Los genes, el medio ambiente y la alergia

¿Qué es un gen?

De acuerdo con el Diccionario de la lengua española, un gen es una «secuencia de ADN que constituye la unidad funcional para la transmisión de los caracteres hereditarios». Se trata de un neologismo acuñado a principios del siglo XX por el botánico danés Wilhelm Ludwig Johannsen a partir del lexema -gen-o/-a, (-γεν′ης en el griego científico): «que genera».

El ADN está compuesto por una sucesión de compuestos químicos nitrogenados, unidos a una pentosa (azúcar de cinco átomos de carbono, desoxirribosa en este caso) y a un grupo fosfato. Estas tres moléculas constituyen un nucleótido. El ADN está constituido por millones de nucleótidos alineados en dos cadenas enfrentadas, unidas entre sí y dispuestas formando una doble hélice.

Un número determinado de nucleótidos compone un gen, y el conjunto de los genes de un organismo recibe el nombre de genoma. No toda la secuencia de nucleótidos forma parte de genes. Se calcula que el ser humano posee 3x109 pares de bases y solo alrededor de unos 80.000 genes. Se estima que el 95 % del ADN es no codificante, es decir, no da lugar a un producto concreto. Los genes son los responsables de las características propias de cada individuo y también de algunas enfermedades.

¿Cuál es la estructura de los genes y qué importancia tiene en su función?

Un gen es una secuencia de ADN que incorpora las instrucciones necesarias para la producción de otras moléculas como las proteínas. Al igual que una sinfonía, el ADN podría ser considerado la partitura que contiene la información para que se ejecute la melodía. El ADN está formado por los denominados nucleótidos, que se podrían comparar con las notas de la partitura. Dentro de los genes se pueden distinguir unas regiones que se expresan, denominadas exones; y unas regiones que no se expresan, denominadas intrones, que equivaldrían a los silencios de la partitura. Para sintetizar una proteína, el ADN se transcribe, es decir, da lugar a una molécula intermedia que se denomina ARN que, a su vez, tras una serie de modificaciones da lugar a la proteína; se dice que se traduce en la proteína correspondiente. Los exones, en general, constituyen las secuencias informativas, pues indican cómo se sintetizará la proteína, tienen la información para codificar una región concreta de la proteína; por tanto, se mantienen en el ARN maduro. Por su parte, los intrones son secuencias de ADN no codificantes; es decir, no sintetizan ninguna parte de la proteína y, en consecuencia, no se expresan en el ARN maduro. No obstante, ello no significa que carezcan de importancia, como se pensó anteriormente, pues determinados cambios en las regiones intrónicas pueden influir en la proteína final. En la secuencia génica los intrones se alternan con los exones (figura 1). Los genes se localizan en los cromosomas.

Figura 1. Representación esquemática de la formación del ARN mensajero a través de intrones y exones de un gen

¿Qué es un cromosoma?

El ADN está unido a unas proteínas denominadas histonas, y a otras proteínas denominadas no histónicas. Las histonas interaccionan de una forma determinada con el ADN, constituyendo una unidad denominada nucleosoma. Se puede considerar que cada nucleosoma es como una cuenta de rosario cuyo hilo son los filamentos de ADN. A partir de aquí se producen unos plegamientos a distintos niveles, originando enrollamientos complejos sobre un armazón proteico. El resultado final son pequeñas estructuras en forma de bastoncillos denominadas cromosomas y localizadas en el núcleo de la célula (figura 2).

Figura 2. Representación esquemática de un cromosoma que muestra la secuencia genética con las señales de inicio (start) y parada (stop) de la traducción a proteína (Créditos, F. 28)

El número de cromosomas de las células no sexuales de los individuos de una especie es siempre el mismo y se denomina número diploide o 2n. Cada individuo recibe un cromosoma de su padre y otro de su madre; estos cromosomas son idénticos dos a dos (con la excepción de los cromosomas sexuales), y se denominan homólogos. El ser humano posee 46 cromosomas o 23 parejas, siendo cada uno de los cromosomas de la pareja heredado de uno de los progenitores. Estas parejas de cromosomas contienen los mismos genes, localizados en las mismas ubicaciones (denominadas loci); es decir, los organismos diploides cuentan con dos copias de cada gen, cada una ubicada en uno de los cromosomas homólogos.

¿Cómo se heredan los caracteres y las enfermedades?

