Conceptos Fundamentales de Genética y Biología Molecular

Un nucleótido de ADN está formado por una molécula de azúcar (desoxirribosa) y su base nitrogenada puede ser adenina, guanina, timina y citosina. Mientras que la molécula de azúcar del ARN es ribosa y el uracilo sustituye a la timina.

Definiciones Clave en Genética

• Genotipo: Es el conjunto de genes de un individuo.
• Genética: Es la ciencia que estudia los genes y sus efectos.
• Fenotipo: Son los rasgos visibles de un individuo.
• Nucleótidos: Son subunidades más pequeñas que forman ácidos nucleicos a través de su encadenamiento.
• Cromatina: Es donde se encuentra el material genético de una célula eucariota antes de la división celular.
• Cromosomas: Aparecen en la división celular como estructuras independientes que contienen ADN y proteínas.
• Gen: Es un segmento de ADN que contiene la información para fabricar proteínas.

Herramientas de Ingeniería Genética

• Enzimas de restricción: Permiten cortar el ADN en secuencias específicas.
• Enzima ADN ligasa: Permite unir fragmentos de ADN que han sido cortados por las anteriores.
• Plásmidos: Pequeñas moléculas circulares de ADN que viven en el interior de las bacterias. Se usan como vehículos o vectores en ingeniería genética.
• ADN recombinante: Permite aislar y manipular fragmentos de ADN de un organismo para introducirlo en el ADN de un organismo extraño receptor.

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

La Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) permite obtener una cantidad apreciable de ADN a partir de una muestra muy pequeña.

Elementos de la PCR

• Cebadores
• Taq polimerasa
• Nucleótidos de ADN

Etapas de la PCR

1. Desnaturalización: Se calienta la muestra de ADN y se separan las hebras que forman el ADN que se quiere amplificar.
2. Alineación (Annealing): Unión de los cebadores a su cadena complementaria de ADN de la muestra, lo que se consigue reduciendo la temperatura a 55 °C.
3. Extensión: La Taq polimerasa sintetiza el ADN a partir de la muestra utilizando los nucleótidos del medio a una temperatura de unos 72 °C.

Este ciclo se repite unas 30 veces, tras lo cual se obtiene una muestra de ADN exactamente igual al ADN inicial, pero en mayor cantidad. Para conservar la muestra, la temperatura se reduce a unos 4 °C.

Organismos Transgénicos

Los organismos transgénicos son aquellos modificados genéticamente que portan algún gen de otra especie que les confiere nuevas características.

Ventajas y Desventajas

• Ventaja: Ha permitido conseguir alimentos más baratos, nutritivos y resistentes a plagas.
• Inconveniente: Todavía no conocemos sus efectos sobre la salud y son organismos sujetos a patentes, cuyos propietarios ejercen sus derechos económicos sobre ellos.

Grandes Proyectos del Genoma Humano

Proyecto Genoma Humano

Objetivos

• Obtener el mapa de los genes del ADN humano.
• Hallar la secuenciación de todas las bases nitrogenadas de los nucleótidos.
• Almacenar esta información en bancos de datos y propiciar el intercambio de la información obtenida para el uso de toda la humanidad.
• Desarrollar nuevas tecnologías aplicables a la secuenciación, con nuevos instrumentos para el análisis de los datos obtenidos.

Conclusiones

• El número de genes humanos es menor de 30.000, muy inferior al previsto inicialmente.
• Cada gen codifica una proteína determinada.
• La mayor parte del genoma es en realidad ADN no codificante (98%), que es aquel que no pertenece a ningún gen y no codifica ninguna proteína.
• Existe un alto grado de coincidencia entre el ADN humano y el de otras especies, como el chimpancé (96%), lo que constituye una prueba de la evolución.

Proyecto Internacional HapMap

Se elaboró un mapa sobre las variaciones genéticas en personas con diferentes enfermedades, como el cáncer, la diabetes, la hipertensión o trastornos cardíacos. Permite entender mejor la relación entre el genoma y la salud humana.

