Antibióticos
Antibióticos: sustancias que inhiben el crecimiento o la multiplicación de bacterias y hongos en pequeñas cantidades. Las sustancias que influyen sobre la multiplicación de las bacterias se denominan bacteriostáticas (en el caso de hongos, fungistáticas o micostáticas).
Generalidades
Los antibióticos se producen en muchos casos sobre la base de microorganismos. Intercaladores (p. ej., daunorubicina y actinomicina D) se insertan en la doble hélice del ADN e interfieren en la replicación y transcripción. Los inhibidores de la girasa (DNA girasa, topoisomerasa II bacteriana) influyen sobre la replicación y multiplicación de las bacterias. Entre los inhibidores de la traducción se encuentran las tetraciclinas, que afectan a un gran número de microbios patógenos.
El cloranfenicol, uno de los pocos nitroderivados naturales, inhibe la peptidiltransferasa ribosomal. Los antibióticos β-lactámicos (miembros de este grupo son las penicilinas y las cefalosporinas) suelen ser sintetizados por hongos y contienen un anillo reactivo β-lactámico.
Penicilina como sustrato suicida
Las sustancias inhibidoras que actúan como sustratos suicidas se unen a las enzimas como si fueran sustratos y son inactivadas de manera irreversible tras la unión, provocando la inhibición enzimática permanente.
Mutación y radiación
Mutación y radiación: muchos mutágenos dañan los controles del crecimiento celular y por eso pueden ser cancerígenos. Las mutaciones génicas son factores evolutivos decisivos. Todas las células poseen mecanismos de reparación que eliminan muchos de los cambios en el ADN ocasionados por mutaciones; el déficit de estas enzimas reparadoras puede causar enfermedades graves.
Agentes mutagénicos
- Mutágenos físicos: radiaciones ionizantes (radiación γ, rayos X) que en la célula generan radicales libres reactivos capaces de dañar el ADN.
- Mutágenos químicos: ácido nitroso (HNO2) y hidroxilamina (NH2OH) tienen acción desaminante sobre las bases; por ejemplo, convierten la citosina en uracilo y pueden modificar la adenina, provocando pares erróneos.
Efectos
Ácido nitroso: produce principalmente mutaciones puntuales. A partir de la sustitución o modificación de una base (por ejemplo, citosina), el ARN mensajero (ARNm) resultante de la transcripción y la traducción puede interpretarse de forma distinta, conduciendo a una secuencia proteica diferente.
Mecanismos de reparación
- Reparación por escisión: elimina los daños producidos en el ADN. Una endonucleasa de escisión específica retira un segmento del ADN a ambos lados del sitio erróneo, permitiendo la síntesis y ligación de una nueva secuencia.
- Fotorreactivación: una fotoliasa específica se une al sitio defectuoso (p. ej., dímeros de timina) y mediante energía lumínica restaura la estructura original.
- Reparación por recombinación: utiliza la información de una copia intacta del ADN (por ejemplo, la cromátide hermana) para reparar roturas o daños extensos en la doble hebra.
Clonación
Tecnología genética: incluyen nuevos métodos para el diagnóstico y tratamiento médico de enfermedades y la posibilidad de efectuar modificaciones deliberadas de ciertas propiedades de los organismos.
Clonación del ADN
El procedimiento clásico utiliza la capacidad de las bacterias para incorporar pequeños segmentos de ADN circular llamados plásmidos y multiplicarlos. Estos vectores permiten clonar fragmentos de ADN en el interior de la célula huésped.
Sobreexpresión de proteínas
Para el tratamiento de enfermedades se necesitan proteínas que en el organismo están presentes en pequeñas cantidades; su aislamiento a gran escala puede ser antieconómico o imposible. Un plásmido de expresión contiene el gen de interés y un origen de replicación que posibilita su replicación por parte de la célula huésped, así como promotores y señales para la expresión proteica.
Bibliotecas de genes
Bibliotecas de genes: se utilizan para aislar fragmentos de ADN que no se conocen en detalle. Constan de un gran número de moléculas vectoras de ADN que contienen diferentes fragmentos de ADN extraño.
Una biblioteca de ADN genómico se establece fragmentando todo el ADN de una célula con endonucleasas de restricción e incorporando los fragmentos en un vector de ADN.
Fagos: son virus que solo atacan bacterias (bacteriófagos) y pueden reproducirse en ellas; se utilizan también como vectores para bibliotecas génicas.
Secuenciación del ADN
La secuencia de nucleótidos del ADN se puede determinar mediante métodos clásicos como el método de terminación de cadena (Sanger) o mediante tecnologías de secuenciación de alto rendimiento. Para secuenciar un fragmento se clona el fragmento de ADN en un vector adecuado y se utiliza un cebador (fragmento sintético corto de ADN) para iniciar la reacción de secuenciación.
Electroforesis del ADN
La electroforesis es una técnica sencilla para la separación de fragmentos de ADN. La movilidad de las moléculas en un campo eléctrico depende del tamaño, la forma y su carga.
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
La PCR es un procedimiento que permite amplificar fragmentos de ADN sin necesidad de subclonar en vectores de restricción; es una técnica rápida y sensible que requiere cebadores específicos, ADN templado, nucleótidos y una ADN polimerasa termoestable.
Tipificación del ADN
La PCR es la base de la tipificación del ADN, procedimiento que sirve para verificar que cantidades pequeñas de material biológico pertenecen a una determinada persona. Los métodos actuales se basan en el genoma humano, que contiene secuencias de ADN repetitivas no codificantes (por ejemplo, STRs) cuya longitud es diferente para cada persona.
Diagnóstico de la anemia en células falciformes
Las mutaciones puntuales del ADN pueden alterar sitios de corte para endonucleasas de restricción, lo que permite su detección mediante digestión y análisis de fragmentos o por técnicas moleculares como la PCR y la secuenciación.
Identificación de virus ARN mediante RT-PCR
Con ayuda de la enzima transcriptasa inversa se convierte el ARN viral en ADN complementario de doble hebra (ADNc), que luego puede amplificarse mediante PCR usando iniciadores específicos de cada virus.
Terapia génica
Los virus más usados como vectores en terapia génica incluyen los adenovirus y los retrovirus, aunque también se emplean otros vectores virales y no virales según la aplicación y las consideraciones de seguridad.
Interferencia del ARN (RNAi)
Los fragmentos de ARN de cadena sencilla de aproximadamente 21–23 nucleótidos forman parte del mecanismo de interferencia mediado por el complejo RISC; estos pequeños ARN se unen a ARNm específicos y median su degradación o inhibición de la traducción, regulando la expresión génica.