Cada ser vivo es como es porque cada una de sus células se formó a partir de unas “instrucciones biológicas” que determinan sus propiedades y características de todo tipo (grupo sanguíneo, el color del cabello, los trazos faciales, el ritmo metabólico… ). Estas instrucciones biológicas son lo que se denomina información genética, cuyo soporte físico es el ácido desoxirribonucleico (ADN).
El más característico y esencial es que esa información está contenida en el ADN mediante lo que se conoce como código genético, una serie de instrucciones de lectura que permiten “leer” un fragmento de ADN para obtener la información necesaria para, por ejemplo, determinar el color del cabello.
El ADN y el código genético tienen unas características muy importantes:
- Es muy estable. Aunque pueden producirse alteraciones, existen sistemas de detección y de reparación de las mismas.
- Su estructura es relativamente sencilla, basada en la repetición de cuatro elementos básicos diferentes, denominados nucleótidos, representados por las letras La, C, G y T., que forman cadenas sencillas de miles o millones de nucleótidos. Estos 4 elementos se pueden “complementar” formando dúos, siempre iguales: La-T y G-C. Por eso es posible formar una estructura bicatenaria, con 2 cadenas sencillas enfrentadas cuyas secuencias son complementarias, ya que frente a una La en una cadena, en la otra existe una T y una G se corresponde con una C. De esta manera se establecen uniones no covalentes entre ellas que estabilizan aún más la estructura.
- A pesar de esta sencillez, el material genético humano, por ejemplo, consta de unos 3.000 millones de nucleótidos, que se reparten en uno conjunto de 23 pares de cromosomas.
- La orden de aparición de esos nucleótidos, denominada secuencia genética, es absolutamente esencial, ya que es lo que determina la información que se esconde en el ADN. La lectura de esta secuencia se realiza por grupos de 3 elementos consecutivos (tripletes) donde es importante tanto qué nucleótidos participan como la posición interna en el triplete que ocupa cada uno de ellos (no se lee igual ACT que ATC o que GCT).
- Existen unidades funcionales de información genética, llamadas genes, que comprenden toda la secuencia de ADN necesaria para construir una proteína. También incluyen otras regiones del ADN que regulan este proceso. La secuencia de ADN codificante (exón) no necesariamente es continua y los fragmentos de ADN que se intercalan entre los exones se denominan intrones.
- Para que la información contenida en el ADN se pueda utilizar es necesario extraerla mediante un proceso de lectura en 2 pasos. El primero de ellos, la transcripción, copia la secuencia de nucleótidos de una porción determinada del ADN en otra molécula muy similar, el ácido ribonucleico mensajero (ARNm). A continuación, la información del ARNm se traduce en una secuencia de aminoácidos para formar una proteína. El tipo de aminoácidos codificado y su orden es lo que determinan las propiedades últimas de esta molécula y, en definitiva, del ser vivo que la contiene.
- La gran mayoría (>99 %) de la secuencia genética es común a todos los seres humanos.
- Con todo, existen múltiples pequeñas variaciones en la secuencia, de características muy diversas y distribuidas por todo el genoma de forma diversa, que hacen que cada persona sea única y diferente de #cualquier otra.
- Y, posiblemente el más importante, el ADN puede copiarse, mediante un proceso denominado replicación, utilizando la cadena “madre” como molde para una cadena “hija” cuya secuencia es complementaria a la original y que, en definitiva, almacena la misma información que la primera. Esta propiedad es esencial para transmitir la información genética de una célula a otra y de generación en generación.
Una persona recibe la mitad de su material genético de cada uno de sus progenitores, cuya combinación da un resultado único y absolutamente diferente. A su vez, será el material genético que transferirá a sus descendientes. Esa combinación de material genético recibido de los progenitores y transmitido a los descendientes es lo que se llamó “herencia genética” y constituye el proceso básico mediante el cual las especies biológicas se perpetúan en el tiempo.
A lo largo de la evolución de la especie humana se fueron produciendo diversas alteraciones estructurales (mutaciones) en la molécula del ADN. La mayoría de ellas suelen ser reparadas de inmediato. Pero en algunos casos estas alteraciones no se corrigieron y se mantuvieron y se transmitieron a las siguientes generaciones, dando lugar a lo que se denomina diversidad genética.
