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Conceptos Generales sobre Biotecnología e Ingeniería Genética.
Desde hace miles de años, el ser humano ha optado mayoritariamente por una
vida sedentaria, se sentaron en localidades que le proveyeran de protección ante
enemigos naturales e inclemencias climáticas. También se preocupó de cultivar
plantas y criar animales con el fin de obtener alimento. Tempranamente en la
historia de la humanidad, comienza el proceso de seleccionar los mejores
ejemplares, los que producían más leche, mejores frutos o los granos de mayor
tamaño.
Mezclas, jugos, tiempos de espera, exposición a la luz del sol, este tipo de
acciones permitió mejorar sabores, texturas y cualidades de los alimentos.
Ciertamente, ese ser humano no conocía el fundamento de estos beneficios, pero
estaba manipulando las células de plantas, animales y microbios para producir
sustancias útiles a la humanidad.
El término biotecnología hace referencia a aquellos procesos mediante los cuales
se manipulan organismos vivos para elaborar productos útiles.
La diferencia con nuestros antepasados es que ya no constituye un misterio.
La biotecnología moderna utiliza como “operarios” a los microbios, es decir,
organismos microscópicos, generalmente compuestos de una sola célula, entre
los mas utilizados están las bacterias y los hongos. También son actores
principales los virus, aunque no tienen estructura celular, son comparativamente
pequeñísimos y requieren de una célula para multiplicarse, ellos tienen su
información genética codificada en ácidos nucleicos, que dirigen la síntesis de
proteínas virales, con el mismo código genético de los organismos celulares. Los
microbios son sorprendentemente versátiles, habitan prácticamente todos los
ambientes, hielo, agua hirviente, rocas, plásticos, tierra, aire, petróleo, maderas.
La causa de que la biotecnología esté en debate cotidiano en las últimas décadas,
es la aplicación práctica de los grandes avances en la genética microbiana y en
la tecnología que se ha desarrollado a partir de ella, permitiendo la manipulación
directa del DNA.
La modificación deliberada de la información genética de un organismo,
cambiando el ácido nucleico y con ello modificando directamente el genoma, se
denomina ingeniería genética.
En términos muy generales, la ingeniería genética utiliza un conjunto de métodos
que permiten seleccionar una porción de información genética. El gen es
transferido (transgen) al genoma de otro organismo (transgénico) que no la poseía
antes de este procedimiento, generándose así un organismo genéticamente
modificado (OGM). El beneficio está en el producto que la célula genera tras la
modificación.
Emblemática ha sido la transferencia de genes humanos a células bacterianas,
permitiendo que bacterias produzcan proteínas humanas, como por ejemplo la
insulina, evitando el riesgo de alergia ante la insulina obtenida de vacas y cerdos.
El detalle de los procedimientos es complejo, sin embargo, se puede llegar a una
aproximación válida, al considerar algunos de sus aspectos más significativos.
El primer paso consiste en identificar y aislar el DNA responsable de un
determinado fenotipo (es decir, que codifique para la producción de una cierta
proteína).
Una vez obtenido, el gen (o genes) responsable del fenotipo se fusiona con otros
fragmentos de DNA para formar moléculas de DNA recombinante.
El DNA recombinante se multiplica (clonación de genes) para lo cual se inserta en
una célula, generalmente bacterias. Este proceso permite sintetizar grandes
cantidades, tanto de genes aislados como de los productos de ellos (proteínas).
La producción de moléculas de DNA recombinante se basa en la propiedad de las
enzimas microbianas llamadas enzimas de restricción (o endonucleasas) de
escindir (separar, cortar) las dos cadenas del DNA en sitios específicos. En
condiciones normales, protegen la célula huésped destruyendo el DNA extraño
tras su penetración en la célula. Actualmente los científicos disponen de múltiples
variedades de enzimas de restricción que reconocen muchas secuencias
específicas diferentes, que se utilizan para preparar fragmentos de DNA que
contienen genes o porciones de genes específicos.
La enzima realiza cortes escalonados en las dos cadenas de DNA para formar
extremos cohesivos o pegajosos. Los extremos cohesivos del DNA se asocian
entre sí mediante apareamiento de bases (anillamiento), la unión de los
fragmentos se logra por acción de la enzima DNA ligasa.
Los retrovirus, son virus cuya información genética esta contenida en ARN, ellos
no poseen DNA, pero para utilizar la maquinaria celular, deben generar algo así
como un lenguaje tipo DNA. En 1970 se descubrió que los retrovirus poseen un
tipo especial de enzima, llamada transcriptasa reversa, que permite al virus
producir una copia tipo DNA de su información genética. Este especial DNA se
denomina DNA complementario (cDNA). Este descubrimiento permitió sintetizar
genes o porciones principales de genes también a partir del RNA mensajero
(mRNA).
Southern publicó un procedimiento para detectar fragmentos aislados específicos
del DNA, de tal forma que se podía aislar un gen particular a partir de una mezcla
compleja de DNA. La técnica de la transferencia de Southern se basa en la
especificidad de la complementariedad de las bases de los ácidos nucleicos.
En los años 80 se desarrollaron técnicas que permiten la síntesis de grandes
cantidades de un fragmento de DNA (reacción en cadena de la polimerasa o
PCR). Actualmente es un proceso automatizado que realiza una máquina
especialmente diseñada para ello. Así es posible estudiar muestras donde el
material genético está presente en muy pequeñas cantidades, esto es de gran
utilidad en virología y en estudios de expresión génica.
Existen cuatro tipos principales de vectores: los plásmidos, los cósmidos, los
bacteriófagos y otros virus, y los cromosomas artificiales. Todos los vectores
comparten una serie de características. Se trata típicamente de pequeñas
moléculas de DNA bien caracterizadas. Contienen al menos un origen de
replicación y son capaces de replicarse en el interior del huésped apropiado,
incluso cuando contienen DNA "foráneo".
Los plásmidos fueron los primeros vectores de clonación. Son fáciles de aislar y
purificar, y pueden ser reintroducidos en una bacteria. Los plásmidos
recombinantes que contienen DNA foráneo a menudo se denominan quimeras.
Inserción de genes en células eucariotas.
El material genético, inyectado directamente en células animales como huevos
fertilizados, se incorpora de forma estable al genoma para producir un animal
transgénico.
Otra técnica es la electroporación. Si se mezcla un conjunto de células con una
preparación de DNA y a continuación se las expone brevemente a pulsos. Las
células captan el DNA a través de poros temporales creados en su membrana
plasmática.
La biobalística es una de las técnicas más eficaces, consiste en disparar micro
proyectiles con DNA al interior de células vegetales y animales. Algunas pistolas
utilizan descargas eléctricas o gas a alta presión para propulsar el DNA. También
es posible transferir el rDNA (transfectar) con vectores biológicos como
Agrobacterium y virus.
Expresión de genes foráneos en bacterias.
Una vez que se ha construido un vector de clonación adecuado, el rDNA penetra
en la célula huésped, y se desarrolla una población de microorganismos
recombinantes. La célula hospedera carece de enzimas de restricción y del gen
que codifica la Aptaza necesaria para los procesos de recombinación genética,
con objeto de reducir las posibilidades de que el rDNA sufra recombinación con el
cromosoma de la célula huésped. Para detectar la presencia del DNA
recombinante en las células hospederas, se inserta un gen que la hace resistente
a un cierto antibiótico, entonces aquellas células que mueren en presencia de ese
antibiótico, no habían adquirido el plásmido recombinante.