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Genética de la obesidad y una práctica de laboratorio Teach article
Traducido por Mónica González. Alrededor de 1,5 millones de personas en todo el mundo tienen sobrepeso o son obesos ¿Comemos demasiado o son nuestros genes? Os mostramos cómo investigar la genética de la obesidad en el aula.
Flickr
La obesidad es un problema complejo. Más del 10% de la población adulta del mundo es obesa; en algunos países, incluso el 40%. Enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo 2, algunos tipos de cáncer, complicaciones del embarazo, problemas en las articulaciones, depresión y ansiedad han sido asociadas a la obesidadw1.
de la obesidad en los adultos:
porcentaje de población
adulta con un índice de masa
corporal de 30 o más, en 11
países
Fuente: Asociación
Internacional para el Estudio
de la Obesidad (www.iaso.org)
Alimentos ricos en calorías y un estilo de vida más sedentario suelen atribuirse al aumento alarmante de la obesidad, pero ¿y nuestros genes? Este artículo resume investigaciones actuales sobre la genética de la obesidad y, presenta un método desarrollado por el proyecto europeo Xplore Health para extraer ADN y estudiar “genes grasos” candidatos.
Este método sería adecuado para estudiantes de 14-16 años o más de 16. Temporización: una lección. Como alternativas y con materiales más disponibles sugerimos extracción con guisantes congelados (Madden, 2006) o kiwiw2. Los protocolos puedenw5 descargarse en Word o PDF desde el sitio web de la Science in School.
La obesidad puede ser un tema adecuado para un debate sobre cuestiones éticas relacionadas con investigación genética; los estudiantes pueden tener ya cierta opinión¿ Cuántos adolescentes prefieren comida rápida y sentarse frente a la TV? Otros recursos para profundizar en estas cuestiones están disponibles en el sitio webs Xplore Healthw3.
Definiendo la obesidad
Una persona es obesa si su índice de masa corporal (IMC) es igual o mayor que 30. El rango saludable se sitúa entre 18.5-25. El IMC se calcula dividiendo el peso de una persona en kilogramos por el cuadrado de su altura en metros.
IMC = peso (kg)
(altura (m))2
El IMC es un indicador útil pero no se ajusta a posibles variaciones de estructura y composición corporal. Por ejemplo, los atletas, con gran cantidad de masa muscular, dan sobrepeso al considerar el IMC como referencia única.
¿Qué tienen los genes que ver con eso?
La obesidad en familias ¿obedece a la genética o malos hábitos alimenticios en común? Estudios con gemelos han demostrado que el componente genético de la obesidad ascendería al 70% : gemelos idénticos tienen más probabilidad de presentar el mismo aspecto corporal que los no idénticos (O’Rahilly & Farooqi, 2006).
Los investigadores han descubierto alelos que parecen asociados a la obesidad. Algunos de ellos son raros y afectan a una minoría de personas; otros son bastante comunes y aumentan el riesgo de aumento de peso en grandes sectores de la población (tabla 1).
| Alelos raros | Alelos frecuentes | |
|---|---|---|
| Efecto sobre el peso corporal | Explicación para gran exceso de peso en muy pocas personas | Explicación para poco exceso de peso en muchas personas |
| Ejemplos | Gen Ob, gen Mc4r | Gen Fto, gen Tmem18 |
| Asociación con otras enfermedades | Puede estar asociada con enfermedades raras, por ejemplo, deficiencia congénita de leptina, deficiencia de MC4R | Una de muchas características humanas «normales», también asociada a otras enfermedades comunes, por ejemplo, diabetes tipo 2 |
| ¿Cómo identificar genes? | Estudios de genes candidatos, estudios en animales, secuenciación del exoma | Estudios de asociación genética |
| Relevancia potencial | Prueba genética prenatal y terapia génica | Comprensión del riesgo de enfermedad y diseño de estrategias de prevención |
leptina (izquierda) junto a un
ratón normal (derecha)
Imagen cortesía de
Departamento de Energía de
US, Oak Ridge National
Laboratory
El gen Ob controla el apetito al codificar la hormona leptina. Los individuos portadores de dos copias defectuosas no producen leptina y muestran un deseo constante de alimentos. Obesos con deficiencia de leptina tratados con inyecciones de hormona han recuperado un peso normal. Otro gen similar sería Mc4r, implicado en la ruta de señalización que controla la conducta alimentaria (O’Rahilly & Farooqi, 2006).
