Herencia en la Especie Humana

Dificultades en el Estudio de la Genética Humana

El estudio de la herencia en la especie humana presenta ciertas dificultades:

• Pocos descendientes por pareja: Esto dificulta los estudios de frecuencias genéticas, ya que las leyes de probabilidad resultan más útiles y eficaces cuando la población es numerosa.
• Tiempo de generación largo: La madurez sexual se alcanza tarde.
• Limitaciones éticas: No se pueden planificar cruzamientos por motivos éticos.

A pesar de estos inconvenientes, actualmente se tienen suficientes conocimientos sobre genética humana. Esto es posible gracias al examen de historiales médicos de personas con enfermedades hereditarias, el estudio de sus antecedentes familiares y el establecimiento de analogías con caracteres similares en animales evolutivamente emparentados con el ser humano.

Variabilidad en la Especie Humana

La variabilidad en la especie humana es muy grande por dos razones principales:

• Las diferencias genéticas: Las características genéticas son heredables y constituyen el genotipo del individuo, que es exclusivo para cada persona. Las capacidades genéticas beneficiosas se pueden potenciar con una vida sana: una alimentación adecuada y unos hábitos saludables.
• Los factores ambientales: Son el clima, la alimentación, los hábitos, y todo aquello que interviene en nuestra vida. Los efectos que producen en el fenotipo no son transmisibles.

Las características que diferencian a unas personas de otras corresponden a dos tipos de caracteres: los continuos y los discontinuos, que dependen de la influencia del ambiente y de los genes implicados en ellas.

Tipos de Caracteres Hereditarios

Caracteres Continuos

Muestran una variación mínima, de forma que las diferencias entre los individuos son muy pequeñas (ejemplos: gamas del color del pelo, estatura). La mayoría de los casos de características con numerosos fenotipos y diferencias mínimas entre ellos se deben a la presencia de varios pares de genes cuyos efectos son aditivos, fenómeno conocido como herencia poligénica. Así, el resultado final que muestra un individuo es la suma de los diferentes genes implicados, lo que se aprecia como una variación continua. Este tipo de caracteres tienen una gran influencia ambiental y son difíciles de estudiar.

Herencia Cuantitativa

Hace referencia a aquellos caracteres continuos que están regulados por varios genes que se heredan de forma independiente. El color de la piel en la especie humana se debe al pigmento melanina, una proteína cuya síntesis está regulada por más de cuatro genes que se heredan independientemente. Para facilitar el estudio, supondremos que existen dos genes dominantes, A y B, que determinan la síntesis de melanina, y sus alelos recesivos, a y b, que determinan que no se sintetice. De esta forma, un individuo AABB será negro y uno aabb caucásico, y el resto de las combinaciones de los genes serán las responsables de los fenotipos intermedios.

La descendencia posible entre dos individuos mulatos (AaBb) sería: 1 negro, 2 morenos, 3 mulatos, 2 claros y 1 caucásico. En la posible descendencia se contemplan todos los fenotipos posibles de color de piel según el número de alelos dominantes que posea. A veces, la variabilidad continua no depende solo de una herencia cuantitativa, sino también de la influencia de factores ambientales sobre el genotipo (como la altura y el peso).

Caracteres Discontinuos

Son claramente diferenciables entre sí, presentan pocas alternativas y la influencia ambiental que reciben es casi nula. Existe una gran cantidad de caracteres discontinuos que reúnen todas las características posibles: unos vienen determinados por un par de alelos, otros son consecuencia de alelismo múltiple, unos están ligados a cromosomas somáticos y otros a cromosomas sexuales. Algunos caracteres fácilmente observables a simple vista son:

• Nacimiento del cabello: Con forma de «pico de viuda» (carácter dominante) o en línea recta (carácter recesivo).
• Capacidad de doblar la lengua en forma de U: Capacidad de hacerlo (carácter dominante) o incapacidad de hacerlo (carácter recesivo).
• Lóbulo de la oreja: Pegado al lateral facial (carácter recesivo) o separado de él (carácter dominante).
• Cabello: Rizado (dominante) o liso (recesivo).
• Labios: Gruesos (carácter dominante) o finos (recesivo).
• Pestañas: Largas (dominante) o cortas (recesivo).
• Pecas: Presencia de pecas (dominante) o ausencia de ellas (recesivo).

