Diferencias entre Gemelos Idénticos y Mellizos: Explorando la Genética y el Entorno
Cada año, hermanos y hermanas gemelos de todo el planeta viajan a Twinsburg (Ohio, Estados Unidos) para participar en el Festival Twins Days, que es la mayor reunión de gemelos del mundo.
El Aumento de los Nacimientos de Gemelos
Entre 1915 y 1980, aproximadamente, uno de cada 50 bebés nacidos en Estados Unidos fue gemelo. Desde entonces, esa cifra se ha disparado a uno de cada 30, y no hay indicios de que vaya a disminuir. En el 2015, España llegó a colocarse en el tercer puesto mundial en cuanto a nacimiento de gemelos con una tasa media del 4% de partos. Aunque sigue siendo poco frecuente, el espectacular aumento de los nacimientos de gemelos puede acarrear más consecuencias negativas para la salud de las madres de gemelos y sus hijos, como partos prematuros y bajo peso al nacer.
La Importancia de los Estudios de Gemelos
Para los genetistas, los nacimientos de gemelos son algo que celebrar. Los gemelos proporcionan un tesoro de información biológica que la comunidad científica no podría obtener en ningún otro lugar. Son valiosos para ayudar a los científicos a comprender enfermedades y otras afecciones, como los trastornos alimentarios, la obesidad, la orientación sexual y diversos rasgos psicológicos.
Los estudios de gemelos también pueden aportar a los investigadores nuevos conocimientos sobre cómo afectan los distintos estilos de vida y hábitos a dos personas con el mismo patrón genético. El estudio de gemelos es muy útil para examinar los efectos de los factores genéticos y ambientales que pueden influir en los rasgos hereditarios de una generación a otra.
Gemelos: Naturaleza vs. Crianza
Por eso los gemelos se encuentran a menudo en primera línea del debate naturaleza-nutrición. Durante décadas se ha discutido si los genes (naturaleza) o el entorno (crianza) influyen más en lo que somos. Los estudios sobre gemelos nos dan una pista.
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Los gemelos idénticos o monocigóticos comparten el 99,99% de su ADN. Se parecen, o casi. Tienen el mismo color de ojos, el mismo color de pelo, casi todo igual. Los gemelos fraternos o dicigóticos comparten el 50% de sus genes.
Si los gemelos idénticos comparten un rasgo en mayor medida que los fraternos, se puede concluir que el gen en cuestión influyó significativamente en ese rasgo. Por otra parte, si tanto los gemelos idénticos como los fraternos comparten un rasgo por igual, lo más probable es que haya sido el entorno, y no los genes, el que haya influido en ese rasgo concreto.
Los gemelos idénticos también pueden ayudar a los científicos a determinar cómo influye el entorno en el funcionamiento de un gen, lo que a su vez puede ayudarles a averiguar si determinados rasgos o enfermedades dependen más de la genética o del entorno.
En 2015, la revista Nature Genetics realizó una revisión exhaustiva de estudios de gemelos de todo el mundo. Los investigadores concluyeron que, por término medio, los factores ambientales y genéticos tienen las mismas probabilidades de influir en los rasgos de una persona y en las enfermedades que puede padecer.
El Estudio de los Gemelos Astronautas Kelly
Scott y Mark Kelly fueron una vez hermanos gemelos idénticos. Pero Scott Kelly pasó un año en órbita terrestre a bordo de la Estación Espacial Internacional y todo cambió. Cuando aterrizó, era cinco centímetros más alto, tenía mucha menos masa corporal y, según los investigadores de la NASA, algunos aspectos de su ADN habían cambiado. Él y su hermano ya no eran idénticos.
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No, Scott no se convirtió en un extraterrestre. El estrés de vivir tanto tiempo en el espacio había cambiado el funcionamiento de sus genes, al menos durante un tiempo. Dado que Scott y Mark comparten básicamente el mismo ADN, los científicos compararon los genes de ambos antes y después del viaje de Scott. Entre otras cosas, los investigadores querían saber si la radiación dañaría las secciones de ADN que se encuentran al final de cada cromosoma, los llamados telómeros.
Los telómeros son como las puntas de plástico en los extremos de los cordones de los zapatos que evitan que la tela se deshaga. Sin estas cubiertas protectoras, los extremos del ADN en forma de varilla pueden dañarse. Las pruebas preliminares revelaron que la longitud media de los telómeros de Scott aumentó significativamente mientras estaba en órbita, pero se acortó 48 horas después del aterrizaje. En cambio, los telómeros de su hermano se mantuvieron relativamente estables.