Sin embargo, las mutaciones monogénicas son muy raros. Existen alelos que aumentan la propensión al aumento de peso, como variantes de los genes Fto y del Tmem18. Individuos con una copia del alelos de riesgo de Fto pesan, en promedio, 1,2 kg más que otros con otras variantes; individuos con dos copias de esa variante pesan, de media, 3 kg más.
Individuos portadores de «genes grasos» más comunes ¿serán obesos o no? La genética puede predisponer pero una dieta y estilo de vida saludables permitirían un peso adecuado.
Los investigadores han estudiado también la epigenética – interacciones entre los genes y el medio ambiente- y las vías de señalización relacionadas. Una mejor comprensión de la naturaleza del apetito y del metabolismo de la grasa permitirá desarrollar mejores tratamientos o estrategias para el control de la ingesta de alimento en personas con predisposición genética a la obesidad.
Actividad escolar: extracción de ADN
para ampliarla. Imagen
cortesía de @ el taller
interactivo Parque Científico de
Barcelona
Materiales
- Micropipetas o pipetas de transferencia graduadas
Si no tenéis micropipetas podéis utilizar pipetas de transferencia graduadas desechables que dispensan con precisión volúmenes inferiores a 1 ml.
- Asas de cultivo desechables o hisopos bucales
- Tubo Falcon pequeño o tubo de ensayo con un tapón
- Los tubos Falcon son tubos de ensayo calibrados con tapón de rosca. Si no los tenéis usad tubos de ensayo normales
interactivo Parque Científico de
Barcelona
- Baño de agua a 40 ° C (opcional)
- Solución desinfectante
- Solución de lisis
- Solución de proteinasa K
- Solución de acetato de sodio
- Etanol frío o isopropanol (guardad en el congelador hasta que sea necesario)
Método
interactivo Parque Científico de
Barcelona
- Colocad un 1 ml de solución de lisis en un tubo Falcon o tubo de ensayo.
- Raspad el interior de la mejilla y la lengua con asa o hisopo.
- Colocad asa o hisopo en tampón de lisis y mezclad para descargar las células.
- Poned asa o hisopo en el desinfectante.
interactivo Parque Científico de
Barcelona
- Repetid pasos 2-4 dos veces más para asegurar una buena recogida de células. Utilizad un asa o hisopo cada vez.
- Añadid 20 µl (o 1 gota si está utilizando pipetas de transferencia) de proteinasa K al tubo.
- Tapar el tubo e invertid un par de veces para mezclar.
- Incubad la mezcla en el baño de agua o a temperatura ambiente durante 10 min.
- Añadid 100 µl de acetato de sodio.
interactivo Parque Científico de
Barcelona
- Tapad el tubo y agitad bien para mezclar.
- Añadid 3 ml de etanol frío.
- Tapad el tubo e invertid muy lentamente para mezclar.
- El ADN aparecerá como un precipitado fibroso blanquecino.
Nota de seguridad
Las soluciones pueden irritar ojos y piel. Usad bata de laboratorio, gafas de seguridad y guantes. La saliva puede transmitir enfermedades; cada uno de vosotros usará asas o hisopos propios que, después, dejará en desinfectante.
Eliminación: los líquidos pueden verterse por el desagüe con agua abundante; asas o hisopos pueden desecharse con la basura normal tras una desinfección de 15 minutos.
Para reflexionar
- ¿Qué significa ‘lisis’? ¿Qué hace la lisis en la extracción de ADN?
- El tampón de lisis contiene un detergente, SDS. Con vuestro conocimiento de la estructura celular ¿cómo explicaríais la acción del detergente?