Los Grupos Sanguíneos (Sistema AB0)

El sistema AB0 de grupos sanguíneos constituye un caso muy conocido de características discontinuas. En la membrana de nuestros glóbulos rojos pueden existir o no determinados glúcidos que funcionan como antígenos (cualquier molécula perteneciente a un individuo que, introducida en otro, provoca en este el rechazo y la síntesis de anticuerpos contra ella) cuando entran en contacto con la sangre de otro individuo.

• El grupo sanguíneo A tiene el antígeno A y su plasma produce anticuerpos anti-B.
• El grupo sanguíneo B tiene el antígeno B y su plasma produce anticuerpos anti-A.
• El grupo sanguíneo AB tiene los antígenos A y B y su plasma no produce anticuerpos anti-A ni anti-B.
• El grupo sanguíneo 0 no tiene estos antígenos y su plasma produce anticuerpos anti-A y anti-B.

La herencia de los grupos sanguíneos es un ejemplo de alelismo múltiple. Existen tres alelos que la gobiernan: c1, c2 y c3, de los cuales los dos primeros son codominantes y el último, recesivo (c1 = c2 > c3). El alelo c1 produce la síntesis del antígeno A, el alelo c2 la del antígeno B, y c3 determina que no se sintetice ningún antígeno.

El Sistema Rh

Existen otros sistemas de grupos sanguíneos diferentes al AB0. Uno de ellos es el sistema Rh, con dos grupos: Rh+ y Rh-. En la membrana de los glóbulos rojos de las personas pertenecientes al grupo Rh+, existe un antígeno que no se observa en las personas Rh-. Su herencia no es multialélica.

Alteraciones Genéticas y Cromosómicas

Estudiar los cromosomas de un individuo, su número y estructura, así como las características de los genes, es muy importante para localizar posibles problemas y enfermedades, y prevenirlas o tratarlas cuando sea posible con terapias génicas. Algunas alteraciones pueden afectar a mucha información genética y producir modificaciones muy graves, a veces, incluso, incompatibles con la vida (letales). Otras actúan sobre muy poca cantidad de información y no causan cambios, o estos no tienen repercusiones para el organismo. Se clasifican en tres tipos, en función del material genético implicado:

• Alteraciones génicas: Afectan a un solo gen, modificando la secuencia de bases correspondiente.
• Alteraciones cromosómicas: Afectan a una zona del cromosoma que se pierde, se duplica, se invierte, etc.
• Alteraciones genómicas: Afectan a cromosomas enteros, por lo que se modifica el número total de estos en el organismo.

Alteraciones Génicas

La existencia de genes defectuosos que carecen de la información adecuada constituye el origen de anomalías en el funcionamiento del organismo y de enfermedades, a menudo, graves. La herencia varía dependiendo de si estos genes se localizan en cromosomas autosómicos o sexuales.

Genes que Causan Enfermedades

Actualmente se conoce la localización precisa en los cromosomas de la mayoría de los genes que causan enfermedades. Un caso de enfermedad genética es el cáncer, que consiste en la multiplicación y crecimiento irregular de ciertas células alteradas. Estas células forman tumores malignos que invaden y destruyen los tejidos circundantes. Además, pueden emigrar a otras zonas a través del sistema circulatorio o linfático y originar allí nuevos tumores (metástasis).

La conversión de una célula normal en otra cancerosa se denomina transformación cancerosa y se debe a:

• Mutaciones causadas por factores ambientales (sustancias químicas y radiaciones).
• La presencia de ciertos genes (protooncogenes), que se transforman en oncogenes al sufrir una mutación.
• Algunos virus que producen mutaciones cancerígenas.

Alteraciones en los Cromosomas Autosómicos

Implican a los genes situados en ellos, y su transmisión afecta por igual a hombres y mujeres. Los alelos responsables de estas alteraciones son, en su mayoría, recesivos, pero hay algunos dominantes.