El año que Scott pasó en órbita también modificó su sistema inmunitario, la formación de sus huesos y su vista, además de otras funciones biológicas. La mayoría de esos cambios genéticos volvieron a la normalidad. Sin embargo, los investigadores descubrieron que el 7% de sus expresiones genéticas también habían cambiado. Las expresiones genéticas determinan si los genes se activan o desactivan, lo que puede cambiar el funcionamiento de las células. Los científicos no se alarmaron porque los factores ambientales, en este caso el estrés del viaje espacial, pueden afectar a este proceso.
Aunque sus expresiones genéticas cambiaron, su ADN no. Además, que Scott y Mark ya no sean "idénticos" no fue una sorpresa. En el nivel de secuencia más básico, con el tiempo pueden producirse cambios químicos que afecten a dónde y cómo se expresan los genes, incluso en gemelos terrestres idénticos. En realidad, Mark y Scott Kelly no son "idénticos" desde hace años.
Orientación Sexual y Estudios de Gemelos
Los estudios sobre gemelos, tanto idénticos como mellizos, sugieren que la herencia es uno de los principales factores que determinan la orientación sexual de una persona. De hecho, muchos estudios afirman que la genética eclipsa otras influencias como la crianza, la educación y el entorno. Los estudios sobre gemelos varones sugieren que hasta el 60% de su orientación sexual es genética.
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Otros estudios han demostrado que los gemelos idénticos tienen más probabilidades de sentirse atraídos por personas de su mismo sexo que los gemelos fraternos o los hermanos no gemelos.
Estudios Adicionales y sus Implicaciones
Los estudios de gemelos son especialmente relevantes para el conocimiento de los aspectos del individuo relacionados con la genética y el medio ambiente y se utilizan en muchas disciplinas.
El instituto Karolinska es uno de los que más estudios de gemelos ha realizado. También parece que la concordancia entre gemelos es más frecuente a edades tempranas, y a medida que avanza la edad las diferencias epigenéticas son mayores.
En 2006 un caso de gemelos idénticos posibilitó un gran avance en el conocimiento del VIH(Sida). Gracias al estudio de la evolución del SIDA estos hermanos sabemos que se puede predecir la evolución de la enfermedad de acuerdo a una composición genética conocida.
Los estudios de gemelos en la parcela de la inmunología son especialmente importantes. Se piensa que muchas de las patologías inmunológicas tienen un componente genético que estos estudios de gemelos intentan descartar o confirmar. Por ejemplo, el componente genético de la enfermedad celíaca.
Gracias a un estudio del Instituto de Karolinska, liderado por Thalia C.Eley, sobre 1500 parejas de gemelos se ha demostrado el componente genético de la agresividad, mucho mayor en hombres que en mujeres, por cierto, donde tiene un componente más ambiental.
El proyecto GenomeEUtwin lleva a cabo muchos estudios de gemelos, y entre ellos se intenta establecer la relación de la migraña con un componente genético. Se ha realizado un estudio sobre unos 30.000 gemelos procedentes de seis países diferentes que reveló que casi la mitad de la variación en la migraña puede atribuirse a factores genéticos, mientras que la resto estaría causada por factores ambientales.
Los estilos de vida son factores medioambientales que pueden influir de forma definitiva en la salud de las personas. Con los estudios de gemelos idénticos también se ha estudiado su efecto sobre el envejecimiento prematuro, precisamente algo que intenta determinar también el estudio de gemelos de la NASA.
Los estudios de gemelos nos sirven para ayudarnos a determinar las causas de muchas enfermedades y comportamientos del desarrollo, pero son sin duda importantes para la propia salud de los gemelos y mellizos.
Analizar gemelos idénticos fue una oportunidad poco común para comparar los cambios fisiológicos y genómicos.
Cambios Fisiológicos en el Espacio: El Caso de Scott Kelly
El pasado marzo Scott Kelly regresó de su aventura espacial cinco centímetros más alto, la falta de gravedad en el espacio exterior hizo que sus discos espinales se expandieran. Aunque tras meses comparando los datos recopilados, la NASA ya ha podido dar a conocer los datos preliminares del experimento.
La revista Nature ha publicado este avance de los datos y ha intentado aclarar en qué consisten los cambios. El tema está tan verde que el director de los análisis, Christopher Mason, dijo que los descubrimientos “están tan frescos que algunos de ellos acaban de salir de las máquinas para la secuenciación”.
Por el momento se sabe que hay alteraciones conductuales y fisiológicas en Scott, unos síntomas muy semejantes a los que suele causar el estrés, pero de forma mucho más acentuada.
Son los extremos de los cromosomas cuya función principal es la estabilidad estructural de los cromosomas en las células eucariotas, la división celular y el tiempo de vida de las estirpes celulares. Según ha constatado la NASA, la longitud de los telómeros está relacionada con la longevidad y para sorpresa de todos, los de Scott Kelly se han alargado.
Otro cambio encontrado en los gemelos está relacionado con la presencia de diferentes bacterias intestinales, aquellas que ayudan con la digestión.
Mientras Scott se embarcó en una misión en la Estación Espacial Internacional entre 2015 y 2016; Mark, que ha participado en misiones espaciales más cortas en el pasado, se quedó en Tierra para actuar como sujeto de control genéticamente idéntico.
Basándose en los resultados preliminares publicados en enero de 2017, Susan Bailey, de la Universidad del Estado de Colorado (EE UU), encontró que los telómeros de los glóbulos blancos de Scott se alargaban mientras estaba en el espacio.
Al regresar a la Tierra, la elongación de los telómeros fue reemplazada por un acortamiento y pérdida acelerados, una consecuencia potencialmente negativa para la salud celular.
Scott Kelly a bordo de la Estación Espacial Internacional. “Lo más sorprendente es el alargamiento de los telómeros de Scott en el espacio. Según ha comunicado la NASA, “como la mayoría de las variables biológicas y de salud humana permanecieron estables, o regresaron a los niveles previos, esto sugiere que la salud humana puede ser mantenida en gran medida en vuelos espaciales de esta duración”.
Conclusiones del Estudio de la NASA
Scott experimentó un engrosamiento de la arteria carótida, engrosamiento de la retina, pérdida de peso, cambios en los microbios intestinales, reducciones en las capacidades cognitivas, daño en el ADN y cambios en la expresión génica y en la dinámica de la longitud de los telómeros, un biomarcador que ayuda a evaluar la salud y los riesgos potenciales a largo plazo de los vuelos espaciales.
Aunque solo el 91,3 % de los niveles de expresión génica de Scott volvieron a los niveles normales o de referencia en los seis meses siguientes a aterrizar en la Tierra, los autores quieren resaltar que esto no significa que el resto de su ADN haya mutado.
Además, una nutrición adecuada y el ejercicio realizado en el espacio provocaron la disminución de peso y un aumento del ácido fólico, vital para la producción de glóbulos rojos, con respecto a su hermano Mark.
De igual forma, los cambios en la diversidad de la flora intestinal de Scott en el espacio no fueron mayores que los cambios relacionados con el estrés que los científicos observan en la Tierra.
Algunos de los cambios en la actividad de los genes, como los relacionados con la formación ósea o la reparación del ADN, se esperaban, ya que es bien sabido que los astronautas experimentan reducciones en la densidad ósea en gravedad cero, así como una mayor exposición a la radiación dañina para el ADN durante el vuelo.
Pero también observaron cambios en la actividad de los genes mitocondriales, que ayudan al cuerpo a producir energía, y los genes del sistema inmunitario que sugieren que los viajes a largo plazo pueden aumentar el estrés en el cuerpo.
Este trabajo fue dirigido por 10 equipos de científicos elegidos por la NASA para comparar los cambios genéticos, fisiológicos y de comportamiento de los gemelos antes, durante y después de la misión de Scott.
Para llevarlo a cabo, los investigadores recibieron frascos de la sangre de los gemelos durante 25 meses, antes, durante y después de los vuelos espaciales, y analizaron las muestras, entregadas nada más llegar de la estación espacial por el cohete Soyuz y mensajeros nocturnos.
Los autores insisten en que se necesita más investigación para comprender el impacto de los vuelos espaciales largos en el cuerpo humano, donde hay más exposición a la radiación, dieta restringida, menos ejercicio, menor gravedad y ciclos de sueño interrumpidos.
“Analizar gemelos idénticos fue una oportunidad poco común para comparar los cambios fisiológicos y genómicos.
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