- En el interior de las células el ADN se encuentra enrollado y enlazado a varias ¿En qué etapa del experimento separáis el ADN de las proteínas?
- En el último paso ¿qué deducís sobre la solubilidad de ADN tanto en agua salada y el etanol?
- ¿Cómo podríais confirmar que el precipitado blanco es, realmente, ADN?
Actividades complementarias
- Comparad este método de extracción de ADN con otros más sencillos con guisantes congelados (Madden, 2006) o kiwiw2. ¿En qué se diferencian? ¿Cuál funciona mejor? ¿Podríais explicar por qué? ¿Cuál sería el método más cercano al que utilizan los genetistas profesionales?
- Extraer el ADN de una persona no basta determinar la predisposición a la obesidad ¿Qué pruebas se practicarían? Buscad más sobre técnicas de investigación genética.
- En muchos países, los padres portadores de enfermedades genéticas como fibrosis quística o hemofilia optan por diagnóstico genético pre-implantación para evitar que los niños desarrollan la enfermedad ¿Creéis que este procedimiento debe estar disponible?
¿Por qué considerar diferentes métodos de extracción de ADN?
Este es sólo uno de los muchos métodos publicados para la extracción de ADN a partir de células (por ejemplo, Madden, 2006, y los Naked Scientists websitew2). Los métodos varían desde opciones más simples (usando detergente y sal de mesa) a protocolos más profesionales. Los principios básicos son los mismos: adición de un detergente para romper membranas celulares, tratamiento enzimático para digerir proteínas de unión a ADN; sal y alcohol frío para precipitar ADN.
Un método óptimo permitirá recuperar ADN más puro. En el método más simple se obtiene una mezcla de gran cantidad de proteína con ADN. Los biólogos moleculares han de trabajar con muestras de gran calidad sin impurezas de proteína.
Preparación de los reactivos
Solución de lisis (50 ml)
- Preparad solución salina tamponada Tris (TBS) según instrucciones del fabricante o receta modelo.
El TBS puede comprarse como solución ya preparada, en tabletas para disolver o prepararse a partir de reactivosw4.
Nota de seguridad
Se recomienda una solución preparada de SDS porque el reactivo en polvo es nocivo si se inhala. Si se empleáis SDS en polvo el profesor preparará la solución con máscara y bajo campana extractora. Véase también apuntes sobre seguridad en Science in School.
- Si utilizáis solución preparada de SDS al 10%, añadid 5 ml a 45 ml de TBS.
- Si utilizáis polvo disolved 0,5 g en 50 ml de TBS.
- Conservad la solución en frigorífico hasta el momento de uso.
Solución de acetato de sodio 3 M (para 50 ml)
- Disolved 12,3 g de acetato de sodio anhidro en 50 ml de agua destilada.
- Añadid HCl diluido para ajustar el pH a 5,2.
- Conservad en el frigorífico hasta el momento de uso.
Proteinase K (100 µg / ml)
- Disolved 1 mg de proteinasa K en 10 ml de solución salina tamponada con Tris.
Necesitáis sólo una pequeña cantidad de enzima. Ajustad al volumen necesario. - Disolved 1 mg de proteinasa K en 10 ml disolución salina tamponada con Tris. Conservar en el frigorífico hasta que sea necesario.
Solución desinfectante
Desinfectantes adecuados: solución al 0,015 M de hipoclorito de sodio, solución al 1% Virkon ® o 5% de lejía doméstica. Tras 15 minutos en remojo las asas y los hisopos pueden ser desechados con la basura normal. Poneos guantes.
Para la compra de reactivos encontraréis un listado de números de productos según catálogo de Sigma. Podréis adquirirlos de otros proveedores.
| Reactivos | Número del producto Sigma-Aldrich |
|---|---|
| Tampón salino TRIS | Tabletas: TS030 o 94158 |
| Dodecil sulfato sódico | en polvo: L3771 solución al 10%: 71736 |
| Acetato de sodio | S2889 |
| proteinasa K | P6556 |
References
- Krotscheck F (2010) Using cutting-edge science within the curriculum: balancing body weight. Science in School 16: 19-26.