Estas alteraciones estructurales se produjeron de forma fortuita, al albur. Con todo, algunas de ellas es posible que den lugar a cambios en las características de los genes a los que afectan y, como consecuencia, a las proteínas que se producen a partir de la información dieras genes. El resultado final es que el individuo que las presenta puede tener unas características biológicas diferentes. Algunas de ellas (p. ej., la pigmentación cutánea, el color de los ojos, …) no parecen especialmente importantes. Pero en algunas circunstancias estas diferencias biológicas proporcionan ciertas ventajas adaptativas al medio (por ejemplo, resistencia a una enfermedad producida por un protozoo, capacidad de comer determinada planta...) que puede hacer que los individuos portadores se adapten mejor a determinadas condiciones ambientales que los que no las portan y, por consiguiente, prevalezcan sobre ellos, y sean seleccionados positivamente. En tales circunstancias (generalmente confinadas a determinadas localizaciones geográficas o zonas climáticas) la alteración genética determinante se hace presente en una parte muy importante de la población, convirtiéndose así en un trazo distintivo de la misma, que puede servir para identificar los miembros de esa comunidad humana.
Por consiguiente, no es de extrañar que en la población humana actual existan multitud de diferencias a nivel del ADN entre diversas personas y que de ellas dependan las diferencias observables (color del pelo, de los ojos, grupos sanguíneos, …) o de tipo funcional.
A lo largo de la historia de la especie humana hubo grandes desplazamientos geográficos. Las diversas líneas migratorias dieron lugar a poblaciones que, hasta hace relativamente poco tiempo, evolucionaron en paralelo pero de forma independiente. Por tanto, algunas de las mutaciones acumuladas y favorecidas selectivamente por diferentes factores ambientales (dieta, enfermedades, …), aparecen en determinados grupos de población, pero no en otros. Así, por ejemplo, la población de origen asiático tienen algunos de estos elementos genéticos que están ausentes o muy poco representados en personas de origen africana subsahariana o en europeos; lo mismo ocurre con descendientes de grupos aborígenes sudamericanos, que vivieron aislados durante miles de años. Posteriormente, la medida que esos grupos poblacionales se fueron mezclando, sus descendientes fueron combinando los elementos genéticos diferenciales de cada línea.
Este conocimiento tiene interés a la hora de realizar estudios de identificación de personas por 2 motivos:
- Pueden analizarse estas variaciones genéticas, su conjunto, para identificar a una persona y para diferenciarla de cualquier otra que exista. Mismo se pueden deducir algunos trazos fenotípicos característicos de esa persona (pigmentación cutánea o de los ojos, por ejemplo).
- Permite deducir su probable origen geográfico o predecir su pertenencia a uno determinado grupo étnico.
A lo largo del genoma humano (y también en otras especies) se identificaron multitud de regiones en las que la secuencia no es igual en todas las personas. La forma en que cambia la secuencia de estas regiones es muy diversa. El análisis de la población demostró que para cada una de estas regiones es posible identificar dos o más formas alternativas o alelos. Por eso se habla de polimorfismos genéticos.
En algunas ocasiones estas regiones polimórficas se sitúan dentro de la secuencia codificante de un gen y cada uno de los alelos puede determinar una variante del producto del gen. En otros casos, su localización es la región promotora, alterando la cantidad y calidad de la expresión del gen. Pero también pueden aparecer en zonas del ADN que no forman parte de los genes (el mal llamado “ADN basura”) de tal modo que los distintos alelos no tienen traducción funcional alguna (por lo menos conocida).
Cada persona cuenta con 2 cromosomas: uno de ellos en el cromosoma que procede del padre y lo otro en el cromosoma cedido por la madre. Por consiguiente, para cada una de estas regiones polimórficas tendrá por lo menos 2 de estos alelos, uno en cada cromosoma. Pueden ser iguales (homocigosis) o diferentes (heterocigosis).
Cada persona hereda de sus progenitores un conjunto único y exclusivo de alelos de estos polimorfismos genéticos. El resultado de la combinación es único y absolutamente diferente al de cualquier otra persona (con la única excepción de los gemelos univitelinos). Por eso, el análisis de los polimorfismos genéticos presentes en los individuos permite establecer un patrón genético individual para cada uno de ellos, una huella genética individual, que los caracteriza.
El desarrollo de técnicas analíticas sofisticadas para el estudio de estos polimorfismos genéticos permite diferenciar las distintas formas alternativas que pueden tener cada uno de ellos. Por eso se utilizan como marcadores genéticos, elementos que sirven para diferenciar a unas personas de otras.
