Recombinación genética.

En organismos diploides, la reproducción sexual desempeña el papel de “dados” genéticos, cuyo resultado, se manifiesta en los descendientes que se caracterizan por ser una mezcla de los genomas tanto paterno como materno, es decir, los descendientes no son copias genéticamente exactas a sus padres, pero si una combinación de ambos, tiene su propia identidad genética.

La reproducción sexual está universalmente extendida en los organismos eucariotas. Presenta una mayor eficiencia frente a la reproducción asexual o clonal por su mayor rapidez para adquirir combinaciones génicas ventajosas. La adquisición de estas nuevas combinaciones génicas se debe principalmente a una característica esencial: la meiosis. La reproducción sexual y sus divisiones meióticas acompañantes son una fuente importante de variación que se considera como una ventaja adaptativa al suministrar nuevas variaciones genéticas en ambientes que son cambiantes (Hall y Hallgrimsson, 2008). Este hecho se debe al fenómeno conocido como recombinación. La aparición de variación genética por recombinación puede ser un proceso mucho más rápido que su creación por mutación.

En relación al párrafo anterior, Kardong (2005) menciona sobre las oportunidades que se producen durante la meiosis para la formación de nuevas variaciones genéticas, cuando los cromosomas se están preparando para el “empaquetamiento” en los gametos, y más tarde durante la fecundación, cuando el óvulo se fusiona con el espermatozoide.

El proceso de recombinación se puede observar en una amplia variedad de situaciones, se puede definir en relación a la meiosis como recombinación meiótica. La recombinación meiótica es el proceso que da lugar a un producto haploide cuyo genotipo difiere de los genotipos haploides que formaron la célula meiótica diploide. El producto así generado se denomina recombinante (Griffiths, 2002).

Los recombinantes se producen mediante dos procesos celulares distintos: la segregación independiente de los cromosomas y el entrecruzamiento o “cross- over”.

Una de las mayores consecuencias de la segregación independiente es la producción de gametos que individualmente son genéticamente diferentes. El resultado de esta variación se debe a que los dos miembros de cualquier par de cromosomas homólogos son raramente genéticamente idénticos (Brooker, 2005). Por lo tanto, debido a la distribución independiente se conduce a la producción de todas las combinaciones cromosómicas posibles, es decir, una amplia diversidad genética. La recombinación por segregación independiente produce 50% de gametos no recombinantes y 50% de gametos recombinantes.

Poco después de haberse descubierto la ley de Mendel, sobre la segregación independiente de genes y de haberse reconocido la segregación o separación de grupos de genes ligados en cromosomas individuales, se produjo otro gran descubrimiento para la genética: se reconoció en D. melagnogaster (mosca de la fruta) que se podían intercambiar bloques de genes de cromosomas homólogos mediante el proceso que se dio a conocer como “entrecruzamiento genético” o “cross-over”. Exceptuando los cromosomas que determinan el sexo (cromosomas sexuales), cada núcleo diploide contiene dos versiones muy semejantes a cada uno de los otros cromosomas (autosomas), uno de los cuales proviene del padre y otro de la madre.

Es necesario recordar que cada cromosoma homólogo, paterno y materno, contiene una combinación de alelos diferente. Por medio de la generación de cromosomas nuevos que contienen parte de cada cromosoma paterno y materno homólogo, este proceso trae como consecuencia nuevas combinaciones de alelos en un cromosoma dado. A partir de la literatura (Gardne, 1998; Griffiths, 2002; Brooker, 2005; Pierce, 2005; Futuyma, 2006) el proceso de entrecruzamiento se puede describir de la siguiente forma:

Los acontecimientos de la recombinación por entrecruzamiento corresponden a la rotura e intercambio de segmentos entre dos moléculas de ADN o cromosomas homólogos (por llevar genes similares). La recombinación es un proceso al azar entre dos segmentos de ADN homólogos o para ser más precisos entre cromátidas (regularmente cromátidas no hermanas).

Las cromátidas hermanas (por estar en el mismo cromosoma), en lugar de separarse, se comportan como una unidad, como si la duplicación cromosómica no hubiese tenido lugar. Cada uno de los cromosomas homólogos duplicados se empareja con su compañero (sinapsis), formando una estructura denominada tétrada postduplicativa o bivalente, la cual posee cuatro cromátidas por cada par de cromosomas homólogos. Estos acontecimientos ocurren durante la profase I (en el estado paquíteno) de la meiosis. Los dos cromosomas homólogos duplicados permanecen conectados físicamente por unos puntos determinados. Cada uno de estos puntos, denominado quiasma, corresponde a un entrecruzamiento entre dos cromátidas no hermanas pertenecientes a un mismo par de cromosomas homólogos. Estas dos cromátidas intercambian segmentos correspondientes mediante un mecanismo de ruptura e intercambio, es decir, existe el intercambio de alelos entre cromosomas homólogos. Así, la recombinación, genera nuevas combinaciones de alelos en las secciones de ambos cromosomas donde ocurrió el intercambio de material genético. Las nuevas combinaciones de alelos provoca la variación en los gametos, y por tanto, para la expresión de nuevas variaciones en los rasgos de la descendencia.

Por lo tanto, toda variación genética tiene su origen en última instancia a la mutación, pero a corto plazo, una gran parte de la variación genética dentro de poblaciones surge a través de la recombinación.

Hasta el momento se ha hablado casi exclusivamente del material genético que conforman a los cromosomas de los organismos eucariontes que se localizan dentro del núcleo. En comparación con los eucariontes, los procariontes presentan cromosomas relativamente más sencillos que no se localizan dentro de un compartimiento como el núcleo celular. Aunado a esto los organismos procariontes presentan cromosomas monoploides, de tal forma, que no sufren meiosis. Esto nos lleva a preguntarnos, ¿las bacterias tienen algún mecanismo semejante a la reproducción sexual y a la recombinación genética? La respuesta es afirmativa, porque incluso las bacterias (procariontes) presentan mecanismos para mezclar nuevo material genético en su genoma.

Generalmente las bacterias aumentan su número por división simple o por decirlo de otra forma, nada de sexo. En la progenie resultante se encuentran esencialmente copias exactas de la bacteria original, formando clones o poblaciones de descendientes idénticos.

Sin embargo, existen tres mecanismos fundamentales mediante los cuales las bacterias pueden recombinar el material genético (Gardne, 1998). La transformación, es el proceso por el cual la bacteria capta ADN “desnudo” del entorno, es decir, fragmentos de ADN exógenos, los cuales son incorporados mediante un proceso de rotura e inserción al cromosoma bacteriano. Otro mecanismo utilizado por las bacterias se denomina como transducción, mecanismo en el cual un bacteriófago o virus bacteriano ocasionalmente toma un fragmento de ADN de una bacteria y lo transfieren en otra, de tal forma, que se puede incorporar por recombinación en su cromosoma. Un tercer mecanismo, donde se requiere del contacto físico entre dos bacterias para transferir el material genético, es conocido como conjugación. Aunque en la conjugación existe contacto físico entre dos organismos, la trasferencia de ADN no es reciproca, es decir, es unidireccional. Así, una célula bacteriana dona material genético y la otra célula lo recibe, cambiando en función de la información recibida. A partir de los mecanismos descritos, los organismos procariontes obtienen de manera significativa su gran diversidad genética.

Gracias a los avances y nuevos descubrimientos en el conocimiento del campo de la variabilidad genética, hoy día se conoce que algunos genes bacterianos pueden saltar directamente a otras bacterias, estos cortos segmentos de material genético transmisible se llaman transposones. Los transposones son otra fuente de cambio en el material genético tanto para procariontes como eucariontes (especialmente puede ocurrir entre especies diferentes y poco relacionadas filogenéticamente). Estos elementos se mueven de una posición a otra en el genoma, a este mecanismo se le conoce como transferencia horizontal de genes. Estos segmentos salen del ADN principal y se incorporan en el ADN del huésped. De ese modo, los genes nuevos se han integrado en el ADN, añadiendo variabilidad genética.

Los programas de estudios de las asignatura de Biología del CCH, no contemplan este conocimiento para ser impartido, sin embargo, es importante tener en cuenta que actualmente este fenómeno biológico contribuye de manera significativa a comprender y explicar la diversidad biológica que existe en el planeta. Por lo tanto es necesario que en la actualización y modificación de los programas de estudio de la asignatura se integren estos temas.

Fuente: Ortega Capitaine, D., & Camarena Ocampo, E. (2010). Comprensión del saber docente acerca del contenido de recombinación genética en el curso de biología III, en el Colegio de Ciencias y Humanidades plantel Azcapotzalco : una contribución para mejorar los procesos de enseñanza-aprendizaje. Recuperado de: http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=cat02029a&AN=tes.TES01000657388&lang=es&site=eds-live