Capitulo 13 Biotecnologia Audesirk La Vida en La Tierra

13 • ecnolo , 1 1

DE UN VISTAZO Estudio de caso: Un grano viejo aprende nuevas mañas

¿Oué es la biotecnología?

- ¿Cómo se recombina el DNA en la Naturaleza?

El DNA se recombina de forma natural mediante procesos como la reproducción sexual. la transformación bacteriana y la infección viral

- ¿Cómo se recombina el DNA en los laboratorios de ingeniería genética?

Las enzimas de restricción cortan el DI\ A en secuencias específicas de nucleótidos

La inserción de DNA en un vector produce una biblioteca de DNA recombinante

- ¿Cómo identifican genes específicos los investigadores?

Los polimorfismos de la longitud del fragmento de restricción permiten identificar genes

Los genes de un organismo se identifican por analogía con genes afines de otros organismo

Los genes se identifican por su producto proteínico

S ¿Oué aplicaciones tiene la biotecnología?

Los genes clonados suministran suficiente DNA para determinar la secuencia de genes

DE CASO

El análisis de huellas digitales de DNA facilita la detección genética en muchos campos

La ingeniería genética revoluciona la agricultura

¿Creará la biotecnología un auténtico Parque Jurásico?

§) ¿Oué usos tiene la biotecnología en medicina?

Los ratones de eliminación/sustitución (knock-out) ofrecen modelos de enfermedades genéticas humanas

La ingeniería genética permite producir proteínas terapéuticas

La terapia genética humana apenas comienza

E l proyecto del genoma humano ya ha completado un borrador de trabajo del genoma humano en su totalidad

V ¿Cuáles son las implicaciones éticas de la biotecnología humana?

Las pruebas genéticas para detectar la fibrosis quística y las formas hereditarias de cáncer mamario ilustran los problemas potenciales

La anemia de células falciformes y la enfermedad de Tay-Sachs ilustran los riesgos y ventajas de los programas de selección genética

La clonación potencial de seres humanos plantea más cuestiones éticas

Otro vistazo al estudio de caso: Un grano viejo aprende nuevas mañas

Un grano viejo aprende nuevas mañas

E 1 arroz es el alimento principal para al· rededor de dos terceras partes de los

o.:res humanos que habitan la lierra. Un tazón .-: arroz suministra una buena provisión de -3rbohidratos y un poco de proteína, pero es :"'1'1 fuente muy pobre de casi todas las vita ·

as, entre ellas la vitamina A. Y a menos que -;gente coma suficientes frutas y hortalizas mo con el arroz para suministrar esta indis·

::msable vitamina, se produce una afección Jnocida como deficiencia de vitamina A.

.;wnque es poco común en los países más

avanzados, cada año esta afección provoca la muerte de más de un millón de niños en Asia, África y América Latina. Asimismo, más de 250 000 niños de estos países en vías de desa· rrollo quedan ciegos cada año a resultas de la deficiencia de vitamina A. En 1999, la biotec· nología aportó una posible cura: arroz creado por ingeniería genética.

Este nuevo arroz es de color amarillo dorado porque contiene altos niveles de beta-caroteno, el precursor de la vitamina A que da a las zanahorias su brillante color. La ingestión diaria de

aproximadamente 300 gramos del arroz creado por ingeniería genética (cantidad típica en las dietas asiáticas) bastaría para prevenir la deficiencia de vitamina A.

¿Cómo crean los científicos plantas y a ni· ma les modificados genéticamente? ¿Cuáles son algunos de los riesgos y ventajas poten· ciales de esta tecnología? En este capítulo exploraremos estos cuestiones y estudiaremos el papel cada vez más importante de la biotecnología en relación con la vida sobre la lierra. •

244 Capítulo 13 Biotecnología

V ¿Qué es la biotecnología?

E n su sentido más amplio, biotecnologia es rodo uso comercia l o alteración de organismos. células o moléculas biológicas para a lcanzar metas prácticas específica . D e acuerdo con esta definición. la biotecnología es casi tan antigua como la civilización misma. Los estudios arqueológicos demuestran que. hace ya 10000 años. las culturas neolíticas de Egipto y del Cercano Oriente usaban células de levadura para elaborar cerveza y vino, de forma muy parecida a como lo hacemos hoy d ía. El cultivo o crianza selectiva de plantas y an imales en la agricultura tiene una historia igualmente larga. Unos fragmentos de calabaza conservados en una cueva seca de México fechados recientemente resu ltaron tener una antigüedad de 8000 a 1 O 000 años. Estas calabazas tienen semillas más grandes y cáscara más gruesa que las variedades silvestres. lo que es indicio de cul tivo selectivo por seres humanos: una de las primeras formas de manipulación genética. El arte prehistórico y los restos de anima les sugieren que también se domesticaba y se criaba selectivamente a perros. ovejas. cabras. cerdos y camellos desde hace alrededor de 10000 años.

El cultivo y la crianza selectivos siguen siendo una hen·amien ta importanie en la biotecnología. Sin embargo. también es común en la biotccnología moderna el uso de la ingeniería genética. esto es. la modificación de material genético para alcanzar metas específicas. A las células u organismos creados por ingeniería genética se les han suprimido. agregado o modificado genes. Los objetivos principales de la ingeniería genética son los siguientes:

l. aprender más acerca de los procesos celulares. entre ello la herencia y la expresión de los genes:

2. ofrecer una mejor compre nsión y tratamiento de las enfermedades, e n particular de los tra tornos genéricos: y

3. generar ven tajas económicas y sociales. como la producción eficiente de moléculas biológicas valiosas y mejore plantas y animales para la agricultu ra.

Una herramienta fundamental de la ingeniería genética es e l DNA recombinante. El D A recombinante contie ne genes o panes de genes de diferentes organismos. e n muchos casos de especies distintas. Se pueden cultivar grandes cantidades de D A rccombinante en bacterias. virus o levaduras para luego transferirlas a otras especies. incluidos plantas y animales. Estas plantas y an imales. que expresan un DNA que ha sido modificado u obtenido de otras especies. se conocen como transgénicos. Desde su invención en los años setenta. la tecnología de DNA recombinante ha crecido de forma espectacular y ha a portado nuevos métodos, aplicaciones y posibilidades de ingeniería genética. H oy e n día. casi todos los laboratorios de investigació n dedicados al análisis de la estructura celular, la genética. la base molecular de las enfermedades y la evolución, utilizan rutinariamente la tecnología de DNA recombinante en sus experimentos. Muchos productos creados por ingeniería gent!tica se utilizan preferentemente en vez de otro que antes estaban disponibles, entre ellos la insulina humana y las enzimas que se usan para elaborar quesos. Sin embargo, también crece la preocupación acerca de la prudencia y la seguridad de algunos de estos métodos y productos.

l ¿Cómo se recombina el DNA _/ en la Naturaleza?

Tendemos a pensar que la constitución genét ica de una especie es relativamente estable y estática. Sin embargo. muchos procesos natura les transfieren D NA de un organismo -o incluso de una especie- a otro. De hecho. muchas de las tecnologías de DNA recombinante que se utilizan en el laboratorio se basan en estos procesos naturales de rccombinación de DNA.

El DNA se recombina de forma natural mediante procesos como la reproducción sexual, la transformación bacteriana y la infección viral

Como quiera que se lleve a cabo. la recombinación modifica la con titución genética de los organismos. En muchas especies la rccombinación del D A se lleva a cabo durante la reproducción sexual: e l entrecruzamiento durante la meiosis 1 intercambia DNA de cada cromosoma materno con el DNA homólogo del cromosoma paterno. Después de la recombinación.los cromosomas contienen nuevas combinaciones de a lelos, diferentes de las de a mbos progenitores. Por tanto, se puede considerar todo óvulo y espermatozoide producido por meiosis como ·· recombinante··.

Muchas personas tienden a considerar la recombinación dentro de una especie durante la reproducción sexual como '·naturar· y. por tanto. buena. pero piensan que las recombinacion es que se efectúan en e l laboratorio e ntre diferentes especies son ··a n tinatura les ·· y. por l<tnto, intrínsecamente malas. Sin embargo. en la atu raleza también se da la recombinación entre especies. como se describe a continuación.

La transformación puede combinar DNA de diferentes especies bacterianas Las bacterias sufren varios tipos de recombinación que hacen posible la transferencia de genes entre especies no a fi nes. Un proceso conocido como t ra nsformación p ermite a las bacterias capturar D 1A libre del ambiente. El DNA libre puede ser parte del cromosoma de o tra bacteria, incluso D NA de otra especie bacter iana. E l descubr im ie nto de esta transformación cromosómica fue uno de los prime ros indicios de que e l D A contiene genes. También puede haber transformación cuando las bacterias capturan d iminutas moléculas circulares de DNA llamadas plásmidos (F ig. 13-1). ruchos tipos de bacterias contienen plásmidos, q ue tambi¿n se encuentran en algunos hongos. algas y prot is tas. El tamaño de los plásmidos varía ent re 1000 y lO 0000 n ucleót idos de longitud. En comparación. el cromosoma de E. coli tiene una longitud aproximada de 4600000 nucleótidos. Una sola bacteria puede contener docenas o inciliSO cientos de copias de un plásmido. Cuando la bacteria muere. libera estos plásrnidos en el ambiente. donde pueden ser capturados por bacterias de la misma o de otra especie. Además, las bacteria vivas suelen ser capaces de transmitir una copia de su plásmido directamente a otras bacterias vivas. ¡También se ha documen tado la transmisión de plásmidos de bacterias vivas a levaduras vivas!

¿Cómo se recombina el DNA en la Naturaleza? 245

(b} transformación con plásmido (e} transformación con fragmento de DNA

cromosoma bacteria cromosoma bacteriano

bacteriano bacteria

' micrómetro

El plásmido se replica en el citoplasma.

ra 13-1 Recombinación en bacterias

El fragmento de DNA se incorpora al cromosoma.

.\demás de su cromosoma circular grande, por Jo común las bacterias tienen pequeños os de DNA llamados plásmidos, que suelen contener otros genes útiles. La transformación

::eriana se lleva a cabo cuando bacterias vivas incorporan (b) estos plásmidos o ~ -r-agmentos de cromosomas.

Para qué sirven los plásmidos? El cromosoma de la bacd contiene todos Jos genes que la célula necesita normal

~nte para su supervivencia básica. Sin embargo. en muchos '>S los genes que hay en los plásmidos permiten a las bac

-as que los tienen crecer en ambientes nuevos. Ciertos .... midas contienen genes que permiten a las bacterias me-

lizar fuentes de energía novedosas. como petróleo u otros J.rocarburos. por ejemplo. Otros plásmidos tienen genes _, origin an sín tomas de enfermedad, como la diarrea. por .mplo, en e l animal u otro organismo que la bacteria infec-

Desde el punto de vista de la bacteria. la diarrea del ..mal infectado puede ser ventajosa porque permite a la bac,a diseminarse e infectar a nuevos huéspedes.) Hay otros

midos con genes que permiten a la bacteria crecer en pre:Jcia de un an tibiótico. como la penicilina. por ejemplo. En

':lbientes donde se usan mucho los antibiótico . en especial - os hospitales. las bacterias que tienen estos plásmidos de

:stencia a los antibióticos se diseminan rápidamente entre pacientes y el personal médico. lo que convierte a las in

_:t'Jones resistentes a los antibióticos en un problema serio.