Se denomina herencia a la transmisión de los caracteres de un ser vivo a sus descendientes. Esta transmisión se realiza a través del material genético almacenado en el núcleo celular y, en el caso de los organismos superiores con reproducción sexuada, el descendiente recibirá caracteres de ambos progenitores. Estos caracteres están contenidos en los genes. La herencia puede ser monogénica o poligénica.

¿Qué es la herencia monogénica?

La herencia monogénica, denominada también mendeliana, está determinada por un único gen. Puede ser autosómica, si se localiza en cualquier cromosoma (denominado autosoma), excepto en los sexuales; o ligada al sexo, si el gen se localiza en los cromosomas sexuales, X e Y. Se denomina herencia autosómica dominante cuando el rasgo o la enfermedad se expresa, aunque solo exista una copia del gen, mientras que en el caso de la herencia autosómica recesiva son necesarias dos copias, una de origen paterno y otra de origen materno, para que se exprese el rasgo o la enfermedad. Un ejemplo de herencia autosómica dominante es la enfermedad de Huntington, un trastorno progresivo del sistema nervioso. Son ejemplos de herencia autosómica recesiva la fibrosis quística o la hemocromatosis hereditaria.

La herencia es un poco más complicada en el caso de los cromosomas sexuales; en este caso, los varones poseen dos cromosomas distintos, el X y el Y, mientras que las mujeres tienen dos cromosomas X. En el caso de la herencia dominante ligada al X, la expresión de la enfermedad o el rasgo se manifiestan tanto en las mujeres homocigotas (con dos copias del gen iguales) como en heterocigotas (con dos copias del gen distintas), pero no se hereda de padre a hijo, lo que la diferencia de la herencia autosómica dominante. En el caso de la herencia recesiva ligada al X, raramente se expresa en mujeres (a menos que sean homocigotas), y normalmente afecta solo a los varones. El ejemplo más clásico es la hemofilia A.

Por último, la herencia ligada al cromosoma Y se produce cuando afecta al cromosoma Y, y únicamente se transmite de padre a hijo.

¿Qué es la herencia poligénica?

La herencia poligénica es aquella que se debe al efecto de varios genes, de forma que la expresión de un rasgo o enfermedad de herencia poligénica depende de la contribución de distintos de ellos. La manifestación visible del genotipo en un determinado ambiente se denomina fenotipo. Lo habitual es que pocos individuos expresen el fenotipo pleno y puedan existir muchas manifestaciones fenotípicas intermedias, constituyendo una variación continua (a diferencia de la herencia monogénica, en la que la variación es discontinua o discreta). Este tipo de herencia se denomina también herencia compleja. En la herencia poligénica, el medio ambiente desempeña un papel importante, por lo que estas enfermedades se denominan multifactoriales. Ejemplos de herencia poligénica son la de los patrones de la huella digital, la altura, el color de los ojos y algunas enfermedades crónicas frecuentes como la hipertensión o la diabetes mellitus. En estos casos, la combinación de alteraciones genéticas predispone a una determinada susceptibilidad ante factores ambientales.

¿Son hereditarias las enfermedades alérgicas?

Antes de considerar este aspecto, hay que hacer constar que, a efectos de la herencia, las enfermedades que se consideran alérgicas son la dermatitis atópica y la alergia respiratoria, bien como rinitis (con o sin conjuntivitis), bien como asma, o ambas. Ello es importante, porque otras entidades, como la alergia a los fármacos o la urticaria, se comportan de modo distinto.

La observación de que las enfermedades alérgicas presentan una agrupación familiar fue comunicada por primera vez por Cooke y Vander Veer en 1916, cuando compararon 504 individuos con enfermedad alérgica frente a 76 controles no alérgicos, y observaron que prácticamente la mitad de los pacientes alérgicos presentaba antecedentes familiares de alergia frente al 14 % de los controles. Los estudios realizados en gemelos, monocigóticos y dicigóticos, han reafirmado el componente genético, puesto que la concordancia en los gemelos monocigóticos (que presentan idéntica carga genética) es superior a la de los gemelos dicigóticos. Ello implica que existe un componente hereditario, pero que además hay otros factores asociados que participan en el desarrollo de las enfermedades alérgicas.

El patrón de herencia de las enfermedades alérgicas es el de las enfermedades genéticas complejas, en las cuales los factores genéticos y ambientales influyen no solamente en el desarrollo de la sensibilidad mediada por IgE, sino también en el desarrollo ulterior de síntomas clínicos a diferentes niveles, como la piel, la nariz o el pulmón.

