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INGENIERÍA GENÉTICA
En la década de 1970 surgen un conjunto de técnicas de laboratorio
revolucionarias que permiten, por primera vez, “tocar” de modo racional el sancta
sanctorum de la vida. Son técnicas y herramientas con las que se puede modificar el
ADN de acuerdo a diseños previos y objetivos concretos, de ahí el nombre de
ingeniería genética.
La Ingeniería Genética, mejor llamada Ténica del ADN recombinante in Vitro,
se caracteriza por su capacidad de cortar y empalmar genes o fragmentos de ADN de
organismos distintos, creando nuevas combinaciones no existentes en la Ntza,
combinaciones que se pueden trabajar en el interior de una variedad de organismos
hospedadores para nuestro provecho.
1.
TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN DE ADN.
1.1.
Hibridación de ácidos nucleicos.
Estas técnicas están basadas en la capacidad de apareamiento entre cadenas
de ácidos nucleicos con secuencias complementarias. Nos sirven para localizar
determinados genes. Actualmente se utilizan los ADN complementarios, que son
moléculas de ADN sintetizados a partir del ARNm (del gen que nos interesa) por la
transcriptasa inversa.
También se pueden utilizar directamente los ARNm, pero puede dar lugar a
errores debido a la presencia de intrones, promotores y terminadores.
1.2.
Secuenciación del ADN (sólo leer)
Existen varios métodos: el más usado es el enzimático o método de Sanger.
Consiste en sintetizar ADN usando unos nucleótidos llamados 2`-3`dideoxinucleótido
que se caracterizan pq no tienen en 3`un grupo OH por donde puedan unir más
nucleótidos la ADN polimerasa. Se parte de un ADN desnaturalizado para sintetizar
una cadena complementaria, un cebador marcado, una ADN-polimerasa, nucleótidos
normales y nucleótidos “especiales”. Se disponen en 4 tubos de ensayo y en cada uno
de ellos se usará sólo un tipo de dideoxinucleotido.
En síntesis, cuando se incorpora un dideoxinucleótido se detiene proceso. Así,
se produce un conjunto de cadenas cuyas longitudes dependen de la situación del
didesoxinucleótido incorporado Al final se realiza una
electroforesis donde se ven los distintos tamaños de
las secuencias sintetizadas, y saber así la secuencia
de ese ADN.
En el caso del dibujo, la secuenciación se
hace con un didesoxi de ADENINA, lo que significa
que cuando se incorpore esta Adenina no podrá
continuarse la polimerización de nuevos nucleótidos,
nos queda por tanto un pequeño fragmento de ADN
que termina en la ADENINA, lo que nos dice que en
el ADN original, en ese lugar estará el nucleótido
complementario que lleva TIMINA. En este caso
expuesto deducimos tres fragmentos con 5, 10 y 14
nucleótidos (sin contar el cebador) en cuyos
extremos tenemos ADENINA, nos permite interpretar
que en el ADN original, en esas situtaciones
tendremos TIMINA.
1
La
sucesión
de
bandas de cada una de las
cuatro
reacciones
de
secuenciación, cada una con
un
didesoxi
distinto,
comparándolas entre sí, dan
la secuencia del ADN.
Los
datos
son
recogidos e interpretados por
un equipo informático.
1.3.
OBTENCIÓN
DE
ADN
RECOMBINANTE:
a) Cortar el gen que nos interesa: ENZIMAS DE RESTRICCIÓN.
Las enzimas de restricción son enzimas aisladas a partir de bacterias que
tienen la capacidad de cortar las moléculas de ADN en secuencias específicas.
El gen aislado se puede unir, mediante ligasas, a una molécula que le sirva de
vehículo (vectores) para llevarlo a un organismo hospedador. (El vector + gen que nos
interesa = ADN recombinante)
b) Hospedadores y vectores de clonación.
Como organismos hospedadores se han venido utilizando sobre todo bacterias
debido a que:
- Se reproducen rápidamente y de forma asexual (no recombinación)
-
No existe “el peligro” de los alelos recesivos (solo tienen 1 cromosoma)
-
Fácil manejo en el laboratorio.
Por razones similares también se han utilizado las levaduras.
Los vectores deben cumplir dos propiedades:

Deben poder contener ADN extraño y aún así seguir replicándose.