Proyecto Internacional ENCODE

Es una colaboración internacional de grupos de investigación que se ha propuesto crear un catálogo de todos los elementos funcionales del genoma humano, incluyendo aquellos que actúan en el ámbito de proteínas, de ARN y de todos los elementos reguladores.

Métodos de Reproducción Asistida

Inseminación Artificial

Consiste en la introducción, mediante una cánula, del semen del varón en el útero de la mujer para lograr el embarazo. En casos de infertilidad masculina o cuando la mujer desee tener un hijo sin relaciones sexuales, se utiliza el semen de un donante.

Fecundación in vitro (FIV)

Consiste en la extracción del óvulo femenino para fecundarlo con esperma obtenido previamente del hombre y propiciar el encuentro de ambos en una probeta. Después de un tiempo de incubación, el embrión fecundado se transfiere al útero de la mujer para continuar su desarrollo hasta el parto.

Transferencia Intratubárica de Gametos (GIFT)

Se realiza la extracción de los óvulos del ovario, y tanto los espermatozoides como los óvulos se inyectan mediante un catéter en las trompas de Falopio, donde se produce la fecundación. A partir de ese momento, la gestación sigue su curso normal.

Inyección Intracitoplasmática de Espermatozoides (ICSI)

Se aplica cuando el espermatozoide es incapaz de penetrar en el óvulo. Consiste en inyectar un espermatozoide directamente en el citoplasma del óvulo previamente extraído para producir la fecundación. El desarrollo embrionario en las primeras etapas se realiza en un cultivo adecuado y, finalmente, se transfiere el embrión al útero de la mujer mediante un catéter.

Clonación

La clonación es el proceso de obtener uno o varios individuos de forma asexual a partir de una célula somática o de un núcleo de otro individuo, de modo que los individuos clonados son genéticamente idénticos al original.

Etapas de la Clonación

1. Se extrae el núcleo del óvulo receptor (enucleación).
2. Se implanta en el óvulo enucleado el núcleo de la célula donante, que es la verdadera progenitora. Se obtiene así una célula semejante a la que resultaría de una fecundación natural.
3. Reprogramación: Mediante un tratamiento químico y una corriente suave, se logra que el ADN adquiera las características que le permitan desarrollarse como un embrión.
4. El embrión se implanta en un tercer individuo, que sirve de madre de alquiler, para que lleve a término todo el desarrollo embrionario. En el parto se obtiene un individuo genéticamente idéntico al organismo que donó el núcleo de su célula.

Aplicaciones de la Clonación

• Clonación de animales: Ejemplo: la oveja Dolly. Se podría realizar en seres humanos, pero no se ha llevado a cabo debido a controversias éticas, religiosas y legales.
• Clonación con fines terapéuticos: Su objetivo es obtener células específicas de distintos tejidos y órganos para reemplazar en un paciente las células dañadas por células sanas. Es el origen de la medicina regenerativa y se encuentra en vías de investigación.

Células Madre

Requisitos de las Células Madre

• Son células indiferenciadas o no especializadas.
• Tienen la capacidad de multiplicarse (diferenciación).
• Pueden transformarse, en ciertas condiciones, por diferenciación en distintos tipos celulares especializados (autorrenovación).

Tipos de Células Madre

• Células madre embrionarias: Provenientes de embriones excedentes de fertilización in vitro. Su uso plantea problemas éticos.
• Células madre adultas: Procedentes de cordón umbilical o de tejidos adultos. Su uso no plantea dilemas éticos.
• Células madre inducidas (iPS): Se obtienen de células adultas de la piel.

Aplicaciones de las Células Madre

• Originación de neuronas para sustituir el tejido cerebral dañado.
• Fabricación de células del músculo cardíaco para restituir aquellas dañadas tras un infarto.
• Fabricación de células del páncreas que segreguen insulina en pacientes diabéticos.