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LA INGENIERÍA GENÉTICA AL SERVICIO DE LA MEDICINA
Toda la información genética necesaria
para la construcción y funcionamiento
de una célula viva está fijada
principalmente en forma de ADN
El ácido desoxirribonucleico (ADN)
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Desde la forma de una uña hasta el talento
del famoso físico alemán Albert Einstein todo está
almacenado en la sustancia genética, ADN, dentro de
los núcleos de todas las células del cuerpo. El ADN es una
molécula muy grande constituida por dos filamentos enrollados como una doble escalera de caracol llamada “doble hélice”,
cuyas unidades fundamentales llamadas nucleótidos se identifican con las letras A (Adenina), T (Timina), C (Citosina), G (Guanina).
Las bases nucleotídicas se encuentran enfrentadas siempre en la
forma A/T y C/G, situadas como los peldaños de una escalera. A,
T, C, G constituyen un alfabeto de cuatro letras que llevan la información sólo si son dispuestas en secuencias precisas, así como las
letras del alfabeto pueden contener información sólo si
están organizadas en palabras y frases con significado. A
través de una copia fiel (el ácido ribonucleico mensajero,
ARN-m) la orden genética llega al citoplasma o sea al lugar
de síntesis de las proteínas. Allí según la serie fijada en la
molécula del ARN se unen 20 diferentes elementos constructivos o aminoácidos para formar cadenas de proteína.
La mayoría de las proteínas posee la función de enzimas:
estas son catalizadores biológicos que hacen que todas las
funciones metabólicas necesarias en la célula se ejecuten
correctamente en lo que respecta a la respiración, alimentación
y la descomposición de los productos de desecho. La cantidad de
ADN en la célula es constante y es el lugar donde están depositadas las cualidades hereditarias de la especie.
Los mecanismos de regulación celular
Toda la información genética necesaria para la construcción y funcionamiento de una célula viva está fijada principalmente en
forma de ADN. Partiendo de éste la información se transmite y las
órdenes genéticas se cumplen elaborando moléculas de proteína.
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Cuanto más se avanza partiendo de la bacteria
relativamente primitiva pasando luego por los
organismos multicelulares hasta llegar a los seres
superiores, tanto más refinados y complejos se nos
presentan los mecanismos de regulación celular sobre
los cuales intervienen varias enzimas y hormonas. A
una bacteria todavía se la puede “engañar” con facilidad obligándola por ejemplo mediante una orden
genética introducida por el ser humano a producir
una sustancia que no necesita en absoluto para sí
misma, como puede ser la insulina humana o la
hormona del crecimiento.
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La ingeniería genética
La ingeniería genética representa una de
las tantas ramas de la biotecnología y consiste en una modificación dirigida de las
células vivas: implica la modificación y
“recombinación” del material genético
fundamentalmente del ADN, así como la
introducción y multiplicación en células
vivas del ADN recombinado. La tecnología de
ADN recombinante se fundamenta en el aislamiento y manipulación de fragmentos de ADN de un organismo para introducirlo en otro (ADN recombinante). Permite obtener cantidades
ilimitadas que llevará el gen deseado: este puede introducirse en
células de otros organismos (vegetales, bacterias, animales) en
donde se expresará dicho gen. Esta técnica ha sido utilizada en el
campo de la medicina y ha permitido el desarrollo de importantes avances terapéuticos como por ejemplo la producción de insulina recombinante, la hormona del crecimiento, los interferones,
la obtención de nuevas vacunas y enzimas necesarias para la terapia trombolítica dirigida a restablecer el flujo sanguíneo en vasos
obstruidos por trombos.
Del gen a la molécula de proteína
Sabemos ya que la información genética está codificada en la
doble cadena de ADN. Una enzima, la polimerasa de ARN actúa
como una máquina copiadora y saca como una especie de clisé de
la información, el ARN-m (ácido ribonucleico mensajero). Este
proceso de copiado es necesario puesto que la “memoria” de la
célula tiene que permanecer siempre invariable. Tan solo en
forma de copias de ARN-m puede llegar la información hereditaria al citoplasma donde se encuentra la máquina sintetizadora de
proteínas de la célula, el ribosoma, y allí se “traduce” en una
molécula de proteína. Las moléculas portadoras (los ácidos ribonucleicos de transferencia, ARN-t) trasportan los elementos constructivos (aminoácidos) de la molécula de proteína que debe ser
sintetizada. Cada aminoácido se engancha a la creciente cadena
de proteína al unir el próximo y así sucesivamente. Las fuerzas
químicas de enlace entre los aminoácidos hacen que la cadena
se pliegue por sí misma para construir una molécula de proteína
funcional.
El principio de la ingeniería genética
El ADN contiene las órdenes genéticas por las que se rige la célula.