Poseer características que permita la selección de aquellas bacterias o
levaduras que contienen el fragmento que interesa de las que no.
Con estas características y con dichos hospedadores los dos vectores posibles y
obvios son los plásmidos y los bacteriófagos.
Los plásmidos son pequeñas moléculas circulares de ADN que se introducen en
las bacterias por transformación. El fragmento que se desea clonar y el plásmido,
digeridos con el mismo enzima de restricción y ligados (ADN recombinante), pueden
entrar en una bacteria mediante choque térmico, electroporación. La selección de las
bacterias recombinantes se puede hacer en base a la resistencia a los antibióticos que
confieren los plásmidos.
Los bacteriófagos, virus que infectan a bacterias, permiten la identificación de los
virus recombinantes porque en el medio de cultivo generan una calva que se
corresponde con la lisis bacteriana al ser liberados las partículas víricas.
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Otros posibles vectores son los cósmidos (mezcla entre plásmido y fago) y los
YACs (cromosomas artificiales de levadura). Ambos tienen la ventaja de que pueden
servir de vehículos a moléculas bastantes más grandes que los anteriores.
c) Clonación: multiplicación
de
los
genes
seleccionados.
En el hospedador se produce la
replicación del ADN recombinante,
generando
muchas
copias
y
amplificando de este modo el gen que
interesa. Se utiliza un huésped que:
a. Tenga capacidad de crecimiento
rápido.
b. No sea dañino o patógeno
c. Sea capaz de aceptar el ADN
exógeno y que éste permanezca
estable.
Otra técnica para conseguir muchas copias de un determinado gen es la PCR.
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Esta técnica permite conseguir muchas copias de un fragmento de ADN
aunque haya muy poca cantidad de muestra.
Partimos de un trozo de ADN. Necesitamos 2 cebadores complementarios para
cada una de las hebras, ADN polimerasas, nucleóticos y calor para desnaturalizar el
ADN. Se usa un termociclador, que organiza ciclos de temperaturas. Ponemos los
componentes necesarios y el aparato sube y baja la tª para desnaturalizar y replicar
sucesivamente, obteniéndose millones de copias en poco tiempo.
Sin esta técnica serían imposibles los reconocimientos de partenidad o en el caso de
delitos.
1.4.
Genotecas.
Son conjuntos de clones bacterianos que tienen insertado el conjunto de genes
de un organismo.
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2. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA: INGENIERÍA GENÉTICA Y
BIOTECNOLOGÍA.
La ingeniería genética tiene aplicaciones trascendentales en muchos campos y
ha hecho de la biotecnología una disciplina con enormes perspectivas. (la
biotecnología engloba los procesos industriales que se sirven de microorganismos o
de células animales o vegetales para la obtención bienes y servicios para la
humanidad: productos alimentarios, farmacéuticos, industriales, aplicaciones
medioambientales... )
Además muchas personas tienen puestas sus esperanzas en la investigación
con este tipo de técnicas para la cura de enfermedades como el cáncer o la fibrosis
quística.
2.5.
TERAPIA DE LAS ENFERMEDADES HUMANAS
En la actualidad se utilizan o investigan distintas técnicas de ingeniería genética
para el tratamiento de algunas enfermedades humanas, que son de carácter
hereditario o relacionadas con alteraciones genéticas.
A continuación veremos algunos de los ejemplos más representativos:
2.5.1. Obtención de medicamentos
Distintas sustancias humanas, deficitarias en individuos con ciertas
enfermedades, pueden obtenerse a partir de bacterias a las que se les ha introducido
el gen correspondiente.
Entre dichas sustancias está la insulina que necesitan las personas diabéticas.
Ésta es una hormona formada por dos péptidos (Ay B). Los genes que codifican
ambos péptidos se aislan de células humanas y se introducen en estirpes diferentes
de E. coli, de forma que cada clon sintetiza uno de los polipéptidos. Éstos se aíslan, se
purifican y se activan los grupos –SH para que se unan los dos péptidos, así se
obtiene la insulina humana. Este proceso se realiza a nivel industrial, por lo que es un
proceso biotecnológico.
Otras sutancias que se obtienen de forma similar son la hormona del
crecimiento, el interferón, ciertos antibióticos o el factor VIII de la coagulación.
También algunas vacunas, como la de la Hepatitis C, se obtienen por clonación
de los genes que codifican los antígenos virales. (así se evita el riesgo potencial de los
virus atenuados o muertos de las vacunas tradicionales)
2.5.2. Diagnóstico de enfermedades
Mediante sondas marcadas se pueden identificar agentes patógenos o detectar
mutaciones cromosómicas o génicas de forma que se pueden detectar enfermedades
infecciosas y genéticas.
2.5.3. Terapia Génica en humanos
Se basa en la introducción de un gen correcto en las células humanas para
sustituir un gen deficiente. Por ejemplo, para el tratamiento de la Talasemia (presencia
de hemoglobina anormal) está en estudio esta técnica, que consiste en retirar células
de la médula ósea del enfermo, introducir en ellas el gen correcto mediante un virus y
devolverlas al torrente circulatorio.
Otras enfermedades sometidas a ensayos clínicos de terapia génicas son la
artritis reumatoide, el cáncer, la fibrosis quística, etc.
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2.6.
LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA Y ANIMAL
Mediante ingeniería genética se crean productos transgénicos, que son aquellos
que se desarrollan a partir de una célula a la que se le han introducido genes extraños.
El objetivo de estas técnicas es obtener características útiles de otros organismos.
La técnica más empleada es la microinyección (introducción de ADN recombinante
mediante microjeringa y micromanipulador), seguida de la técnica del disparo con
microbalas impregnadas de ADN.
Así se han obtenido variedades transgénicas de maíz que resisten mejor las
heladas (por la incorporación de un gen de un pez resistente al frío), los herbicidas
(por incorporación de un gen bacteriano) y las plagas (por incorporación de un gen del
trigo).
Otros productos agrícolas transgénicos son los tomates, las plantas del tabaco, la
soja, etc.
Dentro de las especies animales, la ingeniería genética se emplea más en peces,
al ser la fecundación externa. Se han obtenido, por ejemplo, carpas transgénicas que
crecen más rápido porque se les ha introducido el gen de la hormona de crecimiento
de la trucha arco iris.
2.7.
LAS INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Y QUÍMICAS
Muchos productos químicos (acetona, etanol, glicerina,etc) y alimentarios (proteína
unicelular, vinos, quesos, etc) son producidos a nivel industrial por microorganismos.
Mediante la manipulación genética de éstos se busca mejorar la producción y las
propiedades de producto (mejor conservación, mayor valor nutritivo, etc.)
También se utilizan sondas de ADN que facilitan el diagnóstico de contaminantes
en la industria agroalimentaria.
2.8.
APLICACIONES ECOLÓGICAS Y MEDIOAMBIENTALES
En el campo de la agricultura ecológica se busca crear y mejorar:

