El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los




descargar 33.82 Kb.
títuloEl motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los
fecha de publicación17.01.2016
tamaño33.82 Kb.
tipoDocumentos
b.se-todo.com > Biología > Documentos
GENERACION Y ANALISIS

DE CARIOTIPOS

 

INTEGRANTES:

Massa, José María.

Moreno, Hernán Diego.

 

DIRECTOR:

Ing. Doorn, Jorge.

CO-DIRECTOR:

Lic. Del Fresno, Mariana.

 

 MOTIVACION:

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los temas más importantes que ellos estudian y que denominan Generación y Análisis de Cariotipos.

La idea del trabajo surgió cuando un estudiante de genética de la Universidad de Misiones, Adrián De Lucía, que está realizando su tesis y emplea la técnica manual para la obtención de cariotipos, nos comunicó que este procedimiento es muy utilizado tanto por todos los estudiantes como por los profesionales que trabajan en el área y surgío la necesidad de hacer una herramienta semi-automática ya que los sistemas informáticos existentes hasta el momento son muy costosos, con requerimientos de hardware muy altos y además no se encuentran en el país, ó son sistemas "caseros" muchas veces realizados por los mismos Licenciados en Genética.

Con respecto a éste tema, también podemos agregar que dentro del país ya poseemos un destinatario del seminario y es el Laboratorio Nacional de Genética del Hospital Rivadavia, situado en Capital Federal.

Por último, podemos decir que el tema del seminario no posee antecedentes en ésta Universidad.

OBJETIVOS:

El objetivo principal de nuestro seminario es realizar una herramienta con la cuál los Licenciados en Genética puedan realizar la generación y el análisis de cariotipos a partir de un cariograma de alguna especie, en el caso del Laboratorio de Genética mencionado arriba los cariogramas serán de la especie humana.

Además, que ésta herramienta permita visualizar un cariograma desde su Base de Datos, con su información de diferentes maneras, trabajar en ella y automatizar algunos procedimientos para conseguir el cariotipo o la clasificación de cromosomas. También, poder agregar o eliminar cariogramas y/o cariotipos de sus Base de Datos, auto-capturar y contar cromosomas, editar y visualizar ideogramas normales o anormales simplemente tipeando con la nomenclatura ISCN. Contar con herramientas para mejorar las imágenes, para detectar anomalías en cromosomas, imprimir reportes profesionales del análisis final del cariotipo junto con la imagen de su cariograma con alta calidad, etc.

INTRODUCCION:

Para comenzar a explicar el tema, primero citaremos algunos conceptos básicos que hemos estado hablando, tales como cromosomas, cariotipos, cariogramas:

Cromosomas: Los pequeños gránulos que se hallan distribuidos en el núcleo celular reciben el nombre de cromatina, cuando la célula se divide por mitosis la cromatina se separa en filamentos que se denominan cromosomas.

La observación de las células de cada especie de planta o animal demostró que hay un número fijo y característico de cromosomas en cada una de ellas. Antes que la célula se divida en dos, durante la mitosis, se duplica el número de cromosomas, de tal modo que cada una de las dos células hijas, después de la división tiene el mismo número que el de la célula madre original.

El embriólogo belga Eduard van Beneden descubrió que los cromosomas no duplicaban su número cuando se formaban las células germinales óvulo y espermatozoide. En consecuencia, cada célula óvulo y cada espermatozoide tienen sólo la mitad del número de cromosomas del que poseen las células ordinarias en el organismo. La división celular que da lugar a espermatozoides y óvulos se denominó por lo tanto "meiosis", de una palabra griega que significa "hacer menos". Cuando se unen un óvulo y un espermatozoide, la combinación (óvulo fertilizado) posee, sin embargo, una serie completa de cromosomas, siendo aportada la mitad de ella por la madre, a través del óvulo, y la otra mitad por el padre, mediante el espermatozoide. Seguidamente, a través del proceso normal de mitosis, este juego completo de cromosomas es transmitido a todas las células que constituyen el cuerpo del organismo que se desarrolla a partir del huevo fertilizado.

En 1900, se postula la Teoría Cromosómica de la Herencia que combina la Citología con la Genética creando la Citogenética. Esta comprende cualquier estudio relacionado con los cromosomas aislados o en conjunto, con respecto a su morfología, organización, función, y replicación, variación y evolución.

Cariotipo: La descripción de las características del conjunto cromosómico de una especie es conocida como cariotipo. En el cariotipo de un individuo se podrán detectar ropturas de determinados cromosomas o la falta de alguno, y por ende enfermedades congénitas. A éstas detecciones se las denomina anomalías cromosómicas.

