genes en el genoma. Estos enfoques complementan las técnicas de secuenciación y ayudan a crear una imagen completa de la genética humana.
Estudio de anomalías cromosómicas complejas: Aunque la secuenciación del ADN ha demostrado ser extremadamente eficaz en el estudio de enfermedades genéticas, existen casos de anomalías cromosómicas más complejas y difíciles de interpretar. Los citogenetistas están capacitados para analizar y comprender estas anomalías cromosómicas complejas, identificar patrones y correlacionarlas con manifestaciones clínicas. Su experiencia en la interpretación de hallazgos citogenéticos brinda información adicional que puede ser crucial para el diagnóstico y manejo adecuado de los pacientes.
Seguimiento y rastreo de tratamientos: Los citogenetistas juegan un papel clave en el seguimiento de tratamientos relacionados con enfermedades genéticas. Pueden evaluar cómo los tratamientos médicos, como la terapia génica o la quimioterapia, afectan a los cromosomas y proporcionan información importante para ajustar los planes de tratamiento y evaluar la eficacia de las medidas de intervención.
Técnicas de análisis cromosómico y detección de anomalías cromosómicas
Citogenética convencional o cariotipo: consiste en analizar los cromosomas en una célula en división. Las células que se están dividiendo, por lo general de una muestra de sangre periférica o de médula ósea, se toman y se tratan con sustancias químicas que bloquean la división celular en una etapa específica. Luego, los cromosomas se tiñen y se examinan bajo un microscopio para determinar su número, estructura y cualquier anomalía existente.
Hibridación fluorescente in situ (FISH): esta técnica utiliza sondas de ADN fluorescentes que se unen a secuencias de ADN específicas en el cromosoma. Las sondas marcadas con fluorescencia se incuban con células en división e incluso en interface y luego se observaron bajo un microscopio de fluorescencia. Esto hace posible visualizar la ubicación exacta de las secuencias de ADN en los cromosomas y detectar anomalías cromosómicas como deleciones, duplicaciones o translocaciones.
Pintado de cromosomas completos o Painting chromosome: se utiliza en citogenética para teñir y visualizar los cromosomas de un organismo de una manera distinta y personalizada. Esta técnica identifica y analiza cromosomas individuales en una muestra, lo que facilita el estudio de su estructura, tamaño, forma y patrón de bandas cromosómicas.
El pintado de cromosomas completos se logra utilizando sondas de ADN específicas que se unen a secuencias genéticas conocidas en el cromosoma. Estas sondas están marcadas con fluorocromos, o moléculas que emiten fluorescencia bajo una luz adecuada. Existen varias técnicas para trazar cromosomas completos, como la hibridación in situ con fluorescencia (FISH) y la formación de bandas cromosómicas. En FISH, las sondas de ADN se unen a secuencias específicas en los cromosomas, lo que permite la identificación y visualización de regiones específicas de interés.
En la formación de bandas cromosómicas, los cromosomas se tratan con tintes o enzimas para producir patrones característicos de bandas claras y oscuras en los cromosomas, que ayudan a identificar y diferenciar los cromosomas individuales. Permite la detección de anomalías cromosómicas, como deleciones, duplicaciones, translocaciones y aneuploidías, en diversas enfermedades y condiciones genéticas. Además, esta técnica puede ayudar a determinar la presencia y ubicación de genes específicos en los cromosomas. Es muy útil para reestructuraciones complejas de cromosomas, como en el cáncer y leucemias.
Los colores usados para pintar los cromosomas son varios: Azul, verde, rojo, amarillo, naranja, púrpura, turquesa, verde intenso, mate y más colores que se asocian a las sondas de ADN marcadas para cada región.
