Cariotipo: para qué sirve, tipos, cómo se realiza
El cariotipo es una fotografía del conjunto completo de cromosomas metafásicos que detalla aspectos del número y de la estructura de los mismos. La rama de las ciencias médicas y biológicas que se encarga del estudio de los cromosomas y las enfermedades relacionadas con estos se conoce como citogenética.
Los cromosomas son las estructuras en las cuales se organizan los genes contenidos en las moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN). En los eucariotas están compuestos por cromatina, un complejo de proteínas histonas y ADN que está empaquetado dentro del núcleo de todas las células.
Las células de todo ser vivo en la Tierra poseen un número particular de cromosomas. Las bacterias, por ejemplo, tienen uno solo de forma circular, mientras los humanos poseen 46 organizados en 23 pares; y algunas especies de aves poseen hasta 80 cromosomas.
A diferencia de los seres humanos, las células vegetales, por lo general, poseen más de dos juegos de cromosomas homólogos (iguales). Este fenómeno se conoce como poliploidía.
Todas las instrucciones necesarias para el crecimiento y el desarrollo de los seres vivos, unicelulares o pluricelulares, están contenidas en las moléculas de ADN que están enrolladas en los cromosomas. De aquí surge la importancia del conocimiento de su estructura y de sus características en una especie o en cualquiera de sus individuos.
El término cariotipo fue empleado por primera vez durante la década de 1920 por Delaunay y Levitsky para designar la suma de las propiedades físicas características de los cromosomas: número, tamaño y peculiaridades estructurales de estos.
Desde entonces, es utilizado con el mismo fin en el contexto de la ciencia moderna; y el estudio del mismo acompaña muchos procesos del diagnóstico clínico de diversas enfermedades en el hombre.
Índice del artículo
- 1 Cariotipo humano
- 2 ¿Para qué sirve el cariotipo?
- 3 Tipos de cariotipos
- 4 ¿Cómo se realiza un cariotipo?
- 5 Alteraciones cromosómicas
- 6 Enfermedades humanas detectadas con cariotipos
- 7 Referencias
Se conoce como cariotipo humano al conjunto de los 46 cromosomas (23 pares) que conforman el genoma humano y que se ordenan gráficamente de acuerdo a características como tamaño y patrón de bandeo, que se hace evidente gracias al empleo de técnicas especiales de tinción.
De los 23 pares de cromosomas, solo del 1 al 22 se ordenan por orden de tamaño. En las células somáticas, es decir, en las células no sexuales, se encuentran estos 22 pares y, dependiendo del sexo del individuo, ya sea hombre o mujer, se añade un par de cromosomas X (mujeres) o el par XY (hombres).
Los pares del 1 al 22 se denominan cromosomas autosómicos y son los mismos en ambos sexos (masculino y femenino), mientras que los cromosomas sexuales, el X y el Y, son diferentes entre sí.
La utilidad principal de un cariotipo es el conocimiento detallado de la carga cromosómica de una especie y de las características de cada uno de sus cromosomas.
Aunque algunas especies sean polimórficas y poliploides en relación a sus cromosomas, es decir, que poseen formas y número variables de estos a lo largo de su ciclo de vida, el conocimiento del cariotipo usualmente permite inferir mucha información importante acerca de ellas.
Gracias al cariotipo pueden diagnosticarse los cambios cromosómicos a “gran escala” que involucran grandes fragmentos de ADN. En los humanos, muchas enfermedades o condiciones de discapacidad mental y otros defectos físicos están relacionadas con severas alteraciones cromosómicas.
Los cariotipos se describen de acuerdo con la notación avalada por el Sistema Internacional de Nomenclatura Citogenética Humana (ISCN, del inglés International System of Human Cytogenetic Nomenclature).
En este sistema el número que se asigna a cada cromosoma tiene que ver con su tamaño, y por lo general se ordenan de mayor a menor. Los cromosomas son presentados en los cariotipos como parejas de cromátidas hermanas con el brazo pequeño (p) mirando hacia arriba.
Los tipos de cariotipos se distinguen por las técnicas que se emplean para obtenerlos. Por lo general la diferencia radica en los tipos de tinción o “etiquetado” utilizados para diferenciar un cromosoma de otro.
A continuación un breve resumen de algunas de las técnicas conocidas hasta la actualidad:
En esta se utilizan tintes como Giemsa y orceína para teñir los cromosomas uniformemente. Fue muy empleada corrientemente hasta principios de 1970, puesto que eran los únicos tintes conocidos para la época.
