Biotecnología: concepto y ejemplos históricos
Biotecnología: el uso de organismos vivos o de sus componentes en la obtención de productos útiles para las personas es la base de la biotecnología. Pan, vino, yogur, etc., son productos fabricados desde épocas muy antiguas usando técnicas de biotecnología; concretamente todos se obtienen mediante la fermentación microbiana.
Enzimas de restricción
Enzimas de restricción: dieron origen a la ingeniería genética. Son producidas por bacterias y las protegen frente al ADN extraño, ya que se encargan de degradarlo cortándolo en pequeños fragmentos. No degradan su propio ADN porque éste está protegido por grupos metilo adicionales que las bloquean.
Tecnología del ADN recombinante
Tecnología del ADN recombinante: permite cortar la molécula de ADN en lugares concretos para unir los fragmentos obtenidos con un ADN procedente de una fuente diferente y lograr un ADN recombinante (una molécula). Esta tecnología se desarrolló a partir del descubrimiento de las enzimas de restricción, que son enzimas específicas agrupadas en varios tipos; reconocen en el ADN una pequeña secuencia de bases (sitio de restricción) y cortan las dos hebras del ADN en ese lugar.
Clonación
Clonación: es un proceso que consiste en la producción de individuos genéticamente idénticos mediante reproducción asexual. Referido al ADN, consiste en producir múltiples copias de una región del mismo o en obtener ADNc a partir de ARNm en el interior de un organismo.
Vectores de clonación y hospedadores
El hospedador debe cumplir varios requisitos: crecer rápidamente (para obtener más generaciones en menos tiempo), no ser patógeno, favorecer la entrada del ADN recombinante e incorporar a su genoma el ADN de interés, además de ser bien conocido y fácil de manipular. Para incorporar fragmentos que se quieren clonar se emplean vectores de clonación (moléculas capaces de transportar ADN extraño y replicarse dentro del organismo hospedador).
Tipos de vectores
- Plásmidos: moléculas de ADN bicatenario, de pequeño tamaño y estructura circular cerrada, presentes en el citoplasma de numerosas bacterias. No forman parte del cromosoma bacteriano y pueden replicarse independientemente. Muchos llevan genes que confieren resistencia a ciertos antibióticos.
- Virus bacteriófagos: virus que infectan bacterias y pueden utilizarse como vectores.
- Cósmidos: vectores sintéticos que combinan características de plásmidos y bacteriófagos.
- Cromosomas artificiales: vectores con capacidad de llevar ADN de gran tamaño.
Genotecas
Genoteca: es una colección de clones que contiene todos los fragmentos de ADN obtenidos por la escisión del genoma completo de una especie, de un solo gen o de una porción de un gen. Una genoteca puede representar el genoma completo de un individuo, un solo cromosoma o el conjunto de genes activos en un tipo celular.
PCR (Reacción en cadena de la polimerasa)
PCR: es un tipo de clonación in vitro que permite amplificar, es decir, copiar muchas veces una muestra muy pequeña de ADN. Los materiales necesarios son: la muestra de ADN que se quiere amplificar; una pequeña secuencia de nucleótidos que hace de cebador o primer; una fuente de calor; una ADN polimerasa termoestable (p. ej., Taq polimerasa); y una cantidad adecuada de nucleótidos para formar nuevas hebras de ADN.
Etapas de la PCR
- Desnaturalización: se calienta la mezcla de reacción, con lo que se desnaturaliza el ADN y cada una de las cadenas simples sirve de molde para sintetizar una nueva cadena complementaria.
- Hibridación (alineamiento o annealing): se enfría la mezcla para que los cebadores se puedan unir mediante enlaces de hidrógeno a cada extremo de las hebras de ADN separadas en la etapa anterior.
- Extensión: se forman las nuevas hebras de ADN gracias a la acción de la polimerasa Taq, que va agregando nucleótidos en el extremo 3′’ del cebador.
Al final del primer ciclo se obtienen dos moléculas de ADN que se someten a otro ciclo para conseguir cuatro moléculas; tras el tercer ciclo son ocho, y así sucesivamente hasta lograr el número de copias de ADN necesarias.
Aplicaciones de la PCR
- Amplificar y analizar muestras minúsculas de ADN.
- Analizar el ADN de células de embriones humanos en busca de trastornos genéticos.
- Detectar y estudiar ADN de genes virales difíciles de obtener.
Genómica y proteómica
Genómica: se emplea para el estudio del genoma de un organismo en su conjunto; consiste en identificar todos los genes de ese organismo, descubrir cómo son regulados y determinar sus transcripciones (ARN).
Proteómica: disciplina que lleva a cabo el estudio sistemático del conjunto completo de proteínas codificadas por el genoma de un organismo.
Ingeniería genética y medicina
Aplicaciones médicas:
- Obtención de medicamentos: la insulina humana recombinante se convirtió en uno de los primeros fármacos autorizados para uso humano, especialmente para el tratamiento de la diabetes. La hormona del crecimiento está disponible para el tratamiento del enanismo hipofisario.
- Medicina forense: la identificación de regiones cromosómicas que pueden utilizarse como marcadores genéticos permite emplear esas diferencias como una huella genética individual, útil en la identificación de restos humanos.
- Terapia génica: proceso mediante el cual se inserta material genético en células afectadas con el fin de reemplazar genes defectuosos y corregir el daño que han causado. Busca eliminar las causas de la enfermedad en lugar de reducir sus síntomas. Puede llevarse a cabo en células germinales y en células somáticas. En las células somáticas existen varias formas:
- Ex vivo: se extraen las células del paciente, se corrige el defecto y luego se reimplantan.
- In vivo: transferencia de genes directamente al paciente mediante un vector.
- In situ: la intervención se realiza directamente en las células del paciente.
Ingeniería genética en plantas y procesos biotecnológicos
Ingeniería genética: la técnica del ADN recombinante ha permitido avanzar hasta el punto de introducir en una planta ADN procedente de otra especie, incluso de animales o bacterias, y conseguir así plantas transgénicas con diversas características, entre ellas resistencia a herbicidas, mejora del valor del producto y producción de compuestos farmacéuticos en plantas (plant-made pharmaceuticals).
Procesos y aplicaciones ambientales
- Biorremediación: existen bacterias que de forma natural son capaces de degradar materia orgánica. Mediante ingeniería genética se pueden modificar para mejorar su rendimiento; estas bacterias transgénicas pueden emplearse, por ejemplo, para la limpieza de vertidos de hidrocarburos.
- Bioadsorción: algunas bacterias genéticamente modificadas son capaces de adsorber ciertos metales pesados que contaminan el suelo.
Obtención de medicamentos por ingeniería genética
Proceso típico descrito de forma general:
- Se obtienen óvulos de una hembra y se fertilizan in vitro.
- Se clona el gen de interés.
- Se implantan los embriones en el útero de una madre sustituta.
- Se consigue leche de los descendientes que contienen la proteína de interés.
- Se fraccionan y purifican las proteínas para obtener el medicamento.
Nota final
El texto anterior incorpora y corrige la información original sobre conceptos y técnicas clave en biotecnología y genética molecular, manteniendo el contenido y ejemplos propuestos.