.!:ls virus transfieren DNA entre bacterias

entre especies eucarióticas virus, que son poco más que material genético envuelto

una cubierta que contiene proteína. transfieren su mate; gené tico a las células durante la infección. Dentro de la

• ula infectada. los genes virales se replican y dirigen la sín~:1 de proteínas virales. Los genes replicados y las nuevas

proteínas virales se ensamblan dentro de la célula y forman nuevos virus que, a su vez, son liberados para infectar a otras células (Fig. 13-2). Por lo regular, un virus determinado sólo infecta y ~e replica en las células de ciertas especies bacterianas, animales o vegetales. Por ejemplo, el virus de l moquillo canino, que provoca una enfermedad frecuentemente mortal en Jos perros. normalmente sólo infecta a perros. mapaches, hurones. nutrias y otras especies afines. Las personas que cuidan de estos animales enfermos no corren riesgo de contraer esta enfe rmedad viral.

Durante muchas infecciones vira les. las secuencias de l DNA vira l se incorporan a uno de los cromosomas de lacélula huésped. El DNA viral puede permanecer ahí durante días. meses o incluso años. La célula replica el DNA viral incorporado junto con el resto de su D 1A cada vez que se divide la célula. Cuando se producen nuevos virus a partir del DNA incorporado. éstos pueden integrar por e rror genes humanos en el genoma del virus: de este modo se crea un virus recombinante. Cuando un vi rus de este tipo infecta a otras células. transfiere además una parte de l D NA de la célula huésped anterior. Ocasionalmente, los virus traspasan las barreras de la especie para infectar a nuevas especies. Por ejemplo. el moquillo canino, que normalmente no infecta a los gatos. ha matado a miles de leones en la llanura del Serengeti de África. Durante estas infecciones transmitidas de una especie a otra, e l nuevo huésped puede adq ui rir genes que originalmente pertenecie ron a una especie no afín a la suya.

246 Capitulo 13 Biotecnologia

proteínas virales "-

_<:/ , ', genes virales

\ (rojos)

, 1 ' ' /

... , ... --- ... ---

Se ensamblan nuevos virus; algunos pueden tener genes de la célula huésped.

Los genes virales contienen el código de la síntesis de proteínas virales y de copias adicionales de los genes virales.

+

El virus se fija a una célula huésped susceptible.

~

El virus entra en la célula huésped.

~

El v1rus libera sus genes en el citoplasma; los genes virales se incorporan al genoma de la célula huésped.

Figura 13-2 los virus pueden transferir genes Un virus que infecta a una célula eucariótica usa su propio material genético y la maquinaria celular del huésped para copiar el virus. Cuando las copias salen de la célula, infectan nuevas células huésped. Segmentos del DNA del huésped pueden incorporarse al genoma viral y transferirse a huéspedes de otras especies.

~¿Cómo se recombina el DNA en los ~ laboratorios de ingeniería genética?

Las herramientas para crear y analizar moléculas de DNA recombinan te son objeto de constante mejoramiento y simplificación. Lo que en otra época sólo se podía hacer en laboratorios de investigación universitarios especializados. ahora se lleva a cabo rutinaria mente en las clases de biología de preparato ria o incluso de secundaria. No obstante. varias tecnologías l'undamentales siguen siendo piedras angulares de la recombinación de D NA en el laboratorio.

Las enzimas de restricción cortan el DNA en secuencias específicas de nucleótidos

En el es tudio de caso de este capítulo vimos que cientos de miles de niños se quedan ciegos cada año por fa lta de vitami-

na A en su dieta. Imaginemos que queremos crear una pi -ta de arroz enriquecido con vitamina A. capaz de suminislr' la cantidad que e necesita cada día en un tazón ele arroz . .:,C molo haríamos? Un método sería buscar los genes nec~ rios para elaborar vitamina A en un organismo y tran fe· estos genes a la planta de arroz. ¿Cómo se podrían loe., za r estos genes? Probablemente partiríamos de un organis~ que elabora de forma natural niveles altos de vitamina.como el narciso atrompetado. por ejemplo. Pero el genoma u..

narciso atrompetado contiene miles de miles de genes: ¿cu les son los genes que buscamos?

Una herramienta importante para buscar genes aprm ~ cha la capacidad de las enzimas de restricción para cortar ' moléculas grandes de DNA en fragmentos más pequeño. fáciles de manejar. Muchas bacterias producen una o más e"lzimas de restricció n. que cortan el esqueleto del D A sieiT' pre que e ncuentran una secuencia específica de nucleótido Por ejemplo, la e nzima de restricción EcoRT de E. co/i con.. cualquier doble hélice de D A siempre que se topa con secuencia siguiente:

... AATTGCTTAGAATT GAT T TG .. . .TTAACGAATCTTAAG CTAAAC .. .

1 La EcoRI se une a la secuencia GAATIC, corta e l ONA y forma fragmentos de DNA.

~ ... AATTGCTT.AG AATTC GATTTG .. . . .. TTAACGAATCT""AA GCTAAAC .. .

Ciertas enzimas (como la EcoRl ) efectúan un cort e escalonado a través ele la doble hélice de DNA y dejan una pequeña región de D~A de una sola cadena e n los extremos cortados. Otras enzimas forman extremos chato de doble cadena. En la aturalcza.las enzimas de restricción defienden a las bacterias contra las infecciones virales cortando el Dl'\A viral invasor. Las bacterias protegen su DNA incorpo· rando g rupos me tilo ( -CH3) en algunos de los nucleótidos del D!\i'A. Las enzimas de restricción no reconocen este DNA modificado. Los investigadores han aislado docenas de e nzimas de restricción y las usan para cortar el D A en p unto específicos y con ello producir fragmentos más conos de D1 A. Si se incuba DNA con una enzima de restricción, se obtienen fragmentos de DNA más pequeños con secuencias conocidas en sus extremos. Estos fragmentos sirven para generar una colección de DNA recombinante conocida como "biblioteca .. .

La inserción de DNA extraño en un vector produce una biblioteca de DNA recombinante

Para crear una planta de arroz transgénica. necesitamos grandes cantidades de D A de narciso atrompetado puro con los genes que nos interesan. ¿Cómo producir graneles cantidades de DNA? Los científicos comprendieron desde un principio que podían utilizar p lásmidos y virus para sinte tizar DNA. Para ello. incorporaron nuevas características a Jos p lásm idos y virus q ue facilitaba n la inserción de

¿Como se recombina el DNA en los laboratorios de ingeniería genética? 247

A extra1'10. Esws plásmidos y virus especializados reci-~"' el nombre de vectores. Las compañías biotecnológicas -reccionan y comercializan rutinariamente nuevos y me;es vectores para la investigación y otros usos del D A , nmbinan te. l nvestigadores de todo el mundo también

-"llin istran gratuitamente a otros investigadores lo veces que han creado. Cuando se in troduce un plásmido

-~ombinan tc en una bacte ria. ésta replica el plásmido rembinante cada vez que se divide. Así pues. con sólo cular las bacterias que contienen el plásmido deseado. los

. ntíficos pueden producir todo el DNA recombinante que ~cesitan .

La inserción de D, A extraño en un vector es simple (fig. •3). Por ejemplo. se aísla D A de un narciso atrompetado. Je cualquier o tro organismo. y se corta con EcoRI para

-Jducir cientos de miles de pequeños fragm..:nto~ de D:'\A. da uno de los cuales tiene la misma secuencia de nucleóti- en sus extremo :ITAA en un extremo de cada fragm..:nto -\ATT en el otro extremo. El DI\ A del 1 ector también corta con EcoRL de tal forma que los extremos cortados

-~1 DNA del vector sean complementarios respecto a los del " A del narciso. A continuación. los fragmentos de DNA

.::1 vector se combinan con los fragmentos de DNA del na ro. Se agrega a la mezcla DNA ligasa. la enzima que las céa util izan durante la replicación del DNA para unir las

- !lenas de DNA. La DNA ligasa une el DNA del vector con DNA del narciso atrompetado y crea moléculas de DNA

. .::ombinante. Estas moléculas de DNA recombinante de narciso/bacte

- se agregan entonces a un cultivo de bacte rias. Mediante !'roccso de transformación. cada bacte ria captura una mo

~ - ula diferente de DNA recombinante. De esta forma. cada cteria contiene una parte d istinta del geno ma del narci ·o

o.rompetado transportado en un vector. Un cultivo de e tas ., terias permite obtener miles de millones de copia de las

_ ersas moléculas de DNA recombinanle. El procedimiento en su totalidad es análogo al de tomar tomos de una enciclopedia. cortar las páginas siempre que

.: encuentre la palabra sus y Juego colocar los fragmentos en .upelas individuales. Cada carpeta contiene tan sólo una pe~eña parte de la enciclopedia. pero e l conjunto de carpetas ntiene la enclopedia completa. Análogamente, cada bacte

-- modificada genéticamente contiene sólo una pequeña par-- de l genoma del narciso. pero las bacterias en conjunto

n tiencn el genoma del narciso atrompetado en su totali.ld. Un conjunto de este tipo recibe el nombre de biblioteca

;.: DNA. La elección de este nombre no fue muv afortunada. •rque hace pensar en información muy bien organizada y talogada. Por el contrario. una biblioteca de D:'-JA es nor

-.tlmente un conjunto de miles de millones de bacte rias ge:ticamente modificadas en un solo tubito de ensayo. De uel ta a la analogía de la enciclopedia. es como si lascar

-.:: tas se guardaran al azar en una caja. Para identificar los gc-- -" de narciso atrompetado que necesi tamos para producir

amina A. tendríamos que encontrar las bacterias que tie- -n estos genes y separarlas de los millones de otras bacterias

.Je tie nen otras secuencias de genes de narciso atrompedo. Aislar una cepa bacteriana específica que contiene un

7~n extraño determinado de una biblioteca de DNA es lo que 'científicos quieren decir cuando afi rman que han "clonaun gen'·.

cromosomas de narciso atrompetado

------

\

se raspan las células

+

vector plásmido purificado de las bacterias

o o

1 /

Cada colonia de bacterias contiene un fragmento diferente de DNA de narciso atrompetado.

biblioteca de DNA de narciso atrompetado

Figura 13-3 Formación de una biblioteca de DNA Los cromosomas purificados del organismo que interesa se cortan con una enzima de restricción y se mezclan con copias de un plásmido bacteriano que ha sido cortado con la misma enzima de restricción. Cuando se mezclan las moléculas de DNA cortadas, cada DNA de plásmido se une a un fragmento de DNA extraño y la DNA ligasa une los esqueletos de DNA para formar moléculas de DNA recombinante. Las nuevas moléculas de DNA recombinante se incorporan a las bacterias por transformación. Las bacterias crecen en las cajas que contienen nutrimentos hasta formar colonias. Dentro de cada colonia, cada célula bacteriana contiene el mismo plásmido recombinante que tiene el mismo fragmento de DNA extraño. Sin embargo, las diferentes colonias contienen distintos plásmidos recombinantes con diferentes fragmentos de DNA extraño. Finalmente, se raspan las células bacterianas y se juntan en un tubo de ensayo para formar una "biblioteca de DNA".