Insecticidas biológicos (Por ejemplo, la inserción del gen Cry, de la bacteria
Bacillus Thuringiensis, en el maíz hace resistente a éste frente al llamado
“barrenador del maíz”)

Biofertilizantes, como bacterias fijadoras de nitrógeno
Para la depuración de aguas residuales y procesos de compostaje también es
posible obtienen bacterias con propiedades mejoradas para llevar a cabo su actividad
oxidativa y fermentativa.
Especial importancia adquiere la ingeniería genética para la biorremediación de
residuos tóxicos como metales pesados o de hidrocarburos. Dos de los inconvenientes
que se presentan a la hora de utilizar biorremediación, por ejemplo en los vertidos de
petróleo, es que las bacterias requieren una temperatura entorno a los 20 ºC para
llevar a cabo su actividad y que una sola bacteria no es capaz de llevar a cabo todos
los pasos de la degradación de estos hidrocarburos. Mediante ingeniería genética se
puede conseguir revertir estas condiciones.
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3. DIMENSIÓN ÉTICA DE LA INGENIERÍA GENÉTICA.
Podemos abordar la dimensión ética de la ingeniería genética mediante un
ejemplo reciente: en enero de 2008, el equipo de investigadores del Instituto Craig
Venter, logró crear el mayor genoma artificial completo de un ser vivo, el de una
bacteria,
Mycoplasma genitalium. Para ello, sintetizaron pequeños segmentos
artificiales de ADN, y luego los ensamblaron y clonaron utilizando dos contenedores
biológicos, la bacteria Escherichia coli y la levadura. Así han conseguido una réplica
artificial, a imagen y semejanza del genoma de la bacteria original. Aunque todavía
queda pendiente demostrar que ese genoma es funcional, este descubrimiento
produce sentimientos encontrados. Por un lado se considera que es la panacea para
crear organismos a la carta que puedan digerir dióxido de carbono, residuos, crear
biocombustibles, sustancias para tratar enfermedades, alimentos, etc.; y por otro,
surgen preocupaciones y preguntas:

¿ Adoptará Venter una posición monopolística ¿

¿Tenemos derecho a monopolizar el uso de la información genética presente en la
naturaleza?

¿Cuál es la responsabilidad social de los científicos?

¿Puede haber efectos deletéreos que no se detecten hasta que no sean expuestas
poblaciones grandes durante muchos años?,

¿Es posible llegar a una situación tal donde las característica de nuestros hijos se
elijan a la carta, o donde una persona tenga la patente sobre el genotipo de una
población, o incluso que se dieran casos de discriminación en empresas de
seguros por la presencia de un alelo deletéreo en el genotipo de una persona?.
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