¿Cómo se estudian los aspectos genéticos de las enfermedades?

Las enfermedades con un componente hereditario —entre las que se incluye, como se ha referido, la alergia— pueden evaluarse mediante la realización de diversos tipos de estudios. Estos estudios, han hallado más de un centenar de genes asociados al asma (muchos de ellos no replicados), cada uno de ellos con una contribución muy pequeña al riesgo de desarrollar asma. Se piensa que la contribución genética al desarrollo de asma supone un 50 % del riesgo, siendo más notoria en el asma del inicio en la infancia. Al tiempo, están cobrando cada vez más importancia las variantes no codificantes que regulan la expresión génica, que, retomando el símil de la partitura, serían los silencios. En la tabla 1 se describen genes que se han replicado en diferentes poblaciones.

Tabla 1. Genes relacionados con la alergia, identificados mediante técnicas moleculares tradicionales

¿Cuáles son los últimos avances tecnológicos para el estudio genético de las enfermedades alérgicas?

Los recientes avances tecnológicos han hecho posible pasar de las técnicas tradicionales de biología empleadas para estudiar los organismos vivos a las aproximaciones sistemáticas de alto rendimiento. Las herramientas que permiten estudiar los diferentes y complejos niveles moleculares de los organismos mediante la generación de gran cantidad de información en un corto período de tiempo dan lugar a las ciencias ómicas.

¿Qué son las ciencias ómicas?

El término ómico hace referencia a un abordaje orientado a la totalidad o a un conjunto de elementos. Entre las ciencias ómicas más establecidas destacan la genómica, epigenómica, transcriptómica, proteómica, metabolómica, microbiómica y exposómica, que estudian específicamente genes, epigenoma, transcriptoma, proteínas, moléculas pequeñas, microorganismos y exposiciones ambientales, respectivamente. Los avances en la bioinformática y el análisis computacional han permitido el estudio, la integración, y la interpretación de los datos. Se han desarrollado redes reguladoras y modelos de vías biológicas para integrar el conocimiento derivado de las distintas ciencias ómicas a fin de conseguir una visión holística y detallada del individuo desde un punto de vista molecular, lo que abre la posibilidad de una medicina personalizada o de precisión basada en las características individuales de cada paciente.

¿Qué es la genómica?

La genómica es el estudio de las funciones e interacciones de todos los genes en el genoma. Los estudios de asociación de genoma completo (GWAS) han ayudado a identificar variantes génicas asociadas a las enfermedades alérgicas. Gracias a un esfuerzo colaborativo se han desarrollado recursos informáticos y bases de datos públicas como el Proyecto Internacional HapMap, que permite el acceso a todos los investigadores, a fin de que puedan encontrar genes asociados a la enfermedad y las respuestas a los medicamentos. También está disponible una base de datos sobre los estudios de asociación de genoma completo (GWAS, del inglés Genome-Wide Association Study) publicados.

¿Qué son los estudios de asociación en genoma completo?

Los estudios de asociación en genoma completo (GWAS) han supuesto un notable avance en la investigación genética de las enfermedades alérgicas. De forma tradicional, la tecnología de las micromatrices (microarrays), ha permitido analizar cientos de miles de polimorfismos repartidos por todo el genoma, en busca de las variantes que se asocien a la susceptibilidad de padecer una determinada enfermedad compleja o alguno de sus síntomas. Este tipo de estudios ha identificado potenciales genes candidatos relacionados con un riesgo moderado, y no necesitan reclutar y fenotipar gran número de familias, de modo que consiguen una potencia estadística superior para un mismo tamaño muestral. Sin embargo, estos estudios requieren herramientas estadísticas que permitan procesar esa enorme cantidad de datos. La necesidad de trabajar con muestras tan grandes, independientemente de su buena caracterización, puede llevar a una enorme heterogeneidad en las influencias ambientales, muy importantes en el desarrollo de enfermedades complejas como el asma.

¿Qué han aportado los GWAS a la genética de las enfermedades alérgicas?