Alteraciones Debidas a Alelos Dominantes

La polidactilia constituye un caso de este tipo de alteraciones. Se trata de una alteración del alelo que controla el número de dedos y cuya consecuencia es la presencia de seis dedos en las manos o en los pies. Para que la alteración se desarrolle, al menos uno de los dos progenitores debe estar afectado. La sindactilia (unión de los dedos) y la braquidactilia (dedos cortos) también se deben a la presencia de un alelo autosómico dominante.

Alteraciones Debidas a Alelos Recesivos

La mayoría de las alteraciones génicas corresponden a alelos recesivos; por ello, pueden no manifestarse en los padres. Ejemplos:

• Albinismo: Consiste en la imposibilidad de sintetizar melanina, sustancia responsable de la pigmentación de la piel, los ojos y el pelo. Estas personas tienen la piel y el cabello blancos, y los ojos de color rosado.
• Fibrosis quística.
• Acromatopsia o incapacidad para distinguir los colores.
• Sordomudez hereditaria.
• Anemia falciforme.

Alteraciones Ligadas al Sexo

Algunos genes causantes de enfermedades se sitúan en el segmento diferencial del cromosoma X, que es el segmento cromosómico diferente en el X y en el Y; y, por ello, el tipo de herencia a que dan lugar es diferente en hombres y mujeres. En los hombres hay siempre una sola copia de estos genes, ya que solo los llevan en su cromosoma X; sin embargo, en las mujeres hay dos, una en cada cromosoma.

Por esta razón, cuando los hombres poseen el gen manifiestan la enfermedad; en cambio, en las mujeres se pueden dar dos casos:

• Que posean el gen solo en uno de los cromosomas X; en este caso serán mujeres sanas, pero portadoras de la enfermedad.
• Que posean el gen en los dos cromosomas X, con lo cual padecerán la enfermedad. Estos casos son muy poco frecuentes, pues deberían ser hijas de una mujer portadora y un hombre enfermo.

Ejemplos de alteraciones ligadas al sexo: la hemofilia, el daltonismo, la hipertricosis auricular (presencia de pelo abundante en los oídos) y la ictiosis.

La Hemofilia

Consiste en la ausencia de alguno de los factores que intervienen en la coagulación de la sangre. De ahí que la rotura de un vaso sanguíneo, aunque sea pequeño, produzca graves hemorragias a las personas que la padecen. Se trata de una enfermedad asociada a un alelo recesivo; por ello, pueden existir mujeres portadoras que no la padezcan. En cambio, los hombres no pueden ser portadores: o sufren la enfermedad o están sanos. Para estudiarla se elaboran árboles genealógicos.

El Daltonismo

Enfermedad que sigue el mismo patrón hereditario que la hemofilia. Consiste en la dificultad para diferenciar algunos colores debido a la alteración de ciertas células de la retina.

La Ictiosis

Engrosamiento y descamación de la piel que también se debe a un gen localizado en el segmento diferencial del cromosoma X.

Alteraciones Influidas por el Sexo

Son aquellas en las que un carácter autosómico presenta distinta dominancia dependiendo del sexo del individuo. Estos caracteres están determinados por genes localizados en los segmentos homólogos de los cromosomas sexuales, X e Y. En muchos casos, la diferencia en la expresión de estos genes se debe a las hormonas sexuales, que son distintas en cada sexo e influyen en dicha expresión.

Características que vienen determinadas por genes localizados en el segmento homólogo de los cromosomas sexuales, y cuya herencia es diferente en hombres y en mujeres, son:

• La calvicie hereditaria.
• La presencia de un mechón de pelo blanco en la cabeza (síndrome de Waardenburg).
• El dedo anular es más corto que el índice.

En los tres casos, el carácter es dominante en hombres y recesivo en mujeres.