Análisis de chips de ADN o Arrays numéricos: Consiste en hibridar muestras de ADN con un conjunto de sondas de ADN en un chip de ADN (1cm cuadrado). Las sondas están diseñadas para asociarse a regiones específicas del genoma completo. Al analizar los patrones de hibridación, es posible detectar aumentos o disminuciones en el material genético, como deleciones o duplicaciones en todo el genoma. Los chips de ADN son particularmente útiles para diagnosticar trastornos genéticos como trisomías o monosomías y microdeleciones.
El mapeo óptico del genoma: Sirve para mapear la estructura del genoma de un organismo, permitiendo determinar la posición y organización de los fragmentos de ADN a lo largo del cromosoma. Se basa en la digestión de restricción. En este proceso, el ADN genómico se corta en fragmentos utilizando enzimas de restricción específicas. Luego, estos fragmentos se extienden y se adhieren a una superficie, como una micromatriz o un portaobjetos de vidrio, formando una matriz ordenada. Luego, se usa marcado fluorescente para teñir los fragmentos de ADN y se almacenan imágenes del portaobjetos usando microscopía de fluorescencia. Esta imagen es analizada utilizando algoritmos bioinformáticos para identificar patrones de restricción y reconstruir la organización original del genoma.
El mapeo óptico de genes puede proporcionar información detallada sobre la estructura del genoma, como la longitud y la ubicación de los fragmentos de ADN, así como la presencia de variaciones en la longitud de las secuencias repetidas. Esta técnica puede ayudar a detectar variaciones estructurales, como duplicaciones, deleciones y reordenamientos cromosómicos, así como a evaluar la calidad y la integridad de los genomas secuenciados.
Papel del citogenetistas como personal de salud calificado
Colaborar en mejorar la salud pública, al identificar patrones y tasas de anomalías cromosómicas en una población, detectar tempranamente, y apoyar en el manejo clínico y en las estrategias de prevención de enfermedades genéticas en comunidades y grupos en riesgo.
Apoya en el pronóstico y vigilancia de enfermedades y anomalías cromosómicas, lo que permite a los médicos y pacientes comprender mejor el curso de la enfermedad, anticipar posibles complicaciones y planificar el tratamiento en consecuencia.
Personalización del tratamiento según las características genéticas del paciente, ya que al comprender las anomalías cromosómicas específicas presentes en un individuo, se pueden seleccionar terapias más efectivas y se pueden evitar tratamientos ineficaces o potencialmente dañinos.
Identificación de portadores sanos de anomalías cromosómicas, mediante las pruebas cromosómicas en individuos sanos o parientes de portadores de una afectación, se puede identificar portadores de enfermedades cromosómicas. Esto es especialmente relevante para las parejas que planean tener hijos, ya que puede ayudar a evaluar el riesgo de transmitir enfermedades genéticas a sus hijos.
Contribución al genoma al aportar datos y conocimientos valiosos a la investigación genómica, lo que ayuda a comprender la estructura y la función de los cromosomas, así como a identificar nuevos genes y mutaciones asociados con enfermedades.
Colaboración interdisciplinaria al trabajan en estrecha colaboración con otros profesionales de la salud, como genetistas clínicos, oncólogos, pediatras y obstetras. Su experiencia en citogenética complementa y enriquece el enfoque multidisciplinario para el diagnóstico y manejo de enfermedades genéticas.
A pesar de los avances significativos en el campo de la genómica, los citogenetistas siguen y muy seguramente seguirán desempeñando un papel indispensable y clave en la investigación y el diagnóstico genético. Su experticia en el análisis de las aberraciones cromosómicas, el diagnóstico prenatal y el asesoramiento genético citogenético, así como su contribución a la investigación científica, los convierte en profesionales altamente relevantes.
La integración de enfoques genómicos y citogenéticos proporciona una visión más completa de la genética y la biología humana, permitiendo un mejor entendimiento de las enfermedades genéticas y facilitando decisiones médicas informadas. En conclusión, los citogenetistas continúan siendo necesarios y su experiencia sigue siendo invaluable en el campo de la genética y la medicina.