El desarrollo de este tipo de estudios supuso una revolución en el conocimiento general de las enfermedades complejas. Los resultados de los GWAS en muestras de gran tamaño de niños y adultos asmáticos han permitido identificar variaciones génicas que han sido replicadas en diferentes poblaciones. Algunas de estas variantes génicas ya habían sido previamente asociadas a la enfermedad y además se han descubierto nuevos genes que contribuyen al riesgo de padecer enfermedades alérgicas. A modo de ejemplo, en GWAS de niños con asma y exacerbaciones agudas se identificó el gen CDHR3 (7q22.3). Estudios posteriores identificaron este gen como un receptor para el Rhinovirus C (RV-C) y al gen CDHR3 asociado específicamente con enfermedades respiratorias en los primeros tres años de vida asociadas al RV-C. En la tabla 2 se especifican los genes que han sido replicados en distintos GWAS.

Nota: Se han ordenado los genes según el número de replicaciones de mayor a menor.

Tabla 2. Principales genes replicados en distintos estudios de genoma completo (GWAS) en las enfermedades alérgicas

¿Qué hemos aprendido de los GWAS en las enfermedades alérgicas?

Durante las últimas décadas se ha encontrado que una porción significativa del riesgo de padecer una enfermedad está causada por variantes que alteran la expresión génica. Sin embargo, algunas de las limitaciones de los GWAS se refieren a que identifican variantes comunes que tienen pocos efectos fenotípicos, y no variantes raras que tienen potencialmente mayores efectos fenotípicos y podrían ser nuevas dianas terapéuticas para futuros tratamientos. Otra limitación es que la mayoría de GWAS se han realizado en poblaciones con antepasados europeos, por lo que la información de que se dispone sobre la arquitectura genética del asma está basada en este continente, mientras que poco se sabe sobre África, Asia o poblaciones mixtas. De hecho, variaciones en genes identificados en poblaciones europeas no han sido replicados en otras poblaciones no europeas. Es necesario estudiar poblaciones de diferentes etnias para identificar genes de susceptibilidad de asma comunes o específicos en cada población para reconocer más patrones globales del riesgo de padecer asma. Entre las nuevas tecnologías de alto rendimiento destaca la Secuenciación Masiva, que permite analizar desde genes aislados hasta todos los genes que constituyen el genoma. Al tratarse de un abordaje completo de la secuencia, siguiendo el símil de todas las notas de la partitura, proporciona una información más amplia que supera muchas de las limitaciones de los microarrays, lo que permite profundizar en la investigación sobre la influencia de los genes en las enfermedades alérgicas.

¿Cuál es la influencia del medio ambiente en el desarrollo de las enfermedades alérgicas?

Aun con los más potentes estudios genéticos no se puede explicar el desarrollo de las enfermedades alérgicas de origen hereditario. Esta heredabilidad perdida ha de ser explicada por otros medios. En este sentido, desde principios del siglo XX y sobre todo a partir de su segunda mitad, especialmente en los países desarrollados, se ha observado un notable incremento de las enfermedades alérgicas, hasta el punto de adquirir proporciones epidémicas. Se considera que este período de tiempo es demasiado breve para que la causa subyacente sea una alteración genética.

En 1989, Strachan formuló la hipótesis de la higiene, según la cual el aumento en la prevalencia de las enfermedades alérgicas se debe a una disminución en el número de infecciones que sufren los individuos, gracias a las políticas de prevención, al desarrollo de patrones de limpieza y al tratamiento antibiótico, entre otras posibilidades. El mecanismo subyacente sería que las enfermedades infecciosas inducirían una respuesta inmunitaria opuesta a la que se desencadena en las enfermedades alérgicas, por lo que su ausencia supondría un desequilibrio hacia el desarrollo de este tipo de respuestas.

Aunque no está del todo demostrado que esta teoría sea cierta (y cuenta con algunos datos en contra), lo que está ampliamente aceptado es que las interacciones entre el genoma y los factores ambientales durante la vida, en particular durante etapas tempranas y posiblemente en el útero materno, influyen de forma relevante en el desarrollo de las enfermedades alérgicas. Según esto, el riesgo de padecer asma u otras enfermedades alérgicas de un individuo podría depender de la respuesta de sus genes a las exposiciones ambientales.

¿Qué factores ambientales influyen en las enfermedades alérgicas?