Alteraciones en la Estructura de los Cromosomas

Son cambios o alteraciones que pueden producir anomalías y enfermedades que se detectan al estudiar el cariotipo o cariograma del individuo. Se producen por roturas en los cromosomas y posteriores reorganizaciones. Según cómo se produzcan, el individuo que las porta puede tener tanto pérdidas como ganancias de información genética, lo que habitualmente le acarrea repercusiones graves. Las anomalías estructurales más frecuentes son:

• Las que implican una variación en el número de genes: las deleciones y las duplicaciones.
• Las que suponen una variación en la disposición de los genes en el cromosoma: las inversiones y las traslocaciones.

Deleciones

Pérdida de un fragmento de un cromosoma. Los efectos sobre el individuo variarán en función del tamaño de la zona perdida y la información genética que contenga. Los síndromes más conocidos asociados a estas son:

• El síndrome del grito del gato o de Lejeune: Consiste en la falta de un fragmento del cromosoma 5. Al nacer, sus portadores emiten un llanto similar al maullido de un gato. Los afectados presentan microcefalia (cráneo más pequeño de lo normal) y retraso en el desarrollo intelectual y psicomotriz. Su mandíbula es pequeña y tienen la cara plana, con el labio y el paladar hendidos. Suelen tener problemas renales y bajo tono muscular.
• El síndrome de boca de carpa o de Grouchy: Falta de un fragmento del cromosoma 18. Las personas afectadas tienen una deformación característica en la boca. Poseen un cráneo pequeño, problemas de crecimiento y retraso mental por insuficiente desarrollo cerebral.

Duplicaciones

Casos en los que una parte de un cromosoma se repite. El exceso de genes provoca enfermedades más o menos graves dependiendo de la importancia de la duplicación. El síndrome de Pallister Killian se debe a la duplicación parcial del cromosoma 12. Los individuos que lo padecen presentan retraso mental y psicomotor, cambios en la coloración de la piel, y unos rasgos faciales característicos.

Inversiones

Un fragmento cromosómico se encuentra invertido. En la mayor parte de los casos no causa problemas de salud. El síndrome de Ambras está asociado con una inversión del cromosoma 8. Se conoce también como hipertricosis universal congénita. Los individuos afectados tienen un vello muy grueso, coloreado, que cubre la totalidad de su cuerpo y crece durante toda la vida, por lo que se conoce como síndrome del hombre lobo.

Traslocaciones

Cambios en la estructura de los cromosomas debidos al intercambio de fragmentos entre varios de ellos. A veces se acompañan de pérdidas de material genético, y entonces las consecuencias son más graves. Un ejemplo es la leucemia mielogénica o granulocítica grave, que se caracteriza por la acumulación, en la médula ósea y la sangre, de una gran cantidad de un tipo especial de glóbulos blancos, llamados células mieloides.

Alteraciones Genómicas (Aneuploidías)

Afectan al número de cromosomas, bien porque falta alguno de ellos o porque está duplicado. Cualquier modificación del número de cromosomas de un organismo provoca alteraciones en su salud, que serán más o menos graves según la importancia del cambio producido. Las alteraciones en las que falta o sobra algún cromosoma se denominan aneuploidías. Las más frecuentes en la especie humana son:

• Nulisomías: Falta una pareja de cromosomas homólogos. La falta de información que implica es letal; por tanto, los portadores de una nulisomía no sobreviven. Su dotación cromosómica sería 2n-2.
• Trisomías: Existe un cromosoma de más en alguna pareja de cromosomas homólogos. Su dotación cromosómica es 2n+1. Son las anomalías genómicas más abundantes en la especie humana.

Las alteraciones cromosómicas se dan en cromosomas autosómicos o en sexuales.

Alteraciones en los Cromosomas Autosómicos

Afectan al número de cromosomas autosómicos de un organismo. Las más frecuentes son las trisomías, en las que existe un cromosoma de más. Afectan a cromosomas pequeños, pero, aun así, suelen conllevar anomalías importantes para sus portadores. Una trisomía de un cromosoma grande implica una mayor cantidad de genes afectados y, por esta razón, la inviabilidad del embrión.

