Genetika molekular

Genetika molekularra geneen egitura eta funtzioak maila molekularrean ikertzen dituen genetikaren adar bat da. Genetikaren eta biologia molekularraren metodoak erabiltzen ditu. Kromosomen eta geneen adierazpenaren ikerketak herentziaren, aldaketa genetikoen eta mutazioen inguruan informazioa ematen du. Informazio hau erabilgarria da alde batetik garapenaren biologiaren ikerketan, eta bestetik, gaixotasun genetikoak hobeto ulertu eta tratatu ahal izateko.

Genetika molekularraren adarrak 
Genetika molekularraren eremu garrantzitsu bat ondorengotza ereduak zehaztea da, eta horretarako informazio molekularra erabiltzen du. Ondorengotza eredu hauek erabiliz organismoen sailkapen zientifiko egokia egitea lortzen da; sailkapen honi sistematika molekularra deritzo. Beste aldetik, ondorengotza eredu hauetaz baliatuz, genetika molekularra senidetasun harremanak aurkitzeko erabiltzen da, prozesu honi filogenia molekularra deritzo.

Ondorengotza ereduak zehazteaz gain, genetika molekularrak gaixotasunak sor ditzaketen mutazio genetikoak ulertzen laguntzen du. Bai bere metodo propioak, bai biologia molekularraren metodoak erabiliz, genetika molekularrak ezaugarri genetikoak aurkezteko arrazoiak aurkitzen ditu. Arrazoi hauek aurkituta, zergatik eta nola zenbait ezaugarrik mutazioak jasaten dituzten determinatzen du.

Miaketa genetikoa 
Miaketa genetikoa egiten ari den ikerketarako baliagarriak izan daitezkeen geneak aztertzean datza. Azterketa hau bi metodoen bitartez burutu daiteke: Forward genetics eta Reverse genetics.

Forward genetics 
Teknika honen helburua fenotipo jakin baten arduraduna den genea identifikatzea da.

Lehendabizi mutazioa jasan duten organismoak isolatzen dira. Behin organismo mutanteak isolatuta, posiblea da mutazioaren gene arduraduna identifikatzea, maila molekularrean. Askotan prozesu hau bizkortzeko eragile mutageniko izeneko substantzia bat erabiltzen da. Teknika hau ezaugarri jakin batean parte hartzen duten gene guztiak aurkitzeko eta identifikatzeko erabiltzen da. Modu honetan, ezaugarri horretan mutazio edo aldaketaren bat agertuz gero, gene hauen artean egongo da mutazioaren arduraduna.

Reverse genetics 
“Forward genetics” bidez egindako miaketak eraginkorrak diren arren, sistema zuzenagoa erabil daiteke: gen konkretu baten mutazioaren ondorioz agertu den fenotipoa zehaztea. Prozedura honi “reverse genetics” deritzo.

Hau lortzeko zenbait bide hartu daitezke: organismo batzuetan (esate baterako, legamiak) posiblea da gene zehatz batean delezio bat (mutazio mota bat) sortzea. Beste bide bat ADN kate osoan delezio aleatorioak induzitzea da eta ondoren, katearen barruan interesgarriak diren genetan agertu diren delezioak aukeratzea soilik. Interesgarriak diren geneak aukeratu ondoren, ARN interferentea erabiltzen da eta organismo transgenikoak sortzen dira. Organismo transgeniko hauetan interesgarria den genaren kantitate handian agertzen da.

Genetika molekularrean erabilitako teknikak

Anplifikazioa 
Gene anplifikazioa gene edo ADN sekuentzia bat behin baino gehiagotan erreplikatzean datza, “ADN erreplikazio” izeneko prozedura baten bidez. Genearen anplifikazioa bi eratan lortu daiteke: polierasaren kate-erreakzioaren bidez eta ADNaren klonazioaren bidez bakterioetan

Polimerasaren kate-erreakzioa 

Polimerasaren kate-erreakzioaren osagai nagusiak ADNaren nukleotidoak, "ADN moldea" (template), "primer"-ak eta "Taq polimerasa" dira.

Osagai hauetako bakoitzak funtzio jakin bat betetzen du prozesuan: ADNaren nukleotidoak sortuko den ADN berriaren oinarria dira, "ADN moldea" anplifikatuko den ADN sekuentzia da, "primer"-ak ADN moldearen alde bietara joan daitezkeen nukleotido osagarriak (molekula organiko mota bat) dira eta Taq polimerasa ADN berriaren produkzioa hasten duen entzima da.

Teknika honen bidez ez da beharrezkoa ez bakteria bizidunen, ez zelulen erabilera; beharrezkoa den bakarra anplifikatu nahi den ADNaren sekuentzia eta aurretik aipaturiko osagaiak dira.

ADNaren klonazioa bakterioetan 
Klonazioa ADN segida baten kopia identiko ugari sortzea da. Hau lortzako bakterioak erabiltzen ditu.

Klonatu nahi den ADN segida "klonazio bektorean" txertatzen da. Bektore hau birus autoerreplikatzaile, plasmido edo zelula garatuago batetik dator. Bektorearen ezaugarri hauei esker, tamaina egokiko ADN segida txertatzen zaionean, klonatu nahi den ADNaren eta bektorearen ADNaren fragmentuak alkarren artean ligatzen dira. Ligadura honen ondorioz ADN birkonbinatzaile izeneko molekula sortzen da.

Jarraian, ADN molekula errekonbinatzailea bakterio batean sartzen da (gehienetan E. coli izeneko bakteria erabiltzen da); hau da, bakterioak ADN molekula birkonbinatzaile hau xurgatzen du. Bakterio honek "transformazioa" izeneko prozesuaren bidez xurgatu duen ADN segidaren kopia anitz egiten ditu. Transformazio prozesua bakterioek ingurunetik bere genomara ADN arrotza sartzeko erabiltzen duten prozesua da.

Bereizketa eta detekzioa 
Bai bereizketan, bai detekzioan ADNa eta ARNm-a zeluletatik isolatzen dira, eta jarraian, isolatuta egoteari esker detektatzen dira. Beste aldetik, kultibo zelularrak ekoizten dira, isolaziorako prestatuta dauden zelulen iturri konstantea sortzeko.

Kultibo zelularrak 
Genetika molekularrean kultibo zelularra baldintza artifizialetan hazitako kultiboa da. Zenbait zelula mota ondo hazten dira kultiboetan (azal-zelulak, esate baterako), beste batzuk, ordea, ez dira hain eraginkorrak kultiboetan. Teknika ezberdinak daude zelula bakoitzerako kultiboak sortzeko.

Genetika molekularrerako kultiboak hozten dira, geneen kopia guztiak mantentzeko, eta bakarrik beharrezkoak direnean desizozten dira. Modu honetan, kultiboetatik nahi adina zelula lor daitezke edozein momentutan.

ADNa isolatu 
ADNa isolatzea ADNa zelula batetik ateratzean datza, bere forma puruan.

Lehendabizi, ADNa beste zelula-osagaietatik (proteinak, ARN eta lipidoak) bereizten da. Hau lortzeko, tutu batean soluzio bat kokatzen da; soluzio honek zelulak mekanikoki eta kimikoki irekitzen ditu. Jarraian, aukeratutako zelulak tutu horretan sartzen dira.

Soluzioak entzimak, substantzia kimikoak eta gatzak ditu, zelula osoa apurtzen dutenak, ADNa izan ezik. Entzimek proteinak disolbatzen dituzte, substantzia kimikoek ARN suntsitzen dute eta gatzak ADNa soluziotik ateratzen laguntzen dute.

Honen ostean, tutua zentrifugadora batean biratuarazten da; modu honetan ADNa soluziotik bereizten da, tutuaren hondoan bilduta geratzen baita. Jarraian, ADNa soluzio berri batean nahasten da, ADNa etorkizunean lan egiteko erraxa bilakatzen duena. Honen bidez, ADN lagin kontzentratu bat lortzen da. Lagin honek gen bakoitzaren milaka kopia ditu.

Proiektu handietan, giza-genoma sekuentziatzea bezalakoak, lan guzti hau robotek egiten dute.

ARNm-a isolatu 
ADNak proteinen sintesia kodetzen du, beraz zietzialarien azken helburua proteina baten sintesia kodetzen duen ADN segida aurkitzea da.

ADN segida hau ARNm-a isolatuz lortzen da. Lehendabizi, laborategiek ARNm-a zelularki eraldatzen dute. Eraldaketa honen ondorioz 200 adenina nukleotido batzen dituen molekula lortzen da. Behin adenina nukleotido hauek batuta, zelula apurtzen da. Zelularen osagaiak tinina nukleotidoz estalitako ale sintetikoen aurrean jartzen dira.

Adenina eta tinina batu egiten dira. Bi nukleotido hauen batuketari esker zelula osagai guztiak kendu daitezke, ARNm-a izan ezik. Modu honetan, ARNm-a isolatzen da. Behin ARNm-a isolatuta, hari bakarreko ADNa bihurtzen da eta jarraian, hari bikoitzeko ADN egonkorra ekoizten da, ADN polimerasa (ADNaren erreplikazioan parte hartzen duen fntsezko entzima) erabiliz.

ADN hau ARNm-a baino askoz egonkorragoa da, beraz, behin ekoiztuta, zientzalariek bilatzen duten ADN expresioa irudikatzen du.

Erabilerak 
Genetika molekularraren erabileretako bat bakterioen zepen mutazio eta aldaketak aztertzea da.

Terapia genikoa 

Gene batean mutazio bat agertzeak kondizio mediko patologiko bat eragin dezake. Izan ere, mutazioa jasan duen gene honek proteinak kodetzen jarraituko du, eta proteina hauek gaizki funtzionatu dezakete. Hori dela eta, proteína honetan oinarritzen diren zelulak era egokian ez funtzionatzeko aukera dago, eta honek arazoak eragin ditzake bai ehun eta organo espezifikoetan, bai gorputz osoan.

Funtzionamendu desegoki hau gorputzaren garapenean zehar aurkeztu daiteke, edota erantzun anormal baten moduan; bai fisikoa (itxuragabetasunen kasuan), bai estimuluekiko (alergien kasuan). Genen mutazioekin zerikusia duten kondizioei gaixotasun genetiko deritze.

Gaixotasun genetikoekin datozen arazo fisiologikoak tratatzeko modu bat terapia genetikoa da. Genearen kopia zuzendu bat gehituz, gorputzak berriro proteina modu egokian ekoiztea lortu daiteke, kalteturiko zelula, ehun eta organoak behar bezala funtzionatzeko. Epe luzerako emaitzek lortu ahal izateko, terapia genikoa behin baino gehiahotan errepikatu behar da.

Medikamentuetan oinarritutako tratamenduak ez bezala, terapia genetikoak gaixotasunaren azpian dagoen akatsa konpontzen du.

Giza genoma proiektua 
Giza genoma proiektua 1990ko hamarkadan hasi zen genetika molekularreko proiektua da, eta hamabost urteetan burutzeko prestatu zen. Hala ere, aurrerapen teknologikoak zirela eta, proiektua uste baino azkarrago aurreratu zen eta 2003an amaitu zen, bakarrik hamahiru urteetan burutuz. U.S. Department of Energy eta National Instiutes of Health hasi zuten proiektua, zenbait helburu betetzeko asmoarekin. Helburu hauen artean hauek zeuden:

 Giza ADNan 20,000-25,000 gen identifikatzea.
 Giza ADNa osatzen duten base nitrogenatuen sekuentziak determinatzea.
 Aurkitutako informaio guztia datu baseetan biltzea.
 Informazio analisirako tresnak hobetzea.
 Teknologia berriak sektore pribatuetara transferitzea.
 Proiektuen ondorioz ager daitezkeen arazo etiko, legal eta sozialak -----

Proiektu hau hemezortzi herrialdeetan landu zen: AEB, Japon, Frantzia, Alemania, Erresuma Batua… Herrialde hauen guztien ahaleginaren ondorioz genetika molekularraren abantaila ugari aurkitu ziren: medikuntza molekularra, energía iturri berriak eta haien aplikazioak…

Erreferentziak

Kanpo estekak 

Genetika molekularra