No se conocen con exactitud los factores ambientales que influyen en las enfermedades alérgicas. Los que se consideran más importantes son la exposición al humo del tabaco —activa o pasiva—, en especial en las etapas más precoces del desarrollo; los agentes contaminantes atmosféricos (ozono, partículas diésel, SO2, NO2), la exposición a los alérgenos y la exposición a agentes microbianos (tabla 3). El caso de las infecciones víricas es más complejo. Antes se ha mencionado que la exposición a microorganismos en determinadas etapas de la vida puede resultar protectora frente al desarrollo de enfermedades alérgicas. Sin embargo, hay estudios recientes que han observado que este aspecto puede estar matizado o influido por la carga genética del individuo. Así, por ejemplo, dependiendo de un polimorfismo ubicado en el gen CD14 (que codifica la proteína CD14, que reconoce al lipopolisacárido bacteriano, proteína propia de las bacterias y que no se encuentra presente en el ser humano), los individuos pueden reaccionar con respuestas diferentes: los sujetos homocigotos para un determinado polimorfismo presentan menores niveles de IgE (y por tanto de alergia) cuando se exponen a niveles elevados de lipopolisacárido bacteriano; sin embargo, cuando se exponen a niveles bajos de este, manifiestan niveles elevados de IgE. Como se ha especificado anteriormente, parece ser importante la edad a la que se produce la exposición. Esto sugiere que ni la exposición o la genética por sí mismas son suficientes para influir en el riesgo de padecer asma u otras enfermedades alérgicas, sino que es la interacción entre ambas la que determina la protección o el riesgo, y que los efectos específicos del genotipo pueden variar en diferentes ambientes. Se han realizado también estudios de interacción de genoma completo (GWIS). De esta manera se identificaron nuevos genes, como el gen IRF1 (5q31,1), asociado al riesgo de padecer asma en hombres y el gen RAP1GAP1 (1q36,12), asociado en el caso de las mujeres. En la tabla 3 se exponen algunos ejemplos de exposición ambiental y carga genética.

Tabla 3. Ejemplos de interacciones entre ambiente y genes

¿Qué es la epigenética?

No todo el mundo que presenta una predisposición genética a tener una enfermedad alérgica finalmente la desarrolla. Diferentes estudios se centran en analizar potenciales factores protectores. En este sentido es necesario entender los mecanismos celulares y moleculares a través de los cuales los factores ambientales influyen en el inicio o el mantenimiento de la enfermedad. Los mecanismos epigenéticos pueden explicar las respuestas inmunitarias observadas a lo largo de la vida y el impacto de los factores ambientales en el desarrollo de la enfermedad. Se podría definir la epigenética, al menos desde un punto de vista funcional, como el conjunto de procesos que alteran la expresión de un gen sin modificar la secuencia del ADN.

¿Cuáles son los mecanismos epigenéticos más importantes?

El ADN constituye una estructura compleja, con unas proteínas denominadas histonas que lo rodean. Según sea la disposición de las histonas, el gen puede o no expresarse. Es decir, puede ejercer o no la función que tiene encomendada. Es como si un cirujano se calzara unas manoplas muy gruesas; evidentemente, no podría operar a menos que se las quitase. Existen otros mecanismos epigenéticos, además de los ligados a las histonas, que consisten en modificaciones químicas, como la metilación del ADN entre otras.

La metilación del ADN consiste en la adición de un grupo metilo en el residuo citosina (C) en una secuencia de ADN donde un nucleótido C está seguido de un nucleótido guanina (G). Esta secuencia se denomina CpG. En el genoma es frecuente encontrar regiones densas de estas secuencias CpG, que se denominan islas CpG y suelen localizarse en zonas implicadas en la regulación de la transcripción. Bajos niveles de metilación suelen estar asociados a una alta expresión de los genes, mientras que altos niveles de metilación en estas regiones CpG están asociados a una baja expresión o silenciamiento de los genes. Además de estos mecanismos epigenéticos clásicos, los microARN (miARN) son también importantes reguladores de la expresión génica.

¿Qué son los miARN?

Los miARN son pequeñas moléculas, de tan solo 22 nucleótidos, de ARN no codificante. Son muy abundantes: de hecho, se han caracterizado más de 2.500 moleculas de miARN en el genoma humano. Estos miARN ejercen su función silenciando genes cuya secuencia es complementaria. Se ha descrito ampliamente la implicación patológica de los miARN en diferentes enfermedades incluidas las enfermedades alérgicas. El análisis de los perfiles de miARN en los pacientes alérgicos puede ser una importante herramienta de diagnóstico, así como las posibles aplicaciones terapéuticas de su actividad de silenciamiento de genes. En nuestro grupo, hemos identificado un tipo de ARN no codificantes llamados YARN que están implicados en la replicación del ADN y la estabilidad que regula la expresión génica. Hemos descrito por primera vez diferencias en expresión de los YARN en pacientes alérgicos frente a controles, por lo que este estudio abre un nuevo campo de investigación de estos YARN como posibles biomarcadores, dianas terapéuticas y moléculas con impacto patológico latente en la alergia.

