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.

Imagen cortesía de colros /
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.

Variación en la prevalencia
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).

Tabla 1: Genes asociados a obesidad identificados

 

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

Un ratón obeso deficiente en
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

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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
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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

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  1. Colocad un 1 ml de solución de lisis en un tubo Falcon o tubo de ensayo.
  1. Raspad el interior de la mejilla y la lengua con asa o hisopo.
  1. Colocad asa o hisopo en tampón de lisis y mezclad para descargar las células.
  1. Poned asa o hisopo en el desinfectante.
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  1. Repetid pasos 2-4 dos veces más para asegurar una buena recogida de células. Utilizad un asa o hisopo cada vez.
  1. Añadid 20 µl (o 1 gota si está utilizando pipetas de transferencia) de proteinasa K al tubo.
  1. Tapar el tubo e invertid un par de veces para mezclar.
  1. Incubad la mezcla en el baño de agua o a temperatura ambiente durante 10 min.
  1. Añadid 100 µl de acetato de sodio.
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  1. Tapad el tubo y agitad bien para mezclar.
  1. Añadid 3 ml de etanol frío.
  1. Tapad el tubo e invertid muy lentamente para mezclar.
  1. 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)

  1. 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.

  1. Si utilizáis solución preparada de SDS al 10%, añadid 5 ml a 45 ml de TBS.
  2. Si utilizáis polvo disolved 0,5 g en 50 ml de TBS.
  3. Conservad la solución en frigorífico hasta el momento de uso.

Solución de acetato de sodio 3 M (para 50 ml)

  1. Disolved 12,3 g de acetato de sodio anhidro en 50 ml de agua destilada.
  2. Añadid HCl diluido para ajustar el pH a 5,2.
  3. Conservad en el frigorífico hasta el momento de uso.

Proteinase K (100 µg / ml)

  1. 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.
  2. 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.

Tabla 2: Números de producto Sigma-Aldrich para los reactivos del protocolo
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

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References

Web References

Resources

Author(s)

Sarah McLusky, escritora científica independiente, editora y consultora en educación; imparte clases de bioquímica en la Universidad de Newcastle, Reino Unido.

Rosina Malagrida es licenciado en Ciencias Químicas por la Universidad de Barcelona, España, y Máster en Comunicación de Ciencia, del Imperial College de Londres, Reino Unido. Está especializada en actividades de educación no formal, en el área de ciencias de la salud. Actualmente, dirige el Centro para la Participación Pública en la Investigación en Salud en el IrsiCaixa en Barcelona, donde coordina el portal educativo europeo Xplore Healthw3. Rosina trabajó anteriormente en el Parc Científic de Barcelona, en museos de ciencia de Londres y Barcelona, desarrollo de exposiciones, talleres experimentales, ferias y debates para facilitar el acercamiento entre ciencia y sociedad.

Lorena Valverde es licenciada en Biología por la Universidad de Barcelona, España, Máster en inmunología de la Universidad de Barcelona y la Universidad Autónoma de Barcelona. Lorena realiza un doctorado en biomedicina y trabaja como profesor en la Universidad de Barcelona. Ha colaborado con Xplore Health, ofreciendo talleres experimentales para los estudiantes y el público en general en el Parque Científico de Barcelona.


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:

  1. ¿Existe una relación entre la genética y la obesidad? Si es así, ¿qué es?
  2. ¿Cuáles son fenotipo y genotipo? ¿Cómo se correlacionan entre sí y con el entorno?
  3. ¿Cómo son los fenómenos epigenéticos asociados con el fenotipo? Se heredan estos cambios epigenéticos?
  4. ¿Puede el conocimiento de nuestra composición genética ayudará a prevenir la obesidad?
  5. 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




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