Síndromes Autosómicos Frecuentes (Trisomías)

Síndrome de Down (Trisomía 21)

• Causa: Los afectados presentan un cromosoma de más en el par 21.
• Cuadro clínico: Retraso mental en mayor o menor grado, braquicefalia, rasgos faciales característicos, alteraciones en diversos órganos (corazón, ojos, etc.).
• Frecuencia: 1,5/1000 nacidos.

Síndrome de Edwards (Trisomía 18)

• Causa: Los afectados presentan un cromosoma de más en el par 18.
• Cuadro clínico: Deficiencia mental profunda, malformaciones renales y cardíacas, retraso del crecimiento y alteración de los miembros, cuello y esternón cortos.
• Frecuencia: 1/6766 nacidos.

Síndrome de Patau (Trisomía 13)

• Causa: Los afectados presentan un cromosoma de más en el par 13.
• Cuadro clínico: Retraso mental, malformaciones cardíacas, genitales, de las huellas dactilares y cerebrales, ausencia de paladar, pie valgo (talón hacia el interior).
• Frecuencia: 1/4600 nacidos.

Alteraciones en los Cromosomas Sexuales

Se deben a cambios en los cromosomas X o en los Y y afectan de forma diferente a hombres y mujeres.

Alteraciones que Afectan a las Mujeres (Relacionadas con el Cromosoma X)

Síndrome de Triple X (XXX)

• Causa: Afecta a mujeres con tres cromosomas X.
• Cuadro clínico: Retraso mental moderado, alteraciones neuropsíquicas.
• Frecuencia: 1/1000 nacidos.

Síndrome de Turner (X0)

• Causa: Afecta a mujeres con un solo cromosoma X.
• Cuadro clínico: Genitales infantiles y esterilidad, baja estatura.
• Frecuencia: 0,3/1000 nacidos.

Alteraciones que Afectan a los Hombres (Relacionadas con el Cromosoma Y)

Síndrome de Duplo Y (XYY)

• Causa: Afecta a hombres con un cromosoma X y dos Y.
• Cuadro clínico: Malformaciones en el esqueleto (elevada estatura), ligero retraso mental y agresividad.
• Frecuencia: 1/2000 nacidos.

Síndrome de Klinefelter (XXY)

• Causa: Afecta a hombres con dos cromosomas X y uno Y.
• Cuadro clínico: Genitales pequeños y esterilidad, posible retraso mental moderado.
• Frecuencia: 0,4/1000 nacidos.

Malformaciones Congénitas

Las malformaciones congénitas o anomalías congénitas son las alteraciones de la forma, la estructura o el tamaño de los órganos durante el desarrollo fetal. Se producen por alteraciones genéticas o factores ambientales, aunque en un gran número de ellas la causa sigue siendo desconocida.

Factores Ambientales que Causan Malformaciones

Radiaciones

• Los rayos X son potentes agentes mutagénicos y causan malformaciones fetales. Deben evitarse durante el embarazo.
• Otras radiaciones ionizantes, como las que se producen en las explosiones nucleares, tienen efectos negativos sobre el desarrollo fetal.

Agentes Químicos

• Algunos medicamentos pueden atravesar la placenta y perjudicar al feto.
• El alcohol también contribuye a la aparición de malformaciones fetales.
• Algunos productos químicos han causado graves malformaciones. Por ejemplo, en el siglo XX, el mercurio presente en los peces debido a vertidos industriales en Japón causó problemas neurológicos en los hijos de mujeres embarazadas que los consumieron.

Agentes Infecciosos

• Algunos virus, como el de la rubéola y el de la varicela, atraviesan la placenta y afectan al feto. Por ello es muy importante vacunar a las niñas antes de que alcancen la edad reproductiva.
• La infección materna por el protozoo Toxoplasma (toxoplasmosis) produce malformaciones congénitas.
• La infección de una embarazada por el virus Zika puede producir microcefalia en el feto.