¿Cómo interactúan los genes y el ambiente?

Se cree que los distintos factores ambientales pueden actuar provocando modificaciones que afecten a la expresión de los genes sin variar la secuencia del ADN. En los últimos años los estudios de epigenética en las enfermedades alérgicas han crecido exponencialmente gracias al potencial uso de las marcas epigenéticas como biomarcadores o el uso terapéutico del código epigenético. Se ha observado que algunos factores de la dieta, como la ingestión de ácido fólico, pueden modular la metilación, y algunas investigaciones han relacionado la ingestión de ácido fólico, especialmente durante el embarazo, con el desarrollo posterior de enfermedades alérgicas. La exposición al polen, a contaminantes ambientales y a algunos medicamentos, entre otras exposiciones, pueden producir cambios epigenéticos. La metilación del gen CD14 y su relación con los niveles de expresión en la placenta sugiere una regulación epigenética intrauterina en función del estilo de vida de las madres; así, la vida en un ambiente de granja tendría un efecto protector frente al desarrollo de enfermedades alérgicas.

En nuestro grupo, en un estudio realizado en pacientes con asma, hemos podido observar diferencias interesantes en el patrón de metilación del ADN en un grupo de células sanguíneas denominadas linfocitos B en pacientes con asma alérgica, respecto a los pacientes con asma no alérgica. El tabaco es otro factor que se ha relacionado con la modulación de la metilación. Se han realizado estudios de asociación de epigenoma completo (EWAS) que identificó un diferente patrón de metilación en relación con el tabaco en el embarazo. Estas marcas de metilación se encontraron en más de 2.000 genes que no habían sido previamente relacionados con el hábito tabáquico como factor de riesgo de padecer enfermedades alérgicas.

¿Qué han aportado los EWAS al estudio de las enfermedades alérgicas?

Considerando que el desarrollo de las enfermedades alérgicas está determinado por las interacciones entre los genes y los factores ambientales, se deben tener en cuenta tanto las variaciones epigenéticas como la variabilidad genética. De este modo se ha ampliado el conocimiento sobre la funcionalidad de la región 17q21, la región asociada con el riesgo de padecer asma en la infancia más replicada por GWAS. Se encontraron diferentes patrones de metilación entre niños y niñas en el gen ZPBP2, con niveles más bajos de metilación en niños que en niñas y que disminuían con la edad.

Se han realizado pocos EWAS en otras enfermedades alérgicas, a excepción del asma, y la mayoría se ha realizado con pocos individuos, por lo que los resultados no se han replicado en otras poblaciones. Esto puede deberse a una deficiente clasificación de los pacientes en los diferentes endotipos, introduciendo cierta heterogeneidad en la población. Por otra parte, algunos EWAS han estratificado correctamente a pacientes alérgicos y controles según los marcadores de metilación del ADN, con un mayor poder diferencial que con marcadores de expresión génica.

Aunque aún hay mucho que mejorar en su diseño, los EWAS han supuesto un avance para descifrar el papel de la epigenética en las enfermedades alérgicas. El desarrollo de nuevas generaciones de micromatrices de metilación de ADN, junto con el descenso en el coste de la secuenciación del genoma, permitirán una mayor investigación en los próximos años y la información obtenida probablemente tendrá un impacto en la práctica clínica.

¿Qué es la epigenómica?

La epigenómica es el campo orientado al abordaje los factores epigenéticos en su conjunto, que recogen la información sobre los cambios de expresión heredables sin que haya cambios en la secuencia genética (metilación, modificación de histonas y ARN no codificantes mediante silenciamiento, etc.). La epigenómica se ha convertido en una ciencia esencial para entender mejor el cuerpo humano y las bases de las enfermedades. Bases de datos como el atlas de epigenoma humano albergan datos de micromatrices de metilación y resultados de secuenciación disponibles para los investigadores.

¿Qué es la transcriptómica?