Es la técnica más empleada en la citogenética clásica. Los cromosomas son digeridos previamente con tripsina y luego son teñidos. El patrón de bandas obtenido tras la tinción es específico para cada cromosoma y permite realizar estudios detallados acerca de su estructura.
Existen métodos alternativos a la tinción Giemsa, pero que arrojan resultados muy similares, como son el bandeo Q y el bandeo reverso R (donde las bandas oscuras que se observan son las bandas claras que se obtienen con el bandeo G).
Tiñe específicamente la heterocromatina, especialmente la que se halla en los centrómeros. También tiñe algún material en los brazos cortos de los cromosomas acrocéntricos y la región distal del brazo largo del cromosoma Y.
Se emplea para identificar el cromosoma X inactivo e implica la adición de un análogo de nucleótidos (BrdU).
Se ha empleado históricamente para identificar las regiones de organización nucleolar que contienen muchas copias de ARN ribosomal y que se encuentran en las regiones centroméricas.
Es una técnica de tinción fluorescente que distingue la heterocromatina de los cromosomas 1, 9, 15, 16 y del cromosoma Y en los humanos. Se emplea especialmente para distinguir la duplicación invertida del cromosoma 15.
Reconocida por ser el mayor avance citogenético después de los años 90, es una poderosa técnica mediante la cual se pueden distinguirse deleciones submicroscópicas. Emplea sondas fluorescentes que se unen específicamente a las moléculas de ADN cromosómico, y existen múltiples variantes de la técnica.
También emplea sondas fluorescentes para etiquetar diferencialmente el ADN, pero utiliza patrones de comparación conocidos.
Otras técnicas más modernas no implican directamente el análisis de la estructura cromosómica, sino más bien el estudio directo de la secuencia del ADN. Entre estas están los microarreglos, la secuenciación y otras técnicas basadas en amplificación por PCR (reacción en cadena de la polimerasa).
Existen diversas técnicas para realizar el estudio de los cromosomas o el cariotipo. Unas son más sofisticadas que otras, ya que permiten detectar pequeñas alteraciones imperceptibles por los métodos más comúnmente empleados.
Los análisis de citogenética para obtener el cariotipo se realizan comúnmente a partir de las células presentes en la mucosa bucal o en la sangre (empleando los linfocitos). En el caso de los estudios realizados en neonatos, de estos se toman muestras del fluido amniótico (técnicas invasivas) o a partir de las células sanguíneas fetales (técnicas no invasivas).
Las razones por las cuales se realiza un cariotipo son diversas, pero muchas veces se hacen con propósitos de diagnóstico de enfermedades, estudios de fertilidad, o para averiguar las causas de abortos recurrentes o muertes fetales y cánceres, entre otros motivos.
Los pasos para realizar una prueba de cariotipo son los siguientes:
1-Obtención de la muestra (sea cual sea la fuente de esta).
2-Separación de las células, paso de vital importancia especialmente en las muestras sanguíneas. En muchos casos es necesario separar las células divididas de las células en división empleando reactivos químicos especiales.
3-Crecimiento de las células. A veces es necesario hacer crecer las células en un medio de cultivo adecuado para obtener una mayor cantidad de estas. Ello puede llevar más de un par de días, dependiendo del tipo de muestra.
4-Sincronización de las células. Para observar los cromosomas condensados en todas las células cultivadas al mismo tiempo es necesario “sincronizarlas” mediante tratamientos químicos que detienen la división celular cuando los cromosomas están más compactos y, por lo tanto, visibles.
5-Obtención de los cromosomas a partir de las células. Para verlos al microscopio, los cromosomas deben ser “sacados” de las células. Esto se logra usualmente con el tratamiento de estas con soluciones que hacen que estallen y se desintegren, dejando libres a los cromosomas.
6-Tinción. Como se resaltó anteriormente, los cromosomas deben ser teñidos por una de muchas técnicas disponibles en aras de poder observarlos bajo el microscopio y realizar el estudio correspondiente.
7-Análisis y conteo. Los cromosomas son observados detalladamente para determinar su identidad (en el caso de conocerla con anticipación), sus características morfológicas como tamaño, posición del centrómero y patrón de bandeo, el número de cromosomas en la muestra, etc.
8-Clasificación. Una de las tareas más arduas de los citogenetistas es la de la clasificación de los cromosomas mediante la comparación de sus características, ya que es necesario determinar cuál cromosoma es cuál. Esto se debe a que, como hay más de una célula en la muestra, habrá más de un par del mismo cromosoma.
Antes de describir las diferentes alteraciones cromosómicas que pueden existir y sus consecuencias para la salud humana, es necesario familiarizarse con la morfología general de los cromosomas.
Los cromosomas son estructuras de apariencia lineal y poseen dos “brazos”, uno pequeño (p) y otro más grande (q) que están separados entre sí por una región conocida como centrómero, un sitio especializado de ADN que participa en el anclaje del huso mitótico durante la división celular mitótica.
El centrómero puede ubicarse en el centro de los dos brazos p y q, lejos del centro o próximo a alguno de sus extremos (metacéntrico, submetacéntrico o acrocéntrico).
En los extremos de los brazos cortos y largos los cromosomas poseen unas “capuchas” conocidas como telómeros, que son secuencias de ADN particulares ricas en repetidos TTAGGG y que se encargan de proteger el ADN y prevenir la fusión entre cromosomas.
Al comienzo del ciclo celular, los cromosomas se observan como cromátidas individuales, pero a medida que la célula se replica se forman dos cromátidas hermanas que comparten el mismo material genético. Son estas parejas cromosómicas las que se observan en las fotografías de los cariotipos.
Los cromosomas poseen diferentes grados de “empaquetamiento” o “condensación”: la heterocromatina es la forma más condensada y es transcripcionalmente inactiva, mientras que la eucromatina corresponde a las regiones más laxas y es transcripcionalmente activa.
En un cariotipo cada cromosoma se distingue, como se ha resaltado anteriormente, por su tamaño, por la posición de su centrómero y por el patrón de bandeo cuando se tiñen con diferentes técnicas.
Desde el punto de vista patológico se pueden especificar alteraciones cromosómicas puntuales que son regularmente observadas en las poblaciones humanas, aunque otros animales, plantas, e insectos no están exentos de estas.
Las anomalías tienen que ver, muchas veces, con deleciones y duplicaciones de regiones de un cromosoma o de cromosomas completos.
Dichos defectos se conocen como aneuploidías, que son las alteraciones cromosómicas que implican la pérdida o la ganancia de un cromosoma completo o de partes de este. Las pérdidas se conocen como monosomías y las ganancias como trisomías, y muchas de estas son letales para los fetos en formación.
Pueden darse casos también de inversiones cromosómicas, donde el orden de la secuencia de genes cambia por rupturas y reparaciones erróneas simultáneas de alguna región del cromosoma.
Las translocaciones también son alteraciones cromosómicas que implican cambios de grandes porciones de cromosomas que se intercambian entre cromosomas no homólogos y pueden o no ser recíprocas.
También existen alteraciones que se relacionan con daños directos en la secuencia de los genes contenidos en el ADN cromosómico; e incluso existen algunas relativas a los efectos de las “marcas” genómicas que puede traer consigo el material heredado de alguno de los dos progenitores.
El análisis citogenético de las alteraciones cromosómicas antes y después del nacimiento es esencial para el cuidado clínico integral de los infantes, sin importar la técnica que se emplee para tal fin.
El síndrome de Down es una de las patologías más comúnmente detectadas a partir del estudio del cariotipo, y tiene que ver con la no-disyunción del cromosoma 21, por lo que también se conoce como trisomía 21.
Algunos tipos de cáncer se detectan mediante el estudio del cariotipo, en vista de que se relacionan con cambios cromosómicos, especialmente con la deleción o duplicación de genes involucrados directamente con los procesos oncogénicos.
Ciertos tipos de autismo son diagnosticados a partir del análisis del cariotipo y se ha demostrado que, en los humanos, la duplicación del cromosoma 15 está implicada en algunas de estas patologías.
Entre otras patologías asociadas con deleciones en el cromosoma 15 se encuentra el síndrome de Prader-Willi, que provoca síntomas como la carencia de tono muscular y deficiencias respiratorias en infantes.
El síndrome del “llanto de gato” (del francés cri-du-chat) implica la pérdida del brazo corto del cromosoma 5 y uno de los métodos más directos para su diagnóstico es a través del estudio citogenético del cariotipo.
La translocación de partes entre los cromosomas 9 y 11 caracteriza a los pacientes que sufren de trastorno bipolar, relacionado específicamente con la interrupción de un gen en el cromosoma 11. Otros defectos en este cromosoma también se han observado en diversas fallas de nacimiento.
Según un estudio realizado por Weh y colaboradores en 1993, más del 30% de los pacientes que sufren de mieloma múltiple y de leucemia en las células plasmáticas presentan cariotipos con cromosomas cuyas estructuras son aberrantes o anormales, especialmente en los cromosomas 1, 11 y 14.
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