- Madden D (2006) Descubriendo el ADN. Science in School 1.
- O’Rahilly S, Farooqi IS (2006) Genetics of obesity. Philosophical Transactions of the Royal Society of London Biological Science361(1471): 1095–1105. doi: 10.1098/rstb.2006.1850
Web References
- w1 – Número 311 de la Informativa de la Organización Mundial de la Salud Obesity and Overweight está disponible en el sitio web de la OMS.
- w2 – Un método de extracción de ADN simple con kiwi sin reactivos químicos o equipos, Naked Scientists.
- w3 – El método de extracción de ADN explicado en este artículo, ideas para lecciones, juegos y vídeos relacionados con la obesidad y otros temas de ciencias de la salud están disponibles en el sitio Xplore Health( inglés, español, francés, polaco y catalán). Xplore Health es un proyecto europeo de educación científica en el que participan investigadores, educadores, centros científicos y museos. Ofrece herramientas multimedia innovadoras y experiencias prácticas para acercar la investigación a la educación.
- Para saber más sobre obesidad, causas, consecuencias y tratamiento, así como aspectos éticos, legales y sociales relacionados los docentes pueden descargar A Crisis of Fat? (inglés, francés, polaco y español) del sitio Xplore Health.
- w4 – Una receta para hacer disolución salina tamponada con Tris con reactivos químicos está disponible en el sitio Protocols Online.
- w5 – Descarga:
Resources
- El experimento fue desarrollado para el proyecto Xplore Health con la ayuda de científicos del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona, España. Para aprender más sobre esta investigación, visitad la página web del grupo de investigación sobre patología molecular y terapia de enfermedades heterogénicas y poligénicas o leed uno de los artículos de investigación originales:
- Argyropoulos G, et al. (1998) Effects of mutations in the human uncoupling protein 3 gene on the respiratory quotient and fat oxidation in severe obesity and type 2 diabetes. Journal of Clinical Investigation 102(7): 1345-1351. doi: 10.1172/JCI4115
- Un video sobre el protocolo de extracción de ADN está disponible en el sitio web University of Utah’s Learn Genetics.
- El informe Genética y Obesidad puede ser descargado del sitio web de UK’s National Genetics Education and Development Centre.
Review
La incidencia de la obesidad está aumentando en todo el mundo. La creciente conciencia del problema, cambiar nuestros hábitos alimenticios y la investigación de una predisposición genética todo podría contribuir a su reducción.
Este artículo, que explora las investigaciones recientes sobre la genética de la obesidad y los detalles de una actividad práctica sobre el tema, se podría utilizar para las clases de biología sobre muchos temas diferentes, incluyendo educación para la salud, la genética, la nutrición, la farmacogenómica, terapia individualizada correlacionada con la presencia de determinada genes, las estadísticas sobre la obesidad en los diferentes países y su relación con la dieta de la población correspondiente.
Además de proporcionar un punto de partida para una discusión de la obesidad, el artículo podría ser usado para un proyecto sobre nutrición, empezando por el índice de masa corporal de grabación de los estudiantes y que se refieran a su dieta diaria (por ejemplo Krotscheck, 2010). De esta manera, el profesor puede proponer hábitos alimenticios más saludables, contribuyendo a cambiar la actitud de los estudiantes.
Comprensión adecuada y preguntas de extensión incluyen:
- ¿Existe una relación entre la genética y la obesidad? Si es así, ¿qué es?
- ¿Cuáles son fenotipo y genotipo? ¿Cómo se correlacionan entre sí y con el entorno?
- ¿Cómo son los fenómenos epigenéticos asociados con el fenotipo? Se heredan estos cambios epigenéticos?
- ¿Puede el conocimiento de nuestra composición genética ayudará a prevenir la obesidad?
- Una buena nutrición es importante para la salud. Si su IMC es superior al rango normal, ¿cómo podría cambiar sus hábitos alimenticios para reducirla?
Panagiotis Stasinakis, 4th Lyceum of Zografou, Grecia