Si se introduce “de contrabando” una orden ajena que puede ser
leída y aceptada como “propia” por la célula huésped se
puede obligar a esta célula a producir la correspondiente
proteína en beneficio del “contrabandista”. Este es el principio de la ingeniería genética. Las células bacterianas y de
levaduras se nos presentan como potenciales células huéspedes además de las células vegetales y animales en cultivo. Como moléculas portadoras del “contrabando”
genético suelen utilizarse los plásmidos. Estos son moléculas de ADN en forma de anillo que flotan en el citoplasma
que pueden ser aislados de las bacterias. El genético molecular los corta con una “tijera genética” (o sea una enzima) e
inserta en este corte el gen que desea incorporar a la futura célula
huésped. Todo este proceso se parece a la inserción de una nueva
escena en una película cinematográfica. El resultado de esta operación genética corresponde a la recombinación del ADN. Los
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plásmidos recombinados se transportan a través de la membrana
celular de la célula huésped: esta acepta la nueva orden genética y reproduce a continuación el plásmido incluyendo el gen
exógeno. Cada plásmido contiene un ejemplar de la orden de
construcción de la proteína que debe producir la célula huésped
según el diseño del genético molecular. De acuerdo con este programa de trabajo, la maquinaria celular sintetizadora de proteína elabora la proteína deseada. Cuando las células huésped son
maduras son cosechadas y se puede aislar la proteína deseada
de la masa celular. La labor principal de la ingeniería genética es
la de poder producir en grandes cantidades las proteínas humanas que son tan escasas y difíciles de sintetizar por los métodos
tradicionales de producción.
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La labor principal
de la ingeniería
genética es la
de poder producir
en grandes cantidades
las proteínas humanas
que son tan escasas
Algunos de los productos más solicitados que se pueden obtener a través de la ingeniería genética son los siguientes:
• La insulina humana. La diabetes se trata con
insulina obtenida por ingeniería genética, un
medicamento biológico idéntico a la insulina
humana; fue el primer medicamento biotecnológico y se usa con éxito desde los años `80. La
técnica de ingeniería genética empleada consiste en extraer de células humanas el gen que
porta la información para fabricar insulina
humana. Este gen (un fragmento del material
genético) se introduce dentro de bacterias que
son organismos fáciles de cultivar en el laboratorio. Las bacterias que incorporan el gen
humano de la insulina se multiplican a ritmo
veloz y producen grandes cantidades de insulina humana que es extraída de las bacterias, es
purificada y es usada como medicamento. El fármaco así obtenido se denomina “insulina
recombinante”. En la actualidad, la vida de
millones de diabéticos en el mundo depende de la insulina humana recombinante, una hormona fabricada
mediante técnicas de ingeniería genética.
• Vacuna contra la hepatitis B. La vacuna se preparó originalmente del plasma sanguíneo obtenido de pacientes
con infecciones crónicas de hepatitis B. Sin embargo, en el
presente las vacunas se fabrican usando ADN recombinante. Estas vacunas fueron desarrolladas en 1986 por el
bioquímico chileno Pablo Valenzuela. Las vacunas de ADN
recombinado consisten en proteínas producidas por cultivo de levaduras modificadas genéticamente.
y difíciles de sintetizar
por los métodos
tradicionales
de producción
• Los interferones humanos. En 1980 genes de interferón
fueron introducidos en bacterias usando tecnología de
recombinación de ADN permitiendo el cultivo masivo y la
purificación de las emisiones bacterianas. Existen varios
tipos de interferón que han sido aprobados para su uso en
humanos: la terapia se utiliza conjuntamente con la quimioterapia y la radioterapia en el tratamiento del cáncer.
El interferón alfa está indicado
en el tratamiento de la hepatitis C y en cierto tipo de leucemia. El interferón beta se
utiliza en el tratamiento y
control de la esclerosis
múltiple.
• La hormona del crecimiento. Anterior a la producción a través de la tecnología
ADN recombinante la hormona del crecimiento era extraída de la glándula pituitaria de cadáveres. Los intentos de
crear una hormona totalmente sintética fallaron; por otra
parte, la hormona del crecimiento de otros primates
resultó ser inactiva en humanos. A partir de 2005 la hormona del crecimiento recombinante es producida por
varios laboratorios farmacéuticos de investigación.
• El activador del plasminógeno de los tejidos, abreviado
como t-PA, es una sustancia proteica que se encuentra en
la sangre: convierte al plasminógeno en la enzima plasmina que disuelve la red de fibrina dentro de los coágulos
permitiendo la lisis de estos. El cuerpo humano no produce suficiente cantidad de t-PA como para impedir la formación de tales tapones o para disolver rápidamente los
coágulos que se hayan formado. Una molécula de t-PA se
compone de una cadena de 527 aminoácidos unidos: la
clásica síntesis de péptidos resultaría complicada y costosa. Los modernos métodos de la ingeniería genética han
hecho posible producir esta sustancia en grande escala
para su empleo terapéutico; a la antigua sigla “t-PA” se le
ha antepuesto la letra minúscula “r” (rt-PA) que quiere
indicar “recombinado”. Esta sustancia está aprobada mundialmente para el uso terapéutico en infarto agudo del
miocardio, en accidente cerebrovascular isquémico agudo,
y en la embolia pulmonar aguda masiva.
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• Otros productos que se pueden obtener a través de la ingeniería genética
son las proteínas de coagulación del
suero sanguíneo humano y los anticuerpos contra la hepatitis-B. Los laboratorios de investigación trabajan
constantemente para el mejor aprovechamiento de la ingeniería genética
dirigida a la obtención de un mayor
número de recursos terapéuticos.
Bibliografía
Campbell NA. Biology (6th Edition) 2002,
pag:375-401
Von Fange T. The Journal of family practice
2008;57(9):611-12
Manco-Jhonson M. Advances in Pediatrics
2010;57(1):287-92
Jhonson L. Sciences 1983;219(4585):632-37
Sheehan J. Glia 2005;50(4):540-50
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