Por otra parte, al transmitirse estos elementos genéticos polimórficos de padres a hijos, generalmente sin cambios, las personas, que comparten algún vínculo familiar directo, también comparten varios de estos marcadores. Los científicos estudiaron durante décadas este proceso de transmisión de la información genética y de sus variaciones y aprendieron a analizar sus patrones y a determinar, midiendo el tipo de marcadores genéticos compartidos y el grado de similitud entre diversas personas, si entre estas existe o no algún parentesco biológico y de qué tipo. La aplicación de los métodos de estudio más modernos permite realizar estos análisis con un grado de certeza elevadísimo, casi absoluto.
El análisis de los polimorfismos genéticos requiere un gran conocimiento técnico y experiencia en la interpretación de sus resultados. Solo los grupos más preparados, con los mejores equipos y los profesionales más expertos, pueden obtener y analizar apropiadamente esta información para dar unos resultados con la máxima garantía.
Existen varios tipos de polimorfismos genéticos, que difieren entre sí en su estructura, distribución, estabilidad y forma de transmisión. A consecuencia de estas diferencias, se utilizan como marcadores genéticos de manera complementaria, ya que acercan distintos tipos de información sobre el sujeto y su ascendencia que, de manera combinada, resulta mucho más amplia y útil.
Fruto de la actividad de investigación durante muchos años, el INCIFOR dispone del más amplio repertorio de sistemas de marcadores genéticos de aplicación en genética forense. Los más importantes y útiles son:
- Short Tandem Repeats (STR)
- Polimorfismos de nucleótido único (SNP)
- Cromosoma Y
- ADN mitocondrial
- InDels
Short Tandem Repeats (STR)
Los Short Tandem Repeats (STR) son los marcadores genéticos más clásicos y comúnmente utilizados. Consisten en fragmentos relativamente cortos (entre 2 y 6 nucleótidos) de la secuencia genética que se repiten un número variable de veces, una a continuación de la otra, siendo ese número el elemento diferenciador entre alelos. La secuencia de las regiones flanqueantes a ambos lados son iguales en todos los sujetos.
Uno mismo STR puede tener varias formas alternativas (alelos) de, por ejemplo, 2, 4, 7, 9, 12 y 17 repeticiones de la misma secuencia básica. Se transmiten tanto por vía materna cómo paterna, de manera que cada individuo recibe un alelo tanto de su padre como de su madre biológicos. Así, una persona, si es heterocigota, puede tener un alelo de 7 repeticiones y otro de 12, por ejemplo.
Existen muchos STR descritos, localizados en regiones del genoma perfectamente identificadas, en todos los cromosomas humanos. No todos ellos son igualmente útiles para los análisis genéticos.
No INCIFOR se utilizan de amplios paneles de STRs, distribuidos por todos los cromosomas humanos, para los estudios de parentesco biológico.
Polimorfismos de nucleótido único (SNP)
Los polimorfismos de nucleótido único (Single Nucleotide Polymorphisms, SNP) son la forma más sencilla de polimorfismo genético, ya que consisten en el cambio de un solo nucleótido en el contexto de una secuencia genética. Se distribuyen de manera heterogénea por todo el genoma y se encuentran tanto en las regiones codificantes (exones) como no codificantes (intrones y región promotora) de los genes así como en las zonas del genoma donde no existan genes conocidos (a veces llamado “ADN basura”).
Se describieron varios millones de SNP distribuidos por todos los cromosomas humanos, estimándose que su frecuencia media, aunque con grandes variaciones según cromosomas y regiones dentro de ellos, es de 1 SNP cada 500-1000 nucleóticos.
Este tipo de polimorfismo tiene una grande importancia biológica, ya que determinan la mayor parte de la variabilidad genética de los individuos, causando muchas de las diferencias fenotípicas (observables) de los mismos. Se creé que se trata de mutaciones puntuales acaecidas en diferentes momentos de la historia evolutiva de la especie y que, en su momento, fueron estabilizadas en el genoma humano por conferir algún tipo de ventaja adaptativa al medio en ese momento (por ejemplo, mayor capacidad metabólica o de detoxificación al ingerir un nuevo tipo de alimento) o por no conferir ninguna desventaja.
Desde el punto de vista médico también tienen una gran relevancia, pues las diferentes alternativas de un determinado SNP pueden determinar, por ejemplo, diferente propensión a desarrollar una enfermedad, una mayor agresividad clínica de la misma o diferencias en la forma de responder al tratamiento.
Desde la perspectiva de la Genética Forense su estudio tiene especial interés porque, para muchos de ellos, las diferentes formas alternativas de los mismos aparecen con mucha mayor o menor frecuencia en las personas procedentes de determinadas regiones geográficas o con una ascendencia determinada. Por eso, su análisis puede ayudar a determinar si una persona en estudio procede o no de un determinado origen geográfico y comparar esta información con la de las otras personas. Adicionalmente, tienen la ventaja de que, al ser estructuralmente tan sencillos (un solo nucleótido), suelen ser identificables mismo en situaciones en las que el ADN de la muestra está muy degradado (p. ej. restos óseos antiguos) y otros marcadores (p. ej. los STR) no están conservados.
El INCIFOR dispone de una serie de 52 SNPs localizados en los autosomas que pueden utilizarse para complementar a los STR en el análisis en muestras altamente degradadas en las que la identificación y filiación de las personas mediante análisis de STR es muy difícil.
El INCIFOR también desarrolló otro panel de 34 SNPs que puede utilizarse para determinar el origen geográfico de una persona, distinguiendo entre origen africano (subsahariana), asiática y europea. Este panel puede completarse con otros más específicos como el PYMA, específico para nativos americanos, y el PACIFICPLEX, para aborígenes de las islas del Pacífico.
Polimorfismos de cromosoma Y
Los polimorfismos de los cromosomas sexuales (X e Y) tienen las mismas características que los localizados en los autosomas. Su principal interés desde el punto de vista forense es que, en el caso de los que asientan en el cromosoma Y, al transmitirse exclusivamente por vía paterna, permiten establecer relaciones de parentesco biológico a través de la rama paterna. Tienen también un gran interés como elementos de análisis del origen geográfico de las personas.
Polimorfismos del ADN mitocondrialLas mitocondrias son organelas intracelulares que intervienen fundamentalmente en los procesos de generación de energía (la respiración celular). Cuenta con su propio material genético formado por ADN, con ciertas peculiaridades estructurales. De entre ellas, destaca que el ADN es bicatenario, circular y se presenta en múltiples copias (>1000) en una misma célula. Más del 93 % del ADN mitocondrial es codificante (frente a tan solo el 1,5 % del ADN nuclear) y sus 37 genes, varios de ellos superpuestos sobre la misma secuencia, no tienen intrones.
Uno de los aspectos más relevantes de las mitocondrias es que solo proceden de la madre, ya que se encuentran en el citoplasma del óvulo fecundado por el espermatozoide (que solo acerca el núcleo al nuevo organismo recientemente constituido). Por tanto, el material genético mitocondrial de cualquier individuo se hereda exclusivamente por vía materna.
Se describieron múltiples marcadores de este tipo localizados en las regiones codificantes del ADN mitocondrial. Su interés forense radica en la forma de transmisión de la información genética mitocondrial que permiten establecer relaciones de maternidad entre sujetos, mismo cuando el material genético disponible no está bien conservado.
Dentro del genoma mitocondrial se encuentra la región control en la que existen 2 zonas, denominadas “regiones hipervariables” (HSV1 y HSV2), donde se acumulan de forma preferente los polimorfismos. Las secuencias de la región control pueden ser analizadas fácilmente y utilizarse para comparar las muestras de diferentes sujetos.
En determinadas ocasiones a análisis de la región control tiene un poder limitado por lo que también se identificaron múltiples SNPs en la región codificante del genoma mitocondrial. La principal utilidad en el campo forense del ADN mitocondrial es en el esclarecimiento de relaciones de parentesco por vía materna, sobre todo cuando el material biológico de partida está mal conservado y existe una importante degradación del ADN que dificulta el análisis de otros marcadores polimórfismos autosómicos.
InDels
En múltiples regiones del genoma se producen fenómenos de inserción o deleción (InDel) de uno o varios nucleótidos, de tal forma que el genoma de diversos individuos se diferencia en este aspecto, sin que sea posible saber se uno es el resultado de una deleción o lo otro se debe a una inserción. Salvo si el segmento insertado o delecionado es múltiplo de 3, el resultado de estos cambios es una modificación del marco de lectura, de la composición de los tripletes de nucleótidos del ADN.
Los indels son mucho menos frecuentes en las regiones codificantes que en las no codificantes.
Los indels están siendo actualmente estudiados desde el punto de vista de la genética forense porque pueden utilizarse como marcadores polimórficos que ayuden a diferenciar entre diversos individuos y a analizar el origen geográfico o la pertenencia a determinados grupos poblacionales.