¿Cómo identifican genes específicos los investigadores?

Como se puede ver. crear moléculas de DNA recombinante no constituye una dificultad de consideración para los científicos. En cambio, identificar las moléculas específicas de DNA recomhinan\e que contiene n el gen que nos interesa es una labor que puede tomar años. E l problema de identificar un gen determinado (es decir, de clonar el gen) se resuelve de diversas formas. tres de las cuales se describen a continuación.

Los polimorfismos de la longitud del fragmento de restricción permiten identificar genes

A principios de los años 80. ya se habían creado bibliotecas d.: DNA humano. Los científicos podían usar estas biblioteca . junto con la digestión ele la restricción y los árboles genealógicos, para identificar genes específicos mediante polimorfismos de la longillld del fragmemo de res1ríccíón. Recuérdese que la secuencia del DNA de dos individuos es muy similar. pero no idéntica. Algunas ele estas diferencias de secuencia del DNA originan diferencias en la longitud de los f ragmento de DNA que se obtienen por digestión con una enzima de re -tricción. En seguida se representan dos dobles hélices de DNA. donde la ubicación de cada s itio reconocido por la EcoRI (GAATTC) se indica mediante una flecha. La molécula de DNA del ejemplo de más abajo tiene una sola diferencia de pares de bases que cambia la GAATIC central a CAATTC. Esta diferencia impide que la EcoRI corte en ese punto.

l n la digestión con EcoRI V produce 4 fragmentos

L_ _ _ _ _____, c:::::::=J

n la digestión con EcoRI V produce 3 fragmentos

c:::::::=J L_ _ _ _ _ __ __j c::=::::J

Después de la digestión con EcoRI. la molécula de DNA del ejemplo de arriba produce cuatro fragmentos más pequeños; la de abajo produce tres fragmentos más pequeños. Las diferencias en la secuencia del DNA como éstas. que alteran el tamal'io de los fragme ntos de res tricción. se conocen como polimorfismos de la longitud del fragmento de restricción. o RFLP*. para abreviar.

Los RFLP se detectan separando los fragmentos de re -tricción mediante electroforesis en gel. En este procedimiento. la mezcla de fragmentos de restricción de Dl'A se carga en una zona hendida, o pozo, de una placa de agar. El agar es un carbohidrato, producido por un alga, que también se usa en la preparación de diversos alime ntos humanos. Por ejemplo, la brillante "gela tina" que ro dea un hermoso pastel de

*RFLP son las ~iglas de reslrJction fragmemlength polymorph;sms. y en la práctica. por lo común ;e alud~ a ellos con el término coloquial <.le .. rene p.-·. (N dd R.T¡

fruta suele ser de aga r. La placa de agar recibe el nombre de gel. Cuando se aplica una corriente eléctrica al gel. los fragmenws de DNA que tienen ca rga negativa se desplazan hacia e l electrodo con carga posi tiva. Los fragmentos más pequeños se deslizan entre los espacios que separan las moléculas de agar con más facilidad que los fragmentos más granJes. E n consecuencia. los fragmentos más pequeños se desplazan con más rapidez y deja n at rás a los fragmentos más grandes. Al final, los fragmentos de DNA quedan separados según su tamaño. formando bandas defin idas en el gel.

-- Los fragmentos más grandes se desplazan con - más lentitud; los fragmentos más pequeños se - - desplazan con - - mayor rapidez.

¿Para qué sirven a los investigadores los polimorfismos ele la longitud del fragmen to de restricción? Si se hereda un RFLP junto con el gen de un rasgo determimtdo, entonces la secuencia de nucleótidos del RFLP debe estar cerca del gen que nos interesa. ¡El RFLP puede estar incluso den tro del gen! Todo lo que necesitamos hacer es identificar las bacterias de la biblioteca de DNA que contienen el D NA del RFLP.

Un método para identificar las bacterias que contienen un gen específico u o tra secuencia de DNA aprovecha las sondas de DNA. Una sonda de DNA es una secuencia corta de una cadena individual de DNA que forma pares de bases con el D1 A que se bu ca. La sonda de DNA ha sido modificada, en muchos casos incorporando un átomo radiactivo. para detectar su pre encía con facilidad. Las bacterias que constitu~ en nuestra biblioteca de DNA de narciso atrompetado se distribuyen sobre un medio de cultivo sólido y se dejan crecer de modo que formen colonias individuales. Cada colonia se forma a partir de una sola célula que se divide muchas veces hasta constituir un montículo de células idénticas. Colocando un trozo de papel filtro enci ma de las colonias. se transfieren algunas de las células de cada colonia al papel fi ltro. (La placa con las células restan tes se guarda para recuperar más adelante las colonia~ bacterianas que nos inte resan.) Las células que están en el papel filtro se rompen y se abren para permitir la e ntrada de la sonda de D A Después de bañar estas células ro tas con la sonda de DNA y de enjuagar para e liminar e l excede nte, sólo q uedará la sonda e n algunas de las células. Específicamente. la sonda estará presen te sólo en las células que contienen DNA de narciso atrompetado capaz de formar pares de bases con la sonda de DNA. Las células que contienen una sonda de DNA radiactiva se detectan colocando un trozo de película de rayos X encima del papel filtro. La radiactividad de la sonda de DNA expone la película y produce una mancha negra encima de las colonias bacterianas que buscamos. Con esto. podemos regresar a la placa original y tomar las colonias que nos interesan. cultivar las células y analizar el DNA que contienen.

...as genes de un organismo se identifican por z.,alogía con genes afines de otros organismos

~.J vez que se ha clonado un gen de un organismo cualquiese puede utilizar el gen para buscar genes afines e n otros ~anismos. Considérense los genes homeóticos, que son su-mente importantes para el desarrollo correcto de las es_cturas corporales de los animales. Uno de los primeros

-"nes ho meóticos que se clonaron es un gen de la mosca de fruta llamado Amennapedia. Las mutaciones de este gen ginan un desarrollo anormal de las antenas de la mosca de

4 :"ru ta (Fig. 13-.f). En vez de antenas. ¡a estas moscas les cre-':1 patas! Para sorpresa de los investigadores de la mosca de

fruta, el uso del gen Amennapedia como sonda permitió . .rntifica r una gran clase de genes afines en otra~ e ·pccies. -cluso en los seres humanos. Todos estos gene tienen en co--un ciertas simi litudes de secuencia y la mayor parte de ellos .uecen servir como '·interruptores de control maestro'' en

- etapas tempranas del desarrollo. Por consiguiente, el es'"dio de moscas a las que les crecen patas donde deberían tar sus antenas debe llevar a una comprensión má perfec

~ del desarrollo inicial de todos los animales.

_os genes se identifican por su producto ¡>roteínico

""iertos vectores se proyectan de modo que el gen extraño in-n ado se transcri':>a y se traduzca en la célula transformada.

:>~el investigador desea clonar el gen que codifica una enzima _specífica. puede servirse de la act ividad de la pru1eína para jenti(icar las células que contienen ese gen. Por ejemplo. el ,en que contiene el código de una enzima clave de la síntesis _e colesterol fue donado porque las células de levadura con _tos niveles de esta proteína adquieren resistencia a un fár:naco que inhibe la actividad de la enzima. Sólo las células con .dtos niveles de la enzima (y. por consiguiente. con copias adi:~onalcs del gen) sobreviven en presencia del fármaco.

~ ¿Qué aplicaciones tiene V la biotecnología?

t.: na vez que se ha clonado (aislado) un gen. se le pueden dar muchos usos. A continuación se describen algunas aplicaciones de los genes en el campo de la biotecnología.

¿Qué aplicaciones tiene la biotecnologla? 249

Figura 13-4 Los genes clonados de un organismo sirven para localizar genes similares en otro organismo La mosca de la izquierda tiene antenas normales. La mosca mutante de la derecha tiene estructuras de pata en vez de antenas. El gen mutante que da origen a este defecto se llama Antennapedia. Mediante un gen Antennapedia clonado de mosca como sonda de una biblioteca de DNA humano, se encontró una versión humana del gen Antennapedia. Ambos genes se expresan en regiones similares de Jos embriones en desarrollo.

Los genes clonados suministran suficiente DNA para determinar la secuencia de genes

Después de clonar un gen, se puede establecer su secuencia exacta de nucleótidos. El método más común para hacerlo se ba~a en una variante de la reacció n e n cadena de la poli merasa y produce grandes cantidades de segmentos específicos de DNA en un tubo de ensayo. Este procedimie nto, conocido como la técnica dt: la reacción en cadena de la polimerasa, o PCR (poll'merase chain reaclion). no precisa un organismo \ 'Í\'O (Fig.l3-5). Perfeccionado en 1986 por Kary B. Mullís de la Ct:tus Corporation.la PCR pe rmite hacer mi les de millones de copias de los genes e legidos con más rapidez y economía que mediante su cultivo en bacterias. La PCR es tan elegante y tan crucial para los avances en el campo de labiología molecular. que hizo que Mullís compartiera el Premio Nobel de Química de 1993.

¿Cómo suministra la reacción en cadena de la polimerasa grandes cantidades de un segmento especifico de DNA?

La técnica de la PCR se basa en la actividad de la DNA polimerasa, la enzima que sintetiza nuevas cadenas de DNA. R ecuérdese (Capítulo 10) que. durante la r epl icación de l ONA . ciertas enzimas desenroscan la hélice de doble cadena y q ue cada cadena sirve como patrón para elaborar su cadt:na complementaria. La D NA polimerasa e nlaza los nuclcótidos apropiados para forma r cada nueva molécula de una cadena individual de DNA. E n la PCR intervie nen tres compone ntes principales: D A que contiene la secuencia de nucleótidos que se desea sinte tizar. dos secue ncias cortas de DNA llamadas iniciadores y O A pol imcr asa. Los iniciadores fo rman pares de bases con la molécula de DNA original, de tal modo q ue flanquean el tramo de DNA que se pretende sintetizar: un iniciador se une a l ··comienzo" de la secuencia de DI\ A po r sinte tiza r y el otro, al '·final" de la misma secuencia. La lJ A polimerasa sintetiza el DNA que se encuentra entre los puntos de e nlace de los in iciadores.

La PCR compre nde lil~ etilpil~ básicas siguie ntes. las cuales se repiten a lo largo de tantos ciclos como sea necesario para generar suficientes copias del segmento de DNA (habitualmente. alrededor de 30 ciclos):

250 Capitulo 13 Biotecnologia

(a)

un ciclo de PCR goce 50"C 72' C

~8 :==~~ iniciadores DNA • +-

~ \o--2erasa e DNA Se separan las Se enlazan los Se sintetiza original cadenas de DNA. iniciadores y la DNA.

(b)

'-----v-------1 Fragmento deDNA por amplificar

Ciclos dePCR

Copias de DNA

DNA polimerasa.

r 1 L

L r L

r L-

r L

2 3

2 4 8

Número de copias de DNA

/

~

/

~

/ T

~

/

~

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~

Figura 13-5 La PCR copia una secuenc ia específ ica de DNA

4 etc.

16 etc.

La reacción en cadena de la polimerasa consiste en una serie de 20 a 30 ciclos. (a) Durante cada ciclo, G) se separan las cadenas de DNA por aplicación de calor,® los iniciadores forman pares de bases con el DNA objetivo que se copiará, y@ una enzima DNA polimerasa termorresistente sintetiza moléculas complementarias de DNA. (b) La cantidad de DNA objetivo se duplica después de cada ciclo.

1. Se separa el DNA en cadenas individuales calentándolo a 9Q<C aproximadamente.

2. Cuando la te mperatura se reduce a alrededor de 50°C, los dos iniciadores forman pares de bases complementarias con las cadenas del D 1A original.

3. La DNA polimerasa tennon:esistente (aislada de bacte1ias que prol iferan en manantiales calientes o en respiraderos oce<ínicos calientes) une nucleótidos para sintetizar cadenas nuevas de DNA complementarias respecto a las del DNA original.

Con las mezclas apropiadas de iniciadores, nucleótidos libres y DNA polimerasa. una máquina de PCR ejecuta automáticamente ciclos de calentamiento y enfriamiento. una y otra vez. Cada ciclo toma sólo unos minutos, por lo que la PCR produce miles de m illones de copias de un gen o segmento de D . A en tan sólo una tarde. a partir. si es necesario. de una sola molécula de DNA (véase la figura 13-5). El DNA producido por PCR puede entonces examinarse en busca de RFLP y usarlo para generar nuevas moléculas de DNA recomhinante o para muchos otros fines

¿Cómo utilizan los investigadores la reacción en cadena de la polimerasa para poner al descubierto la secuencia de un segmento específico de DNA?

Una variante de la reacción PCR ordinaria permite establecer la secuencia de nuclcótidos del DNA. En primer lugar. en vez de usar un par de iniciadores. se agrega un solo in iciador a la mezcla ele reacción de la PC R. Esta modificación permite que la D A polimerasa sintetice una sola cadena de DNA. específicamente la cadena que es complementaria respecto al iniciador. En segundo Jugar, una fracción de cada nucleótido que se agrega a la reacción está marcado con una molécula fluorescente. o etiqueta. Cada tipo de nucleótido (A T. G y C) se rotula con una etiqueta de diferente color. Durante la PCR la DNA polimerasa incorpora nucleótidos complementarios a la cadena de D A en crecimiento. como s iempre. Si la DNA polimerasa agrega un nucleótido sin etiqueta a la cadena de DNA que está sin te tizando, sigue su camino e incorpora el siguien te nucleótido complementario a la cadena en crecimiento. Sin embargo, cuando la DNA polimerasa agrega uno de los nucleótidos con rótulo fluorescente. interrumpe la síntesis de la nueva cadena de DNA. En consecuencia, esta reacción PCR modificada produce una serie de fragmentos de DNA de una sola cadena. cada fragmento con un nucleótido más que el siguien te. El color permite establecer si el nucleótido terminal es A, T. G o C. Cuando se separan los fragmentos por electroforesis en gel. un sensor automatizado registra e l color del nucleótido del extremo de cada fragmento de DNA de longitud creciente. D e esta forma se establece la secuencia de nucleótidos complementaria a la cadena de DNA original.

¿ Por qué es útil conocer la secuencia de nucleótidos de un gen? Por una parte. la secuencia de n ucleó tidos de termina la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada. U na vez que se conoce la proteína. suele ser posible deducir su función potencial en la célula. Las secuencias de DNA también son indispensables para diagnosticar enfermedades genéticas. Por ejemplo, Jos científicos establecieron la secuencia de nucleótidos de un alelo del gen de la fibrosis quística en 1989. Al cabo de muy poco tiempo. los investigadores establecieron también la secuencia de los ale los de este gen presentes en los pacientes de fibrosis quística. La mayoría de los pacientes tenían un alelo defectuoso al que le faltaban tres nucleótidos. Ya con este cono-

:miento. los investigadores perfeccionaron métodos para es- Jecer con rapidez si un individuo es portador heterocigótiJe este alelo. Las pruebas genéticas de este tipo también in

-::ln a los padres si un hijo todavía en gestación ha heredado copias del alelo mutan te de la fibrosis quística y. por con

~ente, padecerá la en fcrmedad. Se dispone de pruebas gené;as para detectar otras enfermedades hereditarias. entre ellas anemia de células fa lciformes (véase la sección '·Conservación

...: la salud: Selección genética prenatal''). En Estados Unidos. legislación estatal ordena someter a todo recién nacido a prue

-..sde varias enfermedades genéticas. entre ellas la fenilcetonu-, y el hipotiroidi mo. En casi todos los estados (en EUA)

..a~bién es obligatorio realizar pruebas de anemia de células fal.:'ormes y otros defectos de la hemoglobina afines. Nuestra pacidad para diagnosticar infecciones que van desde la tu-

-..orculosis hasta el S 1 DA también depende en grado crecien-- je pruebas genéticas; estas pruebas establecen si el DNA de la ::-.cteria o virus patógeno está presente en el paciente.

En uno de los casos más notables de cooperación y colaboción en el campo de la biología moderna. los científicos de do el mundo han completado prácticamente la tarea últi-

- - en materia de establecer secuencias de D A: establecer secuencia del ge:noma humano en su totalidad: este trabase describe con más detenimiento en una sección posterior

. este mismo capítulo.

: análisis de huellas digitales de DNA facilita a detección genética en muchos campos

- análisis de huellas digitales de DNA es un tipo de análisis de -FLP que ha surgido rápidamente como herramienta para la - ·estigación genética en muchos y variados contextos. Así co--:> cada persona tiene un conjunto único de huellas digitales.

DNA de cada P•~rsona produce un conjunto único de frag- _ntos de restricción. La distribución de estos fTagmentos crea -a ·' huella digita l de D A' única que perm ite identificar .á! individuo (Fig. 13-6). El análisis de huellas digitales de D1 A probado ser extraordinar iamente útil para establecer la ino

;:ncia de presuntos delincuemes, tanto antes como después -los juicios. Por ejemplo. en los últimos diez años el análisis de

_.ellas digi tales de DNA ha demostrado que al menos d iez ioneros en espt!ra de su ejecución e n E tados Unidos eran

- realidad inocentes de los crímenes por los que se les había <ntcnciado a la pena de muerte. En el año 2000. >e presenta

"1 varios proyectos de ley ante el Congreso de Estados U ni-para proponer una legislación que garantice a un criminal

_nvicto el derecho a someterse a estas pruebas de D A. E l análisis de huellas digitales de DNA tiene además doce

-...s de usos distintos; permite evaluar la compatibilidad de do.:..dores potencialé:s de órganos con un paciente determinado. _pervisar las afirmaciones de pedigrí re pccto a animales de

-'"lll. examinar las relaciones entre antiguas poblaciones huma-. y determinar si se están cumpliendo las leyes referentes a

. pecies en peligro de extinción. Por ejemplo. el análisis de hue-"' digitales de D A de carne de ballena adquirida en un mer_...do japonés demostró que parte de la carne provenía de _ pecies de ballena en peligro de extinción; la caza de estas es-..:cies está prohibida por las leyes internacionales. El análisis -" huellas digitales de DNA de un cadáver cong..:lado. de 5000 ..,jo de antigüedad. encontrado e n los Alpes en 1991. demos

- que este "Hombre de los hielos" estaba genéticamente em,rentado con los habitantes acll!alcs del norte de Europa.

¿Qué aplicaciones tiene la biotecnología? 251

-- -•

Figura 13-6 Análisis de huellas digitales de ONA en ciencia forense Las diferencias de la longitud del fragmento de restri~:ción proporcio· nan una huella digital de DNA tan individual y (mica como una huella digital normal. En esta ilustración, el análisis de huellas digita les de DNA muestra claramente que sólo la sangre de uno ele los sospechosos coincide con la que se encontró en la escena del crimen. ¿Cuáles de los siete sujetos deben descartarse como sospechosos? [Cellmark Diagnostics, Germantown, MDI

la ingeniería genética revoluciona la agricultura

La ingeniería genética está sustituyendo rápidamente las técnicas tradicionales de reproducción para producir mejores variedades de plan tas de cultivo. Se producen plan tas transgénicas mediante diversos procedimientos. Una técn ica de uso común emplea la inserción de D A recombinante por medio de un plásmido (llamado plásmido Ti) presente en ciertas bacterias del suelo que infectan las plantas. Otra opción es la inserción directa de genes en células vegetales mediante una "pistola de gen" que dispara partículas recubie rtas de DNA directamente al in terior de las células. La planta de tabaco transgénica de la figura 13-7 contiene un gen de luciérnaga que contiene el código de la enzima luciferasa. Cuando esta enzima rompe su sustrato. produce luz. E l extraño resplandor de la planta demuestra claramente que el gen de la luciérnaga ha sido incorporado con éxito en el genoma ele la planta.

En Estados Unidos la producción de especies agrícolas (o animales) transgénicas debe contar obligatoriamente con la aprobación del Departamento de Agricultura. de la Oficina para la Protección Ambiental y de la Administración de F{lmiacos y Alimentos de ese país. Estos organismos también vigilan el cumplimiento de las no rmas gubernamentales sobre organismos transg¿nicos. Hasta noviembre del aúo 2!Xl0. se habían efectuado más de 5000 pruebas de campo de cultivos transgénicos. Con base en estas pruebas, 73 solicitudes de producción comercial de especies agrícolas transgénicas habían sido examinadas por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos. De éstas, 52 variedades han sido consideradas como libres de ·riesgo para producción comercial: ahora. estas plantas se pueden cultivar y cruzar sin necesidad de control ni supervisión especial por parte del gobierno. Las especies transgénicas que actualmente cuentan con aprobación para cultivo comercial se muestran en la tabla 13-1.

252 Capítulo 13 B1otemología

Figura 13-7 Inserción de genes en células vegetales Se han aplicado técnicas de ingeniería genética para insertar en esta planta de tabaco un gen de luciérnaga que codifica la enzima luciferasa. La enzima descompone la sustancia química luciferina y origina así la emisión de luz. Esta planta absorbió agua que contenía luciferina.

La ingeniería genética confiere a las plantas resistencia contra enfermedades, insectos y malezas Hoy e n día, la aplicación agrícola más extensa de la ingeniería genética se da en el cultivo de plantas más resistentes a las enfermedades. insectos y malezas (Fig. 13-8). Los científicos suelen incorporar genes en el genoma de la especie que permite a las plantas de cultivo resistir los efectos de los herbicidas. De esta forma. se pueden aplicar herbicidas a los ca m-

pos cuando las plantas de cultivo ya han brotado. a fin de matar las malezas que compiten con ellas. En enero del 2001 el Departamento de Agricultura de Estados Unidos estimaba que 8% del maíz, 57% de la soya y 46% del algodón que se cultivaban en E stados Unidos correspondían a variedades resistentes a los herbicidas. Para conferir resistencia a los insectos, la estrategia más común consiste en incorporar genes de una bacteria (Bacillus rhuringiensis, o Bt) que contienen el código para la síntesis de un insecticida natural llamado toxina Bt. El gen de la toxina Bt ha sido introducido en más de 50 plantas de cultivo que incluyen el maíz. la soya y la papa. Tambié n se han incorporado. mediante ingeniería genética. a plantas como las calabazas, genes que confieren resistencia a virus vegetales.

La ingeniería genética produce plantas con ventajas terapéuticas Además de producir plantas capaces de resistir a los herbicidas y las plagas. algunos ingenieros genéticos intentan crear plantas capaces de fungir como vacunas económicas y fáciles de elaborar. Los científicos han creado por ingeniería genética papas que se podrían comer crudas. en pequeñas porciones, para conferir resistencia a la hepatitis, a la diabetes de tipo l. al cólera y a una cepa de Esclzerichia coli (E. co/i) que provoca una grave diarrea. Se están haciendo intentos por usar plátanos en vez de papas, pues aquéllos tienen mejor sabor que las papas crudas y pueden darse a los bebés. Una vacuna de plátano contra la peligrosa cepa de E. coli resultaría especialmente valiosa en los países en vías de desarrollo. donde millones de bebés y niños mue ren de diarrea cada año a consecuencia de infecciones de E. coli.

La ingeniería genética mejora los animales domésticos Para crear animales transgénicos. el DNA clonado se inyecta en un óvulo fecundado y. cuando se trata de mamíferos, el óvulo es devuelto a una madre sustituta para que pueda desarrollarse. La proge nie resultante se somete a pruebas para

Tabla 13-1 Especies agrícolas creadas por ingeniería genética, aprobadas por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA)

Variedad creada por ingeniería genética

Resistencia a herbicidas

Resistencia a plagas

Resistencia a enfermedades

Esterilidad

Alteración del contenido de ace1te

A teraoóf'l de la maduración

Ventaja potencial

La aplicación de herbicidas mata las malezas, no las especies agrícolas, lo que aumenta el rend1miento de los cultivos.

Los insectos dañan menos las especies agrícolas y se obt ienen mejores rendimientos de los cultivos.

Las plantas son menos propensas a sufrir m leCCiones por virus, bacterias u hongos, lo que aumenta el rend1m1ento de los cultivos.

Las plantas transgénicas no se cruzan con las vanedades silvestres, por lo que ofrecen menos peligro para el ambiente y son más productivas económicamente para las compañías de semillas que las producen.

Se obt1enen ace1tes para consumo humano, más sanos, o aceites similares a los mas costosos (como el de palma o de coco).

Los frutos se transportan con más facilidad y menos daños, lo que aumenta las ganancias del agricultor.

Ejemplos de especies agrícolas creadas por ingeniería genética y aprobadas por el USDA entre 1992 y 2000

remolacha, canola, mafz, algodón, lino, papa, arroz, soya, tomate

maiz, algodón, papa

papaya, papa, calabaza

achicoria, maíz

canela, soya

tomate

¿Qué aplicaciones t1ene la biotecnología? 253

(b)

~ 13-8 Especies agrícolas transgénicas ~ A esta calabaza se le aplicó la ingeniería genética para conferirle resistencia a dos virus comunes de las plantas. (b) Las

:~as NewLeaf® (surco central). otro producto de la ingeniería genética, son resistentes al escarabajo de la papa de Colorado. - ariedad creada por ingeniería genética tiene evidentemente ventaja sobre las variedades, en los surcos laterales, no modi-

3das por ingeniería genética.

--er si expresa el gen extraño y los descendientes que lo ex.--an se aparean unos con otros, a fin de producir animales 'Tiocigóticos respecto al gen extraño. El progreso en la ingeniería genética de animales de cría ido mucho más lento y menos productivo que en las

_n tas de cultivo. Por ejemplo. en un intento por producir ·dos más magros y de más rápido crecimiento, los invest i..:lores transfirieron genes de hormona de crecimiento huona y de vaca a cerdos. Al imentados con una dieta rica en vteínas. los cerdos crecían más pronto. pero padecían ar-

(b)

"'tara 13-9 Animales transgénicos

tritis. úlceras. esterilidad y morían prematuramente. Se han introducido genes de hormona del crecimiento de trucha arcoiris en salmones, carpas y bagres. consiguiéndose un crecimiento 40% más rápido que lo normal (Fig. 13-9). Estos peces aún no están disponibles para consumo humano y muchas personas cuestionan el valor de este tipo de animales. Analizaremos algunas de las implicaciones ambientales de la bio tecnología en la sección "Conservación de la Tierra: ¿Representan los recombinantes una promesa o un peligro ambiental?

(e)

1 Se inyecta DNA clonado en un óvulo fecundado. Más adelante, el óvulo será transferido al cuerpo de una madre sustituta (en el caso ~ovulas de mamífero) o se le permitirá desarrollarse (en el caso de huevos de pez). (b) Esta becerra transgénica, creada por ingeniería e-ética, secretará lactoferrina en su leche. La lactoferrina es una proteína normalmente presente en la leche materna humana, por lo a la leche de esta vaca será más idónea para los bebés humanos. (e) En este salmón del Atlántico, que se muestra debajo de dos de sus ermanos" normales, se introdujo por ingeniería genética un gen de hormona del crecimiento para que creciese con más rapidez.


Hace apenas un siglo, el imponente castaño americano predominaba en muchos bosques de hoja caduca del este de Estados Unidos (Fig. E13-1a). Hoy en día el esplendor de los castaños es apenas un recuerdo; pocos advierten los brotes que con dificultad emergen de las raíces de los antiguos gigantes. El castaño americano está a un paso de extinguirse debido a los estragos del hongo de la plaga del castaño, importado sin querer de Asia, alrededor de 1900, en castaños asiáticos. No obstante, hay pos bilidades de que el castaño amencano resurja grac1as a las técn1cas biotecnológ1cas. Los científiCos han creado por ingeniería genética un hongo de la plaga del castaño debilitado que contiene un virus de los hongos. Los científicos confían en que, después de infectar a los árboles con el hongo recombinante, el virus debilitante se propague hacia el hongo letal y permita la recuperación de los castaños (F1g. E13-1 b). Puesto que los castaños asiáticos son resistentes al hongo, los científicos intentan además identificar y transferir el gen que confiere resistencia a la plaga del castaño asiático a la variedad americana.

En 1975 Kurt Benirschke, del zoológico de San Diego, puso en marcha un programa de congelación de muestras de tejidos de diversas especies en peligro de extinción. Aunque Benirschke nunca imaginó que algún día sería posible clonar an1males, la clonación de la oveja Dolly (véase la sección "Investigación Científica: El escándalo de Dolly" en el capítulo 11 ), ha hecho surgir la posibilidad de usar estas muestras para clonar otras especies. ¿Podría la clonación ser un medio para aumcnt.Jr lus pobluciones de ammales que quizá estén casi extinguidos en estado silvestre y no se reproducen bien en los zoológicos? Madres sustitutas de especies afines podrían tener los hijos de especies en peligro de extinCión, o incluso especies extinguidas en tiempos recientes, de las que se guardaron y congelaron tejidos vivos. Los obstáculos son enormes, pero también lo son las posibilidades.

¿Qué peligros plantean las especies creadas por ingeniería genética? Un motivo de inquietud es que. con plantas que ahora son re-

sistentes a los herbicidas, los agricultores utilicen estos productos químicos en mayor cantidad y pongan en peligro la salud humana y el ambiente. Además, ocasionalmente los genes de las plantas son trasladados entre especies por virus de plantas o bacterias, por lo oue la resistencia a los herbicidas podría transferirse de las especies agrícolas a las malezas. Incluso si esto no llegase a ocurrir, el mayor uso de herbicidas provocará una selección natural de malezas con sus propias mutaciones de resistencia a los herbicidas. En uno u otro caso, los hed.Jiciúa~ ~uÚI Ídll le1111illdl Je~ulldJH.lu lllucho 111enos eficaces. Análogamente, el cultivo generalizado de plantas que contienen la toxina Bt favorecería la evolución de insectos capaces de tolerar o desactivar la :oxina, con lo cual ésta dejaría de ser útil.

El éxito de los experimentos con espec1es agrícolas domésticas ha estimulado la investigación de la ingeniería genética de especies que suministran madera, fibra, forraje animal, ornamento para jardines o alimento (como el salmón de crecimiento más rápido, Fig. 13-9c). Estos tipos de especies modif icadas genéticamente son mucho más propensas que las especies agrícolas (como algodón o maíz) a invadir los ecosistemas naturales, con consecuencias imprevistas e impredecibles. ¿Se difundirán y desplazarán las especies nativas, trastornando así el equilibrio ecológico?

Los ingenieros genéticos afirman con razón que los seres humanos hemos practicado una forma burda de ingeniería genética durante milenios, al reproducir plantas y animales que tienen propiedades deseables. La biotecnología moderna no es sino una versión más rápida y precisa de las prácticas agrícolas normales. Es más, en la Naturaleza se dan todo el t1empo diversas formas de recombinaCión genética. Los aspectos de la biotecnología que son a la vez enormemente promisorios y una amenaza potencial son la especificidad con la que la biotecnología puede (o pronto podrá) dirigir los cambios genéticos, la rapidez con la que se realizan los cambios genéticos y la capacidad para transferir material genético entre espeCies de formas que ¡a más se darían en la Naturaleza.

Figura E13-1 La biotecnología podría ayudar al castaño americano (a) Un castaño americano sano, que escapó a la plaga porque había sido trasplantado hacia el oeste, muy lejos de los dominios normales del castaño, antes de la invasión del hongo de la plaga. (b) El hongo de la plaga del castaño produjo una lesión en este castaño. El área lesionada fue tratada con un hongo infecta-do y el árbol está cercando la infección con tejido nuevo.

:·eará la biotecnología un .. ~entico Parque Jurásico?

.écnicas modernas de análisis del D A brindan informa-- que ha estado enterrada largo tiempo en e l D~A de ani

<: y plantas extinguidos. incluso fosilizados. D e hecho. se 1Siado D NA de una hoja de magnolia de 15 millo nes de · de una abeja de hace 20 o 40 millones de años y de un

,;ojo que vivió hace 120 millones de años. E l aislamiento - álisis del D NA de esqueletos de ho mbres de Nea nder-

ha de mostrado q ue es poco probable q ue és tos hayan n ado información genética al ser humano actual.

E n vista de estos sorprendentes informes. ¿podría también _ ... perarse DNA de dinosaurio y usarlo para clona r un di no-no? A la fecha. nadie ha conseguido recuperar D:\A de res

Je d inosaurio (Fig. 13-10). Aun en el supuesto caso de que -~cuperase D. A de dinosaurio. es probable que el DNA es~ e demasiado fragmentado como para que pudiésemos ~nstruir un juego completo de genes de dinosaurio. Los in·os recientes por clonar un mamut lanudo han alcanzado

· .:ncabezados de la pre nsa ) capturado la imaginación de . e l mundo. pero hasta ahora nadie ha revivido una espe

- extinguida desde hace largo tiempo mediante la ingeniería --ética. E n cambio, parece ser que se han revivido efccti-. ":lente microbios antiguos sin seguir las e tapas de la clona:!. Por ejemplo. al parecer se han aislado y cultivado con éxito .ngos de la hierba pegada a los zapatos de 5000 años de anti

-ctlad del--Hombre de los hielos". Algunos investigadores in--rman incluso que han cultivado bacter ias que estuvieron ~Jpadas durante 250 millones de años ¡dentro de un cristal ~ -;al tomado de una mina de sal de Nuevo México!

6 ¿Qué usos tiene la biotecnología en medicina?

- biotecnología aplicada al genoma humano promete tener pro.zdas y cada vez más importantes repercusiones en la salud hu.ma. Una aplicación cuya d isponibilidad va en aumento es el

.;gura 13-10 DNA prehistórico Se han encontrado insectos (como este ceratopogónido) de alrede~r de 100 millones de años, casi perfectamente preservados en o71bar, que los deshidrata. las investigaciones recientes han dado ! traste con las esperanzas de encontrar DNA intacto de estos -.sectas, del contenido de su estómago o de los huesos de dinosau· os fosilizados.

¿Qué usos tiene la biotecnología en medicina? 255

uso de esta tecnología para detectar defectos genéticos. Los progenitores potenciales pueden averiguar si son portadores de un trastorno genético: se puede diagnosticar a un embrión en una e tapa temprana del embarazo (Véase la sección "Conservación de la salud: Selección genética prenatal".) En las secciones siguientes analizaremos algunas otras aplicaciones de la biotecnología en el campo de la medicina. tanto actuales como futuras.

Los ratones de eliminación/sustitución (knock-aut) ofrecen modelos de enfermedades genéticas humanas

Una vez que se ha clonado un gen, los científicos pueden usar la información para hacer un ratón de eliminación/sustitución (también se le llama ratón knock-ow). En la creación de ratones de el iminación/sustitución se combinan las técnicas de DNA recombinante. el cultivo de células y la manipulación de embriones en etapas tempranas de desarrollo. todo ello seguido de reproducción selectiva. El resu ltado es una raza de ratón en la que ambos alelos de un gen normal han sido sustituidos po r copias que no desempeñan su fu nció n. Un uso importante de los ratones de eliminación/sustitución es la creación de modelos animales de enfermedades humanas como, por ejemplo. fibrosis quística. anemia de células falciformes. enfermedad de Hunt ington, cánceres, enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de las vacas locas. Estos animales creados por ingeniería genética permiten a los investigadores po ner a p rueba la seguridad y el valor de nuevos fá rmacos u otros tratamientos antes de utilizarlos en pacientes humanos. Actualmente se dispone de cientos ele razas diferentes de ratone de el iminación/sustitución para fines de investigación.

La ingeniería genética permite producir proteínas terapéuticas

Mediante tinas enormes llenas ele bacteri as o levaduras que contie nen y expresan genes humanos, las empre ·as biotecnológicas generan proteínas humanas e n gran cantidad. La primera proteína humana elaborada mediante la tecnología de DNA rccombinantc fue la insulina. Antes de 1982. cuando se au torizó por primera vez el uso de insulina humana recombinante. los diabéticos usaban insulina extraída del páncreas ele reses o de cerdos de matadero. Aunque estas insul inas son muy similares a la insulina humana. las leves difere ncias provocaban una reacción alérgica en aproximadamente 5% de los diabéticos. Este problema se evita con la insulina humana recombinante. L a hormona de crecimiento humana estuvo dispo nible a partir de 1985. En la tabla 13-2 se enumeran algunas otras pro teínas humanas que se producen mediante la tecnología de DNA recombinante.

Además de producir proteínas humanas en bacterias y levaduras, las compañías farmacéu ticas tambié n aplican esta ingen iería a vacas, cabras. cerdos, conejos, ratas y ovejas para producir diversas proteínas humanas terapéuticas. Por ejemplo. las personas que hcr;:dan una forma potencialmente mortal de enfisema tienen un defecto en e l gen que produce la proteína alfa-1-antitripsina (AAT).Ia cual deben tomar como medicamento. El gen que produce la AAT humana ya ha sido introducido e n ovejas. las cua les secretan AAT en su le· che. en proporción de hasta 35 gramos por li tro. Esta proteína q uizá también ayude a preveni r el daño pulmonar en pacientes de fi brosis quística. En febrero del año 2000 se es-

256 Capítu lo 13 Biotecnolog ía

Tabla 13-2 Ejemplos de productos de uso corriente producidos por métodos de DNA recombinante

Tipo de producto Propósito Producto

Ejemplo

Año de Ingeniería aprobación genética

El producto se usa como:

Hormonas humanas Se usan en el tratamiento de diabetes, defioenoas de crecimiento

Humulin-M (insulina humana)

1982 Inserción del gen humano en bacterias

Proteína purificada

Citocinas humanas Se usan en los trasplantes Leukine™ 1991 Proteína purificada (regulan la función del de médula ósea y en el sistema inmunitario) tratamiento de cánceres e

infecciones virales como hepatitis y verrugas gemtales

(factor estimulante de colonias de granulocitos/macrófagos)

lnserc1ón del gen humano en levaduras

Anticuerpos (proteínas del Sistema inmunitario)

Se usan para combatir infecciones, cánceres. diabetes, rechazo de órganos y esclerosis múltiple

Herceptin "·' (anticuerpos 1998 contra la proteína HER2,

lnseroón de genes de Proteína purificada anticuerpos recombinantes en línea celular cultivada que se expresa a niveles

altos en ciertas células de hámster de cáncer mamario)

Proteínas v1rales Se usan para crear vacunas contra enfermedades wales y para diagnosticar infecciones virales

Energ1z-B r·.• (vacuna contra la

1989 Inserción del gen viral en levaduras

Protelna purificada

hepatJtJs B)

Enzimas Se usan en el tratamiento de infartos, fibros1s quíst1ca y otras enfermedades y en

Aaivase¡,·1

(act1vador de plasmJnógeno tisular)

1987 Inserción del gen humano en línea celular cult1vada de hámster

Enzima purificada

la produCCión de quesos y detergentes

Investigación científica

El uso de polimorfismos de la longitud del fragmento de restricción (RFLP) en el análisis de huellas digitales de DNA ha provocado una revolución en muchos campos de la b iología. En ninguno de ellos han sido tan intensas las repercusiones como en el de la ciencia forense, que comprende el cúmulo de información que se usará como prueba en los procesos ante los tribunales. La prueba del DNA se usó por primera vez en un caso judicia l de 1986, en el que se analizaron muestras de sangre de todos los varones de un pueblo britim1co para resolver la violación y asesinato de dos mujeres jóvenes. A partir de entonces, la prueba del DNA pasó a formar parte d·e la corriente dominante de la ciencia forense. La PCR (reacción t?n cadena de la pol imerasa) permite a los investigadores generar una huella digital de DNA a part1r de una mancha de semen, unas cuantas células de la base de la raíz de un cabello, pequeñísimos f ragmentos de p1el hallados deba¡o de las uñas de una víctima que intentó defenderse o incluso una par:ícula de sangre seca. Los científicos forenses han descubierto rec:entemente que pueden limpiar con un hisopo objetos ma" pulados regularmente por el sospechoso, como el auricular de ul" te•e'ono, el asa de un portafolios o el interior de unos guantes de v1mlo y realizar un análisis de huellas digitales de DNA, ¡de

las "huellas digitales" mismas! Incluso el reverso de una estampilla mojada con la lengua para pegarla en un sobre tiene suficiente DNA para realizar el análisis.

En algunos casos fascinantes se ha usado DNA de otras especies para resolver asesinatos. Cuando una mujer canadiense fue asesinada en 1994, las sospechas recayeron sobre su pareja de concubinato, distanciado de ella y que vivía con sus padres, y un gato blanco llamado Bola de Nieve. Cuando los investigadores encontraron que una chaqueta de hombre desechada y manchada con sangre de la víctima también tenía algunos pelos blancos adheridos a ella, recurrieron a Marilyn Menotti-Raymond y sus colaboradores del Instituto Nacional para el Cáncer, q uienes habían compilado un extenso mapa de DNA de gatos domésticos. Los invest igadores extrajeron DNA de la raíz de uno de los pelos de la chaqueta, sintetizaron copias adiCionales mediante la PCR, y las compararon con muest ras de pelo y sangre de Bola de Nieve. La coincidencia perfecta que se observó desempeñó un papel decisivo para declarar culpable al sospechoso de asesinato en 1996.

Además de suministrar pruebas cruc1ales para lograr condenas, el uso del análisis de huellas digitales de DNA también ha sido decisivo para probar la inocencia de docenas de personas que

-m real izando ensayos clínicos de esta proteína recom bi--•e para el tratamiento de pacientes de fibrosis quística.

..s terapia genética humana apenas comienza

_,de 4000 padecimiemos de los seres humanos como la fi-is quística. la a nemia de células fa lciformes ~· la enferme~ de H untington. son el resultado de dd~.:ctos ~.:n un solo

_ :;. M uchas otras enfermedades. como el cáncer. las cardio~as, la artritis y c::l asma. tienen que ver con el funciona:nto deficiente de varios genes. La terapia genética ofrece

- •amientos potenciales contra estas enfermedades y tamen contra infecciones como el SI DA. Así pues. la terapia

_;;ética humana es enormemente promisoria. pero las difi-tades son de magnitud semejante.

Una dificu ltad importante para lograr una terapia genética isfactoria es la incorporación del gen en buenas condicio

" de funcionamiento en un gran número de células del pa-. -nte. Se utilizan varios métodos para conseguir que las células -él paciente inco rporen el Di'\ A (Tabla 13-3 ). 1 ncluso si se re;.e]ve el problema de conseguir que un gn:tn número de célu- incorpo re el gen.la terapia genética enfrenta otro obstáculo

!portante: el gen recién incorporado debe expresarse eficien.mente de modo que produzca la cant idad suficiente de su ~meína para ayudar al paciente a vencer la enfermedad.

En Estados Unidos. más de-+ 18 ensayos clínicos de tera-3 genética con la participación de más de 2000 pacientes cs

..i.han en camino o se habían completado a principios del año .:. 0 1. La terapia genética ha alcanzado su mayor éxito en al=~nos niños que padecen un raro trastorno genético conocí-' como IDCG (inmunodeficiencia combinada grm·e ). E tos

ños no tienen un gen de ADA. que contiene el código de ~"la enzima llamada adenosindesaminasa (ADA). en buenas

a habían s1do condenadas por delitos en JUICIOS ante un tribunal. :.. menos 10 de estos individuos estaba n en e l pabellón de la ~Jerte, aguardando su ejecución por un crimen que no cometie::m. Por ahora, en Estados Unidos sólo Nueva York e lllinois tie-en leyes que garant1zan e l derecho de los condenados a muerte

~ que se les practiquen pruebas de DNA. De hecho, algunos es:ados t ienen un estatuto de leyes de prescripción que impiden la ;:¡resentación de nuevas pruebas cuando ha transcurndo un cierto ~ J mero de años a partir del vered icto de culpabilidad. En estos :asas, se puede negar al condenado e l acceso a un nuevo análi-5'5, no obstante que éste pud1era probar su mocenoa.

Los métodos de aná lisis de huellas dig1tales de DNA están re. olucionando otros campos de la b1ología y la medicina. Por ejem:•o, unos investigado res de Oxford anunciaron en 1997 ellina¡e -umano más largo jamás rastreado, identificado mediante e l aná-

SIS de huellas d1g1tales de DNA. Estos investigadores extra¡eron J NA de los dientes de un esqueleto de 9000 años encontrado en · 903 en una caverna próxima a la población de Cheddar, lngla·erra. Con la idea de averiguar si todavía VIVJan descendientes del Ho mbre de Cheddar" en la región, los científicos analizaron el

JNA de las fam1lias del luga r; sorprendentemente, encontraron

¿Qué usos t iene la biotecnología en medicina? 257

condiciones de funcionamiento. Sin esta enzima.los pacientes no desarrollan un sistema inmunitario capaz de desempeñar su función. Hasta la década de los ochenta.los niños con IDCG morían en la infancia o en la niñez temprana por incapacidad para combatir las infecciones. En esa época . los científicos perfeccionaron una versión inyectable de la enzima ADA preparada a partir de ganado bovino. También se disponía de trasplantes de médula ósea como tratam iento, siempre y cuando se pudiese encontrar un donador compatible. En 1990 se llevó a cabo el primer ensayo de terapia genética humana en un paciente de 1DCG.As hanti DeSilva. una niña de 4 años. Se extrajeron algunos de sus leucocitos. se alteraron genéticamente con un retrovirus que contenía un gen de ADA en buenas condiciones y luego se devolvieron a su torrente sanguíneo. Para finales de l año 2000. a l menos 18 nii'ios de cinco pa íses habían recibido u na terapia gené tica similar cont ra I DCG (Fig. 13-11). Los científicos franceses confían en que dos niños hayan sido curados permanenteme nte por medio de esta terapia. Los demás pacientes no se han curado y siguen necesitando inyecciones de ADA.

El limitado éxito de la terapia genética ha sido decepcionante. Algo aún más grave es e l hecho de que a l menos una persona ha fa llecido como consecue ncia d irecta de su parti cipación en un ensayo de terapia genética. En septiembre de 1999 . .Tesse Gelsinger. un joven de 18 años, de A rizona. sufrió una reacción inmunitaria mortal al virus que se uti lizó en un ensayo de terapia genética. Esta víctima morta l indujo a los Institutos l\acionales d e Salud de Estados Unidos a intensifica r su escrutinio de los ensayos de terapia gené tica que actualmente se realizan. No obstante. la mayoría de los investigadores de este campo conservan su optim ismo acerca del probable gran éxito futuro de los métodos de terapia gené t ica para el tr atamiento de enfermedades humanas.

que coincidía en el caso de un maestro de escuela de Cheddar, a quien separaban de su antepasado 300 generaciones. En 1998, el análisis del DNA de sus descendientes vivos indicó que Eston Hem1ngs, últ imo hijo de Sally Hemmings, una esclava de Thomas Jefferson, fue engendrado por e l mismo Thomas Jefferson, terce r presidente de Estados Un1dos. Sin embargo, el análisis tamb1én demostró que Jefferson no pudo haber s1do e l padre del hijo mayor de Sally, Thomas. También en 1998, e l análisis de DNA permit ió identifica r unos restos enterrados inioalmente en la "Tumba de los desconocidos", un mausoleo que contiene los restos de víctimas no identificadas de la gue rra . Se encontró que los restos analizados pertenecían al ten1ente primero M1chael Blassie; los restos fueron sacados de la tumba y enterrados cerca de l hogar de sus padres en S t. Lou1s. El Pentágono anunc1ó que ninguna víctima de guerras fu turas quedaría sin identificar. En el año 2000 se demostró que e l corazón conservado de un niño de 1 O años muerto en 1795 pertenecía al hijo de María Antonieta y el rey Luis XVI. Estos resu ltados terminaron con más de 200 años de especulación respecto a que el hijo pudo haber sido rescatado en secreto de la celda en que estaba prisionero y q ue, por tanto, sobrevivió.

258 Capítulo 13 Biotecnologfa

Tabla 13-3 Posibles vectores para genes humanos

Retrovirus Adenovirus

Ventajas Introducen genes en los La mayoría no causan enfer-potenciales cromosomas del huésped, medades graves en bs seres

con posibilidades de cura humanos; pueden contener a largo plazo muchos genes extraños

Inconvenientes Los genes se introducen al Los genes pueden funcionar de los vectores azar, por lo que podrían de forma irregular si la 1ntro-en estudio trastornar los genes del ducción es incompleta o si

huésped; muchos infectan son atacados por el SIStema sólo a células en proceso 1nmumtano de división

(a) (b)

Figura 13-11 La terapia genética ofrece esperanzas

Virus adenoasociados

Introducen genes en los cromosomas dei huésped; no causan enfermedades conoodas en los seres humanos

Pueden contener sólo pocos genes extraños

U poso mas

No incluyen genes virales, por lo que no causan enfer-medades en los seres humanos

No son tan eficaces como los virus para 1ntroducir genes en las células

(a) Andrew Gobea (en brazos de su madre) recibió terapia genética de células madre (del tallo embrionario) cuando era un recién nacido. Es posible que con el tiempo produzca células inmunitarias normales en número suficiente por si solo. {b) La ingeniería genética de células madre puede reemplazar permanentemente el gen de ADA defectuoso. G) Las células madre se obtienen de la sangre del cordón umbilical. ® Un retrovirus modificado por ingeniería genética de modo que contenga genes de ADA humanos normales se mezcla con las células madre en un cultivo.@ El retrovirus transmite su DNA, con el gen en buenas condiciones de funcionamiento, en las células madre. @ Las células madre modificadas por ingeniería genética se inyectan en el mismo recién nacido para que se establezcan en la médula ósea y produzcan células inmunitarias normales.

DNA "desnudo"

No incluye genes w ales; puede ser útil para la vacunaoón

Ineficaz para intro-ducir genes; no es estable en la mayor parte de los tejidos corporales

¿Cuáles son las tmplicaoones éticas de la biotecnología humana? 259

: proyecto del genoma humano ya ha ~;>m pletado un borrador de trabajo : : 1 genoma humano en su totalidad

.,royecto del genoma humano se inició en 1990 a iniciatide los lnstituws Nacionales de Salud (NTH. por sus siglas

- inglés) y del Departamento de Ene rgía (DOE ). de Es--dos Unidos. El proyecto se ha convertido en un esfuerzo

eroaeiona l encaminado a establecer la secuencia de nu_ót idos de cada uno de los aproximadamente 35 000 ge

-~~ humanos. En un principio, el tiempo. esfuerzo y costo c~timado en 3000 millones de dólar es) de establecer la se.. encia de l gcno ma humano parecían desalentadores. Los .lelantos tecnológicos hicieron fact ible alcanzar esta meta.

. n mayor rapidez que la imaginada originalmente como poble por los investigadores. En febrero de l 2001. dos grupos e científicos participantes en el proyecto del genoma humao publicaron independientemente borradores de trabajo de a ecuencia del genoma humano. Los datos del proyecto del

0-enoma humano fi nanciado por el gobierno federa l de EstaJos Unidos están disponibles gratuitamente. para todos los ':lvestigadores. en sitios de la R ed que mantiene d Centro ·acional de Información Biotecnológica. La tecnología y la nfonnación generada por el proyecto del genoma humano - tán apresurando la conclusión de proyectos simi la res en :ursa encaminados a establecer la secuencia del DNA de polos, perros. ganado boYino, maíz. arroz. cerdos. ce hada y otros rganismos. Esta información se agregará a las secuencias ya

erminadas de la levadura del pan. de la mosca de la fruta. de l n nematodo y de alrededor de 30 especies bacterian as distintas. Es tas inmensas cantidades de información permi ten aplicar novedosos me todos en el campo de la biología en los que Di siquiera se soñaba hace sólo unos pocos años.

~ ¿Cuáles son las implicaciones éticas !) de la biotecnología humana?

Co mo consecuencia directa del proyecto del genoma humano. la capacidad para de tectar enfermedades humanas aumenta a un ritmo exponencia l. Una compañía ha perfeccionado una tecnología capaz de analizar simultáneamente el DNA de cientos de pacientes en busca de mutaciones. en varios genes a la vez. Los médicos tendrán pronto acceso a docenas de pruebas fácíles de aplicar que pondrán al descubierto si un paciente tiene UD gen específico. Estos nuevos poderes exigen un nuevo conjunto de decisiones. tanto de carácter ético como económico. a los individuos. los médicos y la sociedad.

Las pruebas genéticas para detectar la fi brosis quística y las formas hereditarias de cáncer mamario ilustran los problemas potenciales

La fibrosis q uística (FQ) es la enfe rmedad genética mortal más común en Estados Unidos. Cada año nacen en ese país a proximadamente 850 bebés con fibrosis quística. principalmente de familias sin antecedentes de esta enfermedad. A fin

de reducir el número de estos bebés. en 1997 una comisión consultiva de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos recomendó ofrecer la apl icación de pruebas de FQ a todas las parejas que proyectaran tener hijos. Si se adopta esta medida. muchas parejas que nunca han oído hablar de la FQ sabrán que ambos tienen una copia del alelo de FQ y que tienen una probabilidad de l en 4 de tener un hijo con FQ. ¿Recibirán estas parejas la información médica y la orientación que necesitan para manejar los resultados? Será necesario educarlas acerca de los síntomas. tratamientos y costos monetarios y emocionales. acerca de la "loterfa genética'' en la que están por p articipar y las opciones de q ue disponen . ¿Deben seguir sin hijos o buscar una adopción? ¿Deben concebir y luego utilizar el diagnóstico genético prenatal para saber si su hijo padecerá FQ? Si los resultados de las pruebas son positivos. ¿entonces qué hacer? ¿Es aceptable un aborto para la pa reja? Si no lo es. la pareja dará a luz un hijo que luchará por respirar y será hospitalizado una y otra vez a causa de infecciones respiratorias. pese a recibir dosis diarias de antibióticos. Será necesario recostar al pequeño y golpearle exhaustivamente e l pecho y la espalda dos veces al día. para dcsalojar el espeso moco acumulado, y neccsitará una dieta especial reforzada con enzimas digestivas. Con todo y estos tratamientos, su hijo tendrá una probabilidad de 50% de morir antes de llegar a los 30 años. Los costos serán abrumadores. ¿Debe la sociedad cargar con estos costos por una fa mi lia que asume este riesgo a sabiendas? ¿Se justifica que las compañías de seguros nieguen la cobertura del tratamiento de la FQ a los hijos dc padres que sabían desde an tes de engendrarlos quc tenían el gen de FQ?

Las pruebas genéticas que indican si un individuo tiene un al to riesgo de padecer la enfermedad de Alzhe imer, cáncer de mama o cáncer ovárico. plantean nuevos dilemas. La presencia del gen no condena a una mujer a padecer cáncer. por ejemplo. pero significa que sus probabilidades de contraerlo son muy altas. Para algunas muje res resul ta muy angustiante vivir con esta "bomba de tiempo genética'' y con el riesgo de transmitirla a sus hijos. por lo que muchas han optado por no someterse a la prueba. Otras, al saber que tienen el gen. han tomado la dolorosa decisión de hacerse exti1·par quirúrgicamente ambos senos o los dos ov<tr ios. A los orientadores genéticos les preocupa que las muje res q ue saben que no han heredado el gen defectuoso pudiesen descuidar el someterse con regularidad a los procedimientos de detección; estas mujeres corren el mismo riesgo que las demás de padecer tipos no hereditarios de cáncer mamario. Muchas mujeres que deciden som eterse a la prueba para de tectar e l gen lo hacen anónimamente o con un nombre falso. a fin de impedir que la información llegue a oídos de su compañia aseguradora.

La creciente disponibilidad y uso de pruebas para detectar enfermedades genéticas plantea inquietudes importantes ace rca de la discr iminación genética por parte de compañías aseguradoras y empleadores. A muchos les preocupa la posibil idad de que, ante la presión que las obliga a contener el alza de sus costos. las compañías aseguradoras soliciten info rmación acerca de enfermedades genéticas y la utilicen como base para negar o restringir la disponibilidad de seguros de vida o de gastos médicos. Existen casos registrados en Jos que las compañías han cancelado o negado seguros con base en pruebas genéticas solicitadas o en un historia l familiar de enfermedades genéticas. como la enfermedad de H un-


Para el diagnóstico prenatal de diversas enfermedades genéticas, entre ellas la fib rosis qufstica, la anemia de células falciformes, la enfermedad de Tay Sachs y el síndrome de Down, se necesitan muestras de células fetales o de sustancias químicas producidas por el feto. Hoy en día se usan dos técnicas principales para obtener estas muestras, la amniocentesis y el muestreo de las vellosidades coriónicas, y se está perfeccionando una técnica para analizar células fetales tomadas de la sangre materna. Una vez recolectadas las muest ras, se realizan varias pruebas, 1ncluso algunas que utilizan técnicas de DNA recombinante, para hacer el diagnóstico prenatal de muchos trastornos genéticos.

Amniocentesis El feto humano, como todos los embriones animales, se desarrolla en un ambiente acuoso. Como veremos en el Vol. 2 de esta misma obra, una membrana i'Tlpermeable envuelve al feto y contiene el líquido. A medida que el feto se desarrolla, algunas de sus células se desprenden y permanecen en el líquido, conoo do como líquido amniótico. e uando un feto tiene 16 semanas o más, se puede recolectar líquido amniótico sin peligro mediante un procedimiento llamado amniocentesis. Un médico establece la posición del feto mediante un análisis de ultrasonido, inserta una aguja esterilizada a través de la pared abdominal, el útero y el amnios y extrae de 1 O a 20 mililitros de líquido (Fig. E 13-2). El análisis bioquímico del líquido se puede practicar de inmediato, pero hay muy pocas células en la muestra de líquido. Para muchos análisis, como, por ejemplo, la determinación del cariotipo para diagnosticar el síndrome de Down, es necesario cultivar antes las células para que se multipliquen. Al cabo de una o dos semanas, normalmente hay células suficientes para determinar el cariotipo o para otros análisis.

Muestreo de las vellosidades coriónicas Como veremos, el carian es una membrana producida por el feto y que se convierte en parte de la placenta. El corion produce muchas protuberancias pequeñas, llamadas vellosidades; la pérdida de unas pocas vellosidades no parece causar daño alguno. En el muestreo de las vellosidades coriónicas (MVC), un médico inserta un tubo pequeño en el útero a través de la vagina materna y succiona unas pocas vellosidades fetales para analizarlas (véase la figura E13-2). El MVC ofrece dos ventajas principales en comparación con la amniocente-

tington, por ej emplo. A medida que se disponga de más información genética y los tra tamientos resulten más costosos. esta tendencia se intensi ficará sin lugar a dudas. L as legislaturas estatales y federales proyectan nuevas leyes para resolver estos problemas. Hasta abril de 1999, al menos 24 estados de l a U nión A mericana habían aprobado leyes que prohíben la discr iminación genética. H asta el momento no se han aprobado leyes federales referen tes a la información genética. aunque se han presentado vari as ante la Cámara de R epresentantes o el Senado.

La anemia de células falciformes y la enfermedad de Tay-Sachs ilustran los riesgos y ventajas de los programas de selección genética

U n ej emplo de los pel igros que representa l a selección genética generalizada sin una educación apropiada se dio en los años setenta, cuando se puso en marcha un programa de gran envergadura para la detección de la anemia de células falci-

sis. En primer lugar, se puede llevar a cabo en una etapa mucho más temprana del embarazo: a partir de la octava semana. Este factor es especialmente importante si la mujer contempla la posibilidad de someterse a un aborto terapéutiCO SI el feto tiene un defedo grave. En segundo lugar, la muestra cont1ene una concentración mucho mayor de células fetales que el líquido amniótico, por lo que es posible llevar a cabo los 3niilisis de inmediato, en vez ele una o dos semanas después. Sin e'Tlbargo, las células coriónicas t1enden a tener un número anormal de cromosomas (incluso cuando el feto es normal), hecho que complica la determinación del cariotipo.

Célu las feta les t omadas de la sangre de la madre Entre la sexta y la duodécima semanas de embarazo comienza a ser posible detectar células fetales en la sangre materna. La meta del nuevo procedimiento es recolectar y analizar las células fetales de una muestra de 20 mililitrcs (poco más de una cucharada) de sangre materna. De tener éxito, este procedimiento podría sustituir tanto a la amniocentesis como al MVC como medios para obtener células fetales. Al eliminar la neces1dad de penetrar el útero, el muestreo de sangre reduce considerablemente el riesgo de lesiones e infección, tanto para la madre como para el feto. Pero sólo alrededor de una de cada 100 000 células de la sangre materna proviene del feto, por lo que el aislamiento efioente de las células fetales es un obstáculo muy considerable. Actualmente se lleva a cabo un estudio de grandes proporciones para establecer la factibilidad de esta técn1ca.

Análisis de las muestras Son vanos los t ipos de análisis que se pueden practicar a las células fetales o al líquido amniótico (véase la figura E 13-2). Mediante el análisis bioquímico se determina la concentración de sustancias químicas en el líquido amniótico. Por e¡emplo, la enfermedad de Tay-Sachs y muchos otros trastornos metabólicos se detectan en funoón de la baja concentraCión de las enz1mas que normalrrente catalizan vías metabólicas específicas o por la acumulación anormal de precursores o productos colaterales. El análisis de los cromosomas de las células fetales muestra s1 están presentes todos los cromosomas, si hay exceso o defecto de alguno y si algún cromosoma Jresenta anormalidades estructurales.

Las técn icas de DNA recombinante permiten analizar el DNA de las células fetales para detectar muchos a lelos defectuosos. co-

formes. que incluso en ciertas regiones fue hecho obligatorio. Aunque la intención era buena. se h izo mal uso de los resultados debido a la ignorancia y los p rejuicios. A los portadores sanos de la característica de células falciformes (casi todos afro -estadoun idenses) se les hizo creer que estaban enfer mos. A algunos portadores afro-estadounidenses se les negaron seguros: a otros se les impidió el acceso a la Academia de la Fuerza Aérea de Estados U nidos o a empleos como el de sobrecargo: todo ello sobre la base del falso supuesto de que ten ía n m ás probabi l idades de verse afec tados por l a fa lta de oxígeno a gran altitud. L as sugerencias respecto a que los portadores (que consti tuyen casi el 7 % de la població n afr o-estadoun idense) no deber ían tener hijos d io origen a temores de que las pruebas fuesen un medio para reducir el número de miembros de esta minor ía racial.

La prueba para detectar la enfermedad de Tay-Sachs. frecuente entre los judíos de ascendencia europea oriental, es un ejemplo cont rastante de éxito. La de Tay-Sachs es una en fermedad degenerativa y mortal en la que un bebé inicialmente

¿Cuáles son las implicaciones éticas de la biotecnología humana? 261

quido =mniótico

:: os de la fibrosis quística, de la enfermedad de Tay-Sachs o de anemia de células falciformes. Antes del perfeccionamiento de la

-:~. normalmente era preciso cultivar las células hasta por dos =""anas para que se multiplicasen en la medida suficiente. Aho

el segundo paso del diagnóstiCo prenatal cons1ste en extraer - J NA de unas pocas células y usar la PCR para smtet1zar la re

)n que contiene el gen en cuestión . Al cabo de unas horas se :oone del DNA suficiente para ut ilizar técnicas como el análisis

;;: RFLP, que permite detectar el alelo causante de la anemia de - ulas falciformes. Los técnicos cortan el DNA sintetizado por PCR

"' enzimas de restnwón. Debido a que la sustitución de un so'lucleótido que ong1na la anemia de células falciformes destru-

- rmal pierde gradualmen te sus capacidades mentales y físi ....s. queda ciego y sordo y fallece en la infancia temprana (Fig. ~12). Esta enfermedad es recesiva. como la anemia de cé

- las falciformes. y es consecuencia de una deficiencia en las _nzimas que regulan la degradación de los lípidos en el cere-ro. Esta enfermedad es tan devastadora que pocas personas - tarían d ispuestas a dar a luz un hijo así a sabiendas. L as prue--.~s genéticas voluntarias para detectar la enfermedad de ~.¡y-Sachs en la comunidad j udía. en conjunto con pruebas pre

.atales y una cuidadosa orientación genética. han reducido _ -pectacularmente la incidencia de esta mortal enfermedad .

...a clonación potencial de seres humanos plantea más cuestiones éticas

.._., clonación de la oveja D olly a partir de la introducción del Jcleo ele una célula adulta en el citoplasma de un ó' rulo (véa~ la sección "Investigación científica: El escándalo de D olly"' -n el capítulo 11 ). provocó una oleada de debates y propucs-

}- líquido: análisis de composición

}-células: determinación del sexo, estudios bioquímicos y enzimáticos

cultivo de células: estudios bioquímicos, análisis cromosómico, análisis mediante métodos de DNA recombinante

Figura E13-2 Técnicas de muestreo de células prenatales Dos métodos de obtención de muestras de células fetales -amniocentesis v muestreo de las vellosidades coriónicas- y algunas de las pruebas que se practican con las células fetales.

-ye por coincidencia el punto de corte de una enz1ma de restricción específica, habrá una diferencia apreciable en la longitud de ciertos fragmentos de rest ricción. Esta diferencia permite establecer con facilidad el genotipo de la hemoglobina del feto. Si el bebé es homocigótico respecto al alelo de células falciformes, se pueden tomar algunas medidas terapéuticas. En particular, las dosis regulares de penicilina reducen considerablemente las infecciones bacterianas que de otro modo matarían aproximadamente a 15% de los niños homocigóticos. Asimismo, el hecho de saber que un niño t iene el trastorno asegura un diagnóstico correcto y un tratamiento rápido en caso de que ocurran "crisis de células falciformes".

Figura 13-12 Los ni ríos aparentemente normales v llenos de vida que padecen la enfermedad de Tay-Sachs comienzan a deteriorarse aproximadamente a los seis meses de edad. A medida que el sistema nervioso se destruye poco a poco, los niños pierden gradualmente toda capacidad de funcionamiento; casi todos mueren en los primeros años de la infancia. No existe tratamiento alguno.

262 Capítulo 13 Biotecnologia

tas legislativas en relación con la clonación humana. No existen barreras técnicas conocidas que impidan el perfeccionamiento final de la clonación humana. ¿Hay barreras éticas que obliguen a restringir esta tecnología a las especies no humanas? Uno de los argumentos es que no hay razones válidas para clonar seres humanos: quizá un reducido número de parejas estériles querrían perpetua r sus genes de esta forma. pe ro son ya tantas las opciones que existen para la reproducción (incluso donadores de esperma u óvulos) que la clonación no satisfaría ninguna necesidad urgente. Por otra parte. este tipo de tