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Marcadores genéticos hoy en día: ¿podemos saber de donde provenían nuestros ancestros?

14 marzo, 2013

El otro día escuchando una conferencia sobre genética de poblaciones en YouTube, me dí cuenta cuanto ha cambiado esta ciencia en los últimos años debido al avance de las técnicas de biología molecular, cada vez más económicas en el mercado y los resultados de los proyectos: 1000 genomas y HapMap

 En esa conferencia se mencionaban los avances que se han realizado y cuanto han bajado los costos de la secuenciación desde aquel primer Proyecto genoma Humano de casi 1 billón de dólares y ahora con solo 10.000 se podría hacer todo el genoma humano y probablemente sigan cayendo los costos, más y más cada día. Lo mismo ocurre con los métodos de genotipación o genotipificación moleculares cada vez menos costosos debido a las tecnologías de los microchips. En un ensayo con robots que hacen todo el trabajo y con cantidades ínfimas de reactivos se pueden determinar miles de genotipos al mismo tiempo en varios individuos y a muy bajo costo.

La genética de poblaciones ha analizado a lo largo de los años cómo cuantificar la variación o variabilidad en las poblaciones, mapear o ubicar genes de interés o encontrar asociaciones de ciertos genes con susceptibilidad o resistencia a enfermedades, reconstruir historias migratorias, etc.  Estos estudios son de distintas utilidades dependiendo de la especie y se aplican a todo tipo de individuos: humanos, perros, ganado de producción lechera o de carne, etc. El desarrollo de programas de computación y algoritmos matemáticos que puedan analizar todos estos datos en forma conjunta y arrojar valores confiables que han aparecido en estos últimos años, garantizan la confiabilidad de los resultados.  El uso de  Componentes principales o Principal o en inglés PCA (Principal component analysis) a través de algoritmos específicos puede relacionar en varias dimensiones los SNPs (single nucleotide polymorphism)  y sus diferencias en las distintas subpoblaciones o poblaciones de distintos orígenes étnicos con una gran precisión, es especial cuando se combinan con otros que permiten graficar de forma clara los resultados.  Incluso se puede rastrear el origen de los ancestros de un individuo con una precisión tan alta que determina el ancestro dentro de un radio de menos de 400 km de donde provenía.

En el caso de los Argentinos por ejemplo y supongo que a muchos de los latino-americanos nos gustaría saber de dónde provenimos y muchas veces nos surgen preguntas como estas:  ¿Tendremos ancestros europeos de la primera ola migratoria de los conquistadores españoles,  o serán de la 2da o 3ra?. ¿O tendremos ancestros alemanes o franceses o griegos o alemanes o árabes y de donde exactamente? ¿Tendremos algún ancestro nativo americano o alguno de origen africano?

Para hacer estos estudios se usan varios tipos de herramientas de la biología molecular:

  •  SNPs

Los SNPs o SNPs (single nucleotide polymorphism)

Son variaciones en una sola de las bases de ADN entre un individuo y otro. La idea es que la si la frecuencias de esa variación de un nucleótido en de más de un 1 % en la población se convierte en una variante de las poblaciones más que una mutación.

SNPs

Hoy en día estos estudios poblacionales usan paneles de mas de varios SNPs al mismo tiempo en una gran cantidad de individuos analizados para evaluar la ancestría y la relación entre distintas poblaciones.

  • Los microsatélites o STRs (short tándem repeats) lo que quiere decir repeticiones cortas en tándem, han sido de particular uso tanto en la identificación de individuos o sea en la genética forense como en los análisis de paternidad. Son grupos de 3 a 4 nucléotidos que se repiten en un número muy variable en la población. Por ejmplo ACCG ACCG ACCG ACCG (en este caso lo tendríamos 4 veces repetido) pero como están tanto en el cromosoma paterno como en el que heredamos de nuestra madre, tendremos dos números de repeticiones. Por ejemplo 4 (para seguir con el ejemplo, en 1 cromosoma y en el otro por ejemplo 6. Otros tendrán 4 y 10; otros individuos, 5 y 6 y así las combinaciones son muchas.

SNPs

Estos SNPs y STRs están distribuidos a todo lo largo del genoma y de los cromosomas como se puede ver en la siguiente imagen

Un ejemplo de este tipo de análisis de STRs se muestra en la siguiente tabla:

Alelo

(STR)

Motivo

Repetido

P. génica

Caucásicos

(N = 302)

P. génica

Afroamericanos

(N = 258)

P. génica

Hispanos

(N = 140)

5

[AATG]5

0,002

0,004

Ausente

6

[AATG]6

0,232

0,124

0,214

7

[AATG]7

0,190

0,421

0,279

8

[AATG]8

0,084

0,194

0,096

9

[AATG]9

0,114

0,151

0,150

9,3

Variante 9

0,368

0,105

0,246

10

[AATG]10

0,008

0,002

0,014

11

[AATG]11

0,002

Ausente

Ausente

Fuente: http://geneticaaplicada2011.blogspot.com.ar/2011/02/conceptos-de-identificacion-genetica.html

  • Marcadores de ADN mitocondrial

El ADN que está dentro de las mitocondrias celulares es pequeño y circular y se auto replica como el ADN del núcleo celular. Este ADN lo  heredamos de nuestras madres  de sus mitocondrias ya que en la fecundación del ovocito el espermatozoide no aporta mitocondrias, por ende los embriones heredan las mitocondrias con su ADN directamente de sus madres. Por su baja tasa de mutaciones y el hecho de que se hereda de esta forma, las secuenciación del ADN mitocondrial se usa para rastrear las líneas maternas, no sufren recombinación o crossing over porque es un genoma haploide. Pero tienen algunos elementos muy variables que son usados para corroborar nuestros orígenes maternos. Por eso son muy usadas en los análisis de ancestros y nos permiten ver de qué poblaciones originarias provenimos. La probabilidad de compartir estas variaciones sin estar emparentados es muy baja. Por ejemplo, de los 1175 alelos diferentes determinados en las poblaciones caucásicas norteamericanas, 982 son únicos y por eso se usan para estos fines. (http://geneticaaplicada2011.blogspot.com.ar/)

Hay descriptos varios haplogrupos que nos dan una idea de los orígenes incluso hasta la primera mujer.

  •  Marcadores del cromosoma Y

Como sabemos el cromosoma Y se hereda de padre a hijo varón en forma directa. Por ende al igual que en el caso del mitocondrial para la línea materna, este cromosoma y sus variables son de utilidad para analizar la línea paterna. También existen varios haplogrupos descriptos que dan una idea de los orígenes

  • Haplotipos de SNPs

Como comentábamos antes acerca de los SNPs y que están en varios cromosomas e incluso varios dentro de un mismo cromosoma. A varios SNPs ubicados sobre un mismo cromosoma al estar ligados tienden a heredarse juntos sin sufrir recombinación.   Estos SNPs juntos o ligados son analizados en distintas poblaciones y nos pueden proporcionar una buena idea de de dónde provenimos.

Como vemos hoy en día hay a disposición de la genética de poblaciones varias herramientas muy útiles para los análisis de las poblaciones tanto humanas como animales.

Una figura que ilustra algunas de las cosas y preguntas que nos hacíamos al principio se ve aquí:

Determinación de la Estructura Genética de la población de Mendoza a partir del análisis de STRs autosómicos y del cromosoma Y

Como siempre ya existen varias empresas privada que pueden hacer rastreos de tu genealogía. Lo mismo pueden hacer con tus mascotas como tus perros y saber mezcla de que razas son, o si son de raza, si son puros y de quienes descienden.

Eso sí ojo con los resultados de estas empresas y que la certeza de la prueba sea bien alta porque si no, pueden dar lugar a malas interpretaciones.

Fuentes consultadas y direcciones útiles:

Empresa que ya te hace este tipo de análisis para humanos.  http://www.dnatribes.com/snpfaq.html.

Determinación de la Estructura Genética de la población de Mendoza a partir del análisis de STRs autosómicos y del cromosoma Y. Furfuro, S. ; Gonzalez, P ; Marino , M. (http://www.fcm.uncu.edu.ar/jornadas2010/index.php/articulos/view/1)

http://geneticaaplicada2011.blogspot.com.ar/2011/02/conceptos-de-identificacion-genetica.html

Distintos tipos de SNPS que se usan para ancestría en 2009 (http://www.ssg.uab.edu/downloads/admixture_mapping/SNPAIMs.txt)

http://www.genebase.com/about/?cat=3

Grupo de http://www.dnahaplogroups.org

http://www.dnaancestryproject.com/index.php?&l=n&__atoken=__NONE__

(DNA Haplogroups, Indigenous DNA, DNA Reunion, DNA Archaeology, Family TreeStore)

Conferencia de genética de poblaciones del Dr. Carlos Bustamante, disponible en YouTube. CARTA_ Carlos Bustamante – Population Genetic Inference in the Personal Genome Era

Yang et al. BMC Genomics 2012, 13:346 Page 11 of 12.  http://www.biomedcentral.com/1471-2164/13/346

Londin ER, Keller MA, Maista C, Smith G, Mamounas LA, et al. (2010) CoAIMs: A Cost-Effective Panel of Ancestry Informative Markers for Determining Continental Origins. PLoS ONE 5(10): e13443. doi:10.1371/journal.pone.0013443

Nassir et al. An ancestry informative marker set for determining continental origin: validation and extension using human genome diversity panels2009BMC Genetics 2009, 10:39 http://www.biomedcentral.com/1471-2156/10/39

Irwin, J et al. mtGenome reference population databases and the future of forensic

mtDNA analysis. Forensic Science International: Genetics 5 (2011) 222–225.

Rosenberg, N. et al. Informativeness of Genetic Markers for Inference of Ancestry. Am. J. Hum. Genet. 73:1402–1422, 2003

Kidd et al.  Analyses of a set of 128 ancestry informative single-nucleotide polymorphisms in a global set of 119 population samples. Investigative Genetics 2011, 2:1.  http://www.investigativegenetics.com/content/2/1/1

Gravel et al.  Demographic history and rare allele sharing among human populations. PNAS 2011 vol. 108, no. 29 (11983–11988).  www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1019276108

Brisbin A, et al.  PCAdmix: Principal Components-Based Assignment of Ancestry along Each Chromosome in Individuals with Admixed Ancestry from Two or More Populations. Human Biology, August 2012, v. 84, no. 4, pp. 343–364.


  1. Masklin
    14 marzo, 2013 en 9:20

    Buen artículo!!! Hace un tiempo ví un documental que hablaban sobre esto. En base al DNA mitocondrial, explicaban las posibles origenes de los nativos australianos o de los indios norteamericanos. Bastante polémico porque hablaban del tema de “razas”.

  2. 14 marzo, 2013 en 10:07

    Gabriela

    Muy buen artículo. Sólo un comentario, la empresa Life technologies oferta ya la secuenciación completa de un genoma humano por mil dólares en un sólo día.
    http://www.lifetechnologies.com/content/lifetech/global/en/home/about-us/news-gallery/press-releases/2012/life-techologies-itroduces-the-bechtop-io-proto.html.html

  3. 14 marzo, 2013 en 10:23

    Muy bueno. Solo una pequeña correccion:

    Uno de ellos es el análisis de los Análisis de Componentes principales o Principal o en inglés PCA (Principal component analysis) que a través de logaritmos específicos puede relacionar en varias dimensiones los SNPs (single nucleotide polymorphism)

    La parte en negrita sobra, y creo que donde dices “logaritmos” quieres decir “algoritmos”.

  4. Francesc
    14 marzo, 2013 en 10:32

    Muy interesante! Un detallito… dices: “El desarrollo de programas matemáticos que puedan analizar todos estos datos en forma conjunta y arrojar valores confiables que han aparecido en estos últimos años, garantizan la confiabilidad de los resultados. Uno de ellos es el análisis de los Análisis de Componentes principales o Principal o en inglés PCA”
    Hay que distinguir entre el programa informático en sí y el algoritmo matemático que utiliza. Los programas informáticos y los ordenadores han evolucionado mucho -las matemáticas también- pero el PCA lleva un porrón de años por ahí (yo pensaba que era de los 60 pero no, según la wikipedia inglesa se remonta a 1901)

  5. @nosinmitursiops
    14 marzo, 2013 en 17:06

    Es un tema muy interesante y del cual se puede sacar mucha chicha!