La trascriptómica hace referencia al estudio de la expresión de los genes en su conjunto. La secuenciación de ARN o ARN-seq, utiliza la tecnología de la secuenciación masiva (Next Generation Sequencing, NGS), previamente comentada, pero en lugar de analizar el ADN se dirige a la identificación del ARN en una muestra biológica concreta en un momento determinado (figura 3). Permite medir los cambios de expresión a lo largo del tiempo o diferencias de expresión en diferentes tejidos, grupos de pacientes o tratamientos. En nuestro laboratorio hemos realizado un estudio transcriptómico de linfocitos B de sangre periférica en pacientes con asma alérgica por ácaros del polvo. Encontramos genes que se expresaban más en pacientes alérgicos que en controles, destacando el gen que codifica el receptor de la interleucina 4 (IL4R), que desempeña un importante papel en la activación de los linfocitos B, la producción de IgE y las reacciones de hipersensibilidad.

Figura 3. Equipo de secuenciación masiva NextSeq 500 que permite realizar secuenciaciones de exomas (ADN que codifica proteínas), genomas completos (ADN) y transcriptomas (ARN) (Créditos, F. 29)

¿Qué es la proteómica?

La proteómica estudia el conjunto de proteínas expresadas por un genoma, una célula o un tejido. La disponibilidad de técnicas de alta resolución en separación y análisis de proteínas ha generado un gran volumen de datos que permiten el estudio a gran escala de la función de los genes a nivel de proteína. En el área de la biomedicina esto tiene un enorme potencial para el desarrollo de métodos de diagnóstico de enfermedades y búsqueda de dianas para el diseño de nuevas terapias. Con la ayuda de la proteómica se han identificado más de 850 alérgenos ambientales y alimentarios, cuya información se encuentra en bases de datos como

www.allergome.org. La proteómica también ha ayudado a comprender la reactividad cruzada entre alérgenos: por ejemplo, 4 péptidos del alérgeno de la leche de vaca (α-caseína) y 3 péptidos de la leche de soja (Gly m 5) comparten una secuencia central, lo que sugiere que son responsables de la alergenicidad cruzada entre la leche de vaca y la leche de soja.

¿Qué es la metabolómica?

La metabolómica estudia los metabolitos de pequeño tamaño como los aminoácidos, ácidos grasos y carbohidratos entre otros, que se encuentran en orina, suero, plasma, fluidos respiratorios, entre otros, y su relación con la enfermedad. En las enfermedades alérgicas se han estudiado principalmente en asma y dermatitis atópica. El uso de perfiles metabolómicos en pacientes con asma ha permitido identificar variantes de SNP en el locus 17q21 que se relacionaban con la presencia de metabolitos como las fosfatidilcolinas. La integración de análisis metabolómicos y genéticos ayudan a comprender los mecanismos de la enfermedad en el plano funcional y molecular.

¿Qué es el microbioma?

El microbioma es el conjunto de genes de los microorganismos (bacterias, virus, hongos), también llamados microbiota, que colonizan el cuerpo humano. El microbioma de la piel en la dermatitis atópica es uno de los más estudiados. Un trabajo reveló que la diversidad de la microbiota de la piel es indicativo de la mejoría tras los tratamientos. Durante la exacerbación de la enfermedad se producía un incremento de las secuencias correspondientes a la bacteria Staphylococcus aureus y se correlacionó con la gravedad de la enfermedad.

¿Qué es el exposoma?

El exposoma se define como la totalidad de las exposiciones ambientales que tienen lugar a lo largo de la vida. Los estudios ómicos del ser humano necesitan del exposoma para explicar el incremento de las enfermedades alérgicas en los países industrializados. Estudios de cohortes de recién nacidos han revelado que la exposición prenatal a antibióticos a través de la madre puede asociarse al incremento en el riesgo de sufrir dermatitis atópica. La exposición, tanto prenatal como posnatal, a los antibióticos puede influir en la diversidad de la microbiota intestinal de los neonatos, lo que podría conducir a la manifestación posterior de enfermedades atópicas. Recientemente se están desarrollando numerosos estudios del exposoma para conocer los biomarcadores de exposición a factores de riesgo ambientales de las enfermedades alérgicas.

En definitiva, el desarrollo de las ciencias ómicas está impactando de forma notable en el estudio de las enfermedades alérgicas, y permite grandes avances en el conocimiento de la enfermedad, lo que sin duda repercutirá no solo en el diagnóstico sino también en el tratamiento de las mismas. En la figura 4 puede observarse una representación de las diferentes ómicas y su campo de aplicación.

Figura 4. Tecnologías ómicas. Representación de las diferentes ómicas y su campo de aplicación