Malformaciones Congénitas Comunes

• Espina bífida: Malformación congénita del tubo neural (parte del embrión a partir de la cual se forman el cerebro y la médula espinal). Se caracteriza por el cierre incorrecto de algún arco vertebral posterior durante la gestación, de modo que la médula espinal queda sin protección ósea. Se cree que tiene un componente hereditario y que está asociada a un déficit de ácido fólico.
• Labio leporino: Defecto caracterizado por la presencia de una hendidura o separación en el labio superior. Se debe a un crecimiento descompensado de los dos lados del labio y, con frecuencia, se presenta acompañada de paladar hendido (con los dos huesos que lo forman sin soldar). Ocurre durante los tres primeros meses de embarazo y es uno de los defectos de nacimiento más frecuentes (constituye en torno al 15% de las malformaciones congénitas).

Diagnóstico de Enfermedades Genéticas

Las enfermedades genéticas se manifiestan en distintos momentos de la vida del individuo, generalmente antes de alcanzar la edad adulta. La mayoría suelen aparecer en la infancia, pero otras lo hacen durante el embarazo o la pubertad, e incluso en mitad de la vida. Las pruebas de diagnóstico precoz permiten aplicar tratamientos o intervenciones con el fin de evitar que la enfermedad se manifieste o de que, si lo hace, sea menos grave.

Tipos de Pruebas Genéticas

• Pruebas citogenéticas: Estudian la estructura de los cromosomas para detectar anomalías.
• Pruebas bioquímicas: Se ocupan, fundamentalmente, de indagar en la presencia de alteraciones en determinadas proteínas, lo que indicaría que ha habido algún cambio en la información genética que guía su formación.
• Pruebas moleculares: Son estudios muy complejos que analizan el ADN del individuo para detectar posibles mutaciones.

Para el estudio de las malformaciones congénitas se utiliza la ecografía, técnica de diagnóstico que consiste en dirigir hacia el feto ultrasonidos que se reflejan y transforman en imágenes en una pantalla. Permite observar los órganos y comprobar si existe en ellos alguna anomalía o malformación. Actualmente, es posible realizar ecografías tridimensionales en movimiento, consiguiendo captar imágenes del feto en el útero en 3D.

Aplicaciones de las Pruebas Genéticas

Las pruebas genéticas se utilizan en cuatro tipos de estudios:

1. Detección de la predisposición de una persona a padecer determinada enfermedad (como tipos de cáncer) mediante el estudio de sus antecedentes familiares.
2. Estudios a los futuros padres, para averiguar si son portadores de algún alelo de una enfermedad recesiva (como anemia falciforme y fibrosis quística).
3. Pruebas de diagnóstico prenatal, para conocer los cromosomas del feto y comprobar si portan alguna anomalía cromosómica o genética.
4. Detección en el recién nacido de diferentes enfermedades genéticas, es decir, diagnóstico neonatal. Para ello se le suele extraer sangre, que se analiza para diagnosticar enfermedades (como la fenilcetonuria).

La Amniocentesis

Técnica que se emplea en el diagnóstico prenatal. Consiste en extraer una muestra de líquido amniótico con el fin de estudiar las células fetales que en él se encuentran y descubrir posibles anomalías genéticas. Se realiza entre las semanas 14 y 20 del embarazo. El procedimiento incluye los siguientes pasos:

1. Se inserta una aguja a través del abdomen de la madre para extraer unos 20 ml de líquido amniótico (contiene células desprendidas del feto).
2. Se centrifuga el líquido extraído.
3. Se estudian las células fetales. También se analiza el ADN purificado.
4. Se analiza el líquido amniótico.
5. Se cultivan algunas de las células durante dos semanas en un medio adecuado.
6. Se estudia el cariotipo para la determinación de los cromosomas sexuales o cualquier alteración cromosómica.
7. El estudio bioquímico de las células ayuda a detectar la existencia de unos 40 trastornos metabólicos.

Indicaciones para la Amniocentesis

La amniocentesis está indicada en los siguientes casos:

• Mujeres que han tenido un hijo con alguna anomalía cromosómica, como el síndrome de Down, o con malformaciones, como la espina bífida.
• Parejas donde alguno de los componentes tiene antecedentes familiares de enfermedades genéticas.
• Mujeres embarazadas mayores de 35 años.