    Se supone que los últimos estudios dicen que el continente americano se pobló a partir de tres migraciones desde Asia, hace unos 15.000 años. Realmente con el ADN mitocondrial (que es lo que he estudiado yo y por lo tanto lo que más sé xD) se ve que los haplotipos nativos americanos proceden de asiáticos.

    Es muy guay! 🙂

  6. 15 marzo, 2013 en 1:47

    Masklin :

    Buen artículo!!! Hace un tiempo ví un documental que hablaban sobre esto. En base al DNA mitocondrial, explicaban las posibles origenes de los nativos australianos o de los indios norteamericanos. Bastante polémico porque hablaban del tema de “razas”.

    Gracias Masklin!! Cierto el tema de razas es áspero y dificil de entender sin que signifique algo relativo a la discriminación por eso, se habla de grupos étinicos.

  7. 15 marzo, 2013 en 1:48

    ateo666666 :

    Gabriela

    Muy buen artículo. Sólo un comentario, la empresa Life technologies oferta ya la secuenciación completa de un genoma humano por mil dólares en un sólo día.
    http://www.lifetechnologies.com/content/lifetech/global/en/home/about-us/news-gallery/press-releases/2012/life-techologies-itroduces-the-bechtop-io-proto.html.html

    Gracias Ateo si cada vez los precios bajan más y más verdad? en increíble. Gracias por actualizarlo!

  8. 15 marzo, 2013 en 1:50

    Javi arreglado!. Gracias por notarlo, se ve que mi neurona a las 2 de la mañana no daba más. !!!

  9. 15 marzo, 2013 en 1:52

    Francesc :

    Muy interesante! Un detallito… dices: “El desarrollo de programas matemáticos que puedan analizar todos estos datos en forma conjunta y arrojar valores confiables que han aparecido en estos últimos años, garantizan la confiabilidad de los resultados. Uno de ellos es el análisis de los Análisis de Componentes principales o Principal o en inglés PCA”
    Hay que distinguir entre el programa informático en sí y el algoritmo matemático que utiliza. Los programas informáticos y los ordenadores han evolucionado mucho -las matemáticas también- pero el PCA lleva un porrón de años por ahí (yo pensaba que era de los 60 pero no, según la wikipedia inglesa se remonta a 1901)

    Gracias Francesc por la aclaración, no me quedó bien redactado. Por ahi confundi los términos, se nota que no es lo mio no? ja!!

  10. 15 marzo, 2013 en 1:54

    @nosinmitursiops :

    Es un tema muy interesante y del cual se puede sacar mucha chicha!

    Se supone que los últimos estudios dicen que el continente americano se pobló a partir de tres migraciones desde Asia, hace unos 15.000 años. Realmente con el ADN mitocondrial (que es lo que he estudiado yo y por lo tanto lo que más sé xD) se ve que los haplotipos nativos americanos proceden de asiáticos.

    Es muy guay! :)

    Gracias nosinmitursiops! quizàs nos puedas aportar mas cosas, serán mas que bienvenidas.

  11. 17 marzo, 2013 en 19:58

    Reblogged this on Desde Mendel hasta las moléculas and commented:

    espero les parezca util leer sobre la tecnología que se usa para el rastreo de nuestro antecesores. Algunas tecnicas como la deteccion de SNPs STRs y ADN mitocondrial estan aqui explicadas de manera breve. Saludos

  12. Enrique
    28 enero, 2014 en 23:19

    Según el artículo, el ADNmit tiene una baja de mutaciones pero una gran variabilidad, lo cual me parece una contradicción. Se sabe que el ADNmit está expuesto a las reacciones mutagénicas de la fosforilación oxidativa, sin la protección de las histonas y con mecanismos de reparación poco eficientes, lo que le confiere una tasa de mutación de 5 a 10 veces mayor que el ADN nuclear. Es esa elevada tasa de mutación lo que, a mi entender, lo hace interesante para determinar parentescos.

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