Cariograma: La representación de un cariograma se construye a partir de una fotografía o de un diseño detallado de una metafase en la que todos los cromosomas están bien coloreados e individualizados.

El trabajo específicamente consiste en el procesamiento de imágenes correspondientes a cariogramas de distintas especies, para finalmente llegar al cariotipo de la imagen de entrada junto con un análisis detallado de los resultados del proceso llevado a cabo. Por ejemplo, en el análisis se podrán detectar posibles anomalías, como trisonomía en el par 21, ruptura o falta de cualquier cromosoma, y todo lo que se pueda inferir a partir del análisis del cariograma.

El objetivo es analizar cada imagen identificando los cromosomas por los métodos conocidos "por tamaño", y "por bandas".

Con respecto a las imágenes de entrada o cariogramas, éstas pueden ser tomadas con cámara óptica o digital, y posteriormente estas fotografías son escaneadas para darles entrada al sistema.

 

 

DESCRIPCION:

Comenzando con la descripción del tema de aplicación, profundizaremos algunos conceptos y citaremos los procedimientos empleados hasta ahora para la generación de cariotipos por la mayoría de Licenciados en Genética, médicos de hospitales con bajos recursos, y estudiantes.

Cromosomas: Hemos definido el significado que posee ésta palabra y también mostramos algunas características que ellos poseen. A continuación detallamos su morfología con algunos ejemplos gráficos.

Morfología de un cromosoma

Un cromosoma hipotético esta compuesto por:

  • Una constricción primaria o centrómero, la cual divide al mismo en dos brazos.

  • Cada extremo libre o brazo se denomina telómero.

 

 

 

 

 

Imagen de un CROMOSOMA:



Centrómero: Se puede localizar en cualquier posición del cromosoma, de manera tal que si se ubica aproximadamente en el centro del cromosoma, se denomina metacéntrico. Si se encuentra en la extremidad se llama telocéntrico. Hay dos situaciones intermedias en la que claramente uno de los brazos es mas corto que el otro, dependiendo si esta más próximo del centro se llamará subtelocéntrico y si esta más cerca de la extremidad será acrocéntrico. Vemos algunos cromosomas tipo:

 





Cálculo del centrómero:

Longitud total del cromosoma = C

Longitud del brazo más grande = L

Longitud del brazo mas pequeño = S

Ubicación del centrómero = D = L - S

Razón entre brazos, radio R = L / S

Indice del centrómero i = 100 * S / C

Si tenemos la longitud total del cromosoma, y también el R y el i, entonces las longitudes de los brazos las calculamos así:

  • L = C*R / (R + 1); S = C / (R + 1)

  • L = C* (100 - i) / 100; S = i * C / 100

Asumamos que un cromosoma consiste de 10 unidades arbitrarias, entonces la ubicación y el radio nos quedan:

D = 10 (R + 1) / (R + 1); R = (10 + D) / (10 - D)

Cariotipos: Conjunto de características que permiten reconocer la dotación cromosómica de una célula. Es propio de cada especie y se identifica por el número de cromosomas y por el tamaño y forma de éstos. Para su reconocimiento son importantes ciertas características, como la posición del centrómero y la presencia de satélites, entre otras. Los pares de cromosomas iguales, denominados homólogos, se ordenan por tamaños decrecientes. Si tienen el mismo tamaño se atiende a la posición del centrómero. Así, los 23 pares de cromosomas en el cariotipo humano se han reunido en siete grupos. Para que la identificación sea más ajustada se realizan técnicas de tinción diferencial que delimitan regiones específicas en cada par de cromosomas. Esta técnica se llama bandeado cromosómico. No existe relación entre el cariotipo de una especie y su complejidad anatómica y fisiológica. A continuación se muestra una imagen de un cariotipo humano:

  Cromosomas humanos

Los cromosomas contienen la información genética del organismo. Cada tipo de organismo tiene un número de cromosomas determinado; en la especie humana, por ejemplo, hay 23 pares de cromosomas organizados en 8 grupos según el tamaño y la forma. La mitad de los cromosomas proceden del padre y la otra mitad de la madre. Las diferencias entre individuos reflejan la recombinación genética de estos juegos de cromosomas al pasar de una generación a otra.

Cariogramas:

La representación de un cariograma es construído a partir de una fotografía o de un diseño detallado de una metafase en la que todos los cromosomas están bien coloreados e individualizados. El cariograma que se muestra a continuación visualiza un conjunto de cromosomas correspondientes a la especie humana:



Anomalías:

Algunas veces la separación no es regular y entonces alguna de las células nacientes puede tener un cromosoma de más, mientras que a otra le faltará uno. Estas anomalías deben perjudicar el trabajo celular, a veces en tal medida que la célula no podrá funcionar. (He ahí lo que presta una exactitud aparente al proceso de la mitosis que no es tan exacto como parece, pues tan sólo ocurre que se ocultan los errores.)

Tales irregularidades resultan particularmente desastrosas cuando se producen en el proceso de la meiosis, porque entonces las células-huevo o cigotos nacen con imperfecciones en el complemento-cromosoma. Si un organismo consigue desarrollarse partiendo de ese estado imperfecto, usualmente no lo consigue, cada célula de su cuerpo tendrá la misma imperfección y el resultado será una grave dolencia congénita.

La enfermedad más frecuente de este tipo en los humanos, acarrea un grave retraso mental. Se la denomina "Sindrome de Down" La causa de esta enfermedad es que el número de cromosomas en una célula es de 47 en vez de 46 y el error se encuentra en los miembros del par cromosomático # 21. Además de esta enfermedad también existen otros defectos congénitos como por ejemplo en 1967 se halló una niña con un cromosoma #21 de menos.

Procedimiento manual de generación de Cariotipos:

Aunque los tintes nos permiten ver los cromosomas, no facilitan la distinción entre un cromosoma determinado y los demás. Generalmente, todos ellos semejan una maraña de lombrices. Durante un tiempo se creyó que la célula humana contenía 24 pares, pero luego al avanzar la tecnología mediante el empleo de sales que "hinchaban" las células se comprobó que el número era de 23 pares. La técnica que se emplea consiste en fotografiar una célula hinchada luego del empleo de las sales y posteriormente se corta la fotografía o cariograma en secciones, cada una de las cueles contiene un solo cromosoma.

Seguidamente, se unen estos cromosomas por parejas y se los dispone en orden de longitud decreciente, se obtendrá un "cariotipo", una imagen del contenido cromosómico de la célula con numeración consecutiva.

Como se puede observar, este procedimiento es largo, tedioso y algo inexacto por involucrar mediciones manuales.

 

 

 

Procedimiento propuesto en éste trabajo:

Al procedimiento lo llamaremos generación de cariotipos, el cual comprende una serie de tópicos cuyos detalles estarán explicados brevemente en el Plan de Trabajo.

  • Obtención de imágenes de Cariogramas.

  • Almacenamiento y organización de Cariogramas.

  • Acondicionamiento de imágenes.

  • Almacenamiento de información de Especies.

  • Almacenamiento de información de Cromosomas.

  • Representación y edición de Cromosomas en forma de Ideogramas en diferentes resoluciones.

  • Herramientas semi-automáticas para el tratamiento de Cariogramas.

  • Identificación de posibles Cromosomas.

  • Separación de Cromosomas solapados.

  • Mediciones de propiedades de Cromosomas.

  • Reconocimiento de Cromosomas.

  • Construcción del Cariotipo.

  • Análisis del Cariotipo.

  • Almacenamiento y organización del Cariotipo.

  • Reportes finales con los resultados.

  • Ayuda Multimedia para la mejor comprensión de los procesos.

Este trabajo llevará a cabo el proceso de construcción y análisis de cariotipos, a diferencia del proceso manual, rápidamente y menos tedioso. Al ser una aplicación computalizada, le permitirá al usuario realizar actividades que nunca podría implementar con la técnica manual, por ejemplo reportes, estadísticas, historias clínicas, mejora de cariotipos, experimentar con nuevas anomalías, etc.

PLAN DE TRABAJO:

Para describir el plan de trabajo, seguidamente detallamos brevemente los tópicos mencionados antes.

Obtención de imágenes de Cariogramas: Las imágenes digitalizadas se incorporan por medio de formatos estandares (.bmp, .tif, etc).

Almacenamiento y organización de Cariogramas: Permite almacenar el cariograma junto con datos adicionales, también organizarlos por diferentes características.

Acondicionamiento de Imágenes: Implementación de herramientas para mejorar las imágenes digitalizadas, tales como filtros para remover ruido, cambios de iluminación por brillo y contraste, etc.

Almacenamiento de información de Especies: Definición de una estructura para almacenar esa información, junto con una base de datos.

Almacenamiento de información de Cromosomas: Idem anterior.

Representación y edición de Cromosomas en forma de Ideogramas: Permite construir y visualizar ideogramas en diferentes niveles de resolución de bandas, crear ideogramas anormales.

Herramientas semi-automáticas para el tratamiento de Cromsomas: Involucra la detección de objetos o segmentación, mediante la aplicación de gradientes para detectar bordes. También la aplicación proveerá herramientas para solucionar el problema del solapamiento de cromosomas, ya sea manual seleccionando la región de conflicto y determinando a que cromosoma afectado pertenece, o procesos automáticos para determinar la posiblemente mejor solución.

Una vez identificado los objetos, se obtendrán mediciones y transformaciones de ellos para posibilitar su reconocimiento.

Construcción del Cariotipo: Teniendo un conjunto de cromosomas aislados y bien identificados, realizamos la agrupación y el ordenamiento de ellos según criterios estandares, como "tamaño" y "bandas".

Análisis de Cariotipos: En ésta etapa, se procede a estudiar el cariotipo con el fin de detectar cantidad de cromosomas, sexo, especie, posibles anomalías como traslocaciones, deleciones, duplicaciones, inversiones, etc.

Almacenamiento y organización de Cariotipos: Se permitirá almacenar cada cariotipo para su posterior consulta y también clasificarlo por sus propiedades.

Reportes finales con los resultados: Contar con herramientas para construir reportes que brinden información detallada de los resultados del análisis del cariotipo, mostrando cariograma original, cariotipo y resultados de un individuo

Ayuda Multimedia: Proveer una ayuda que permita entender mejor el funcionamiento de la aplicación, implementando animaciones, estado de los procesos, etc.

 

Temas a implementar en el trabajo Final

Técnicas de Tratamiento de Imágenes:


Para poder manipular las imágenes que han sido obtenidas se necesitan algoritmos de análisis y tratamiento de imágenes, para poder identificar los cromosomas, analizarlos y aparearlos.

Programación Orientada a Objetos:


Todos las entidades que se encuentran en el trabajo, por ejemplo "Cromosoma", "Cariograma", "Cariotipo",etc.. pueden ser representadas por medio de clases, con jerarquías, herencia y polimorfismo, utilizando clases abstractas como conjunto, vector, par ordenado, etc..Por ejemplo, un "Cariograma" es un conjunto de "Cromosomas", La representación de un "Cromosoma" debe contener un "vector" de "pares ordenados" que lo definen gráficamente, y así sucesivamente con todas los objetos que aparecen en el problema.

Técnicas de Bases de Datos:

Para almacenar y recuperar datos que necesite la aplicación se utilizarán técnicas de SQL, Manejo de Tablas, Reportes. etc. Esto es muy importante en la etapa 5 porque se necesita recuperar información acerca de determinada especie, o en base a la cantidad de pares encontrados. Se precisarán numerosas tablas ya sea de Especies, Anomalías, Características de los pares de Cromosomas, etc. Las consultas tendrán que operar con más de una tabla a la vez.

Programación Multimedia:

Con el objetivo de una mejor interacción de la aplicación con el usuario, se utilizarán imágenes, sonido y video a fin de lograr una mayor comprensión del proceso.

 

 

Bibliografía:

  • [John, Bernald] Meiosis.

  • [Santos Guerra] Introducción a la Citogenética General. Santos Guerra.

  • [Asimov, I] La relatividad del error.

  • [Asimov, I] Nueva guía de la ciencia.

  • [Mitelman, Felix.] ISCN 1995 (International System for Human Cytogenetic Nomenclature).

  • [Haralick, Robert. Shapiro, Linda] Computer and Robot Vision.

  • [Sedgewick, Robert] Algorithms in C.

  • [Rosenfeld, A.] Digital Picture Processing.

  • [Cernuschi Frias, B.] Vision para Computadoras.

  • Programación Avanzada en Delphi 2.0

  • [Kruglinski] Inside Visual C++

  • [Jensen, K. Wirth, N.] Pascal. Manual del Usuario e Informe.

  • [Andrews, M.] Visual C++ Object Oriented Programing.

  • Khoros Pro. Khoral Research Inc.

similar:

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconDentro de las corrientes teóricas del campo de la psicología el humanismo...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconLos años 20 fueron los años del cine mudo. Uno de los actores más...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconComprender aquello que se entiende por Psicología no resulta una...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconEn el diario vivir del ser humano, se encuentran diferentes problemas...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconB. Algunas veces desearía poder organizar una gran conferencia y...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconSea cual sea la comunicación que establecen los seres humanos por...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los icon8. ¿Cuál es la diferenci a básica entre una espiga y una panícula?...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconDecisiones un libro para «darse cuenta»
«Ninguno de nosotros pide nacer, y por lo tanto, uno no puede deberle a alguien por algo que nunca pidió», sino para que ella se...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconMotivo de consulta Cuál es la causa fundamental por la que viene...

El motivo por el cual surge éste seminario se debe a que existe una gran necesidad dentro del campo de la Citogenética, a resolver informáticamente uno de los iconEl control integral surge como la necesidad primordial para la prevención...




Todos los derechos reservados. Copyright © 2019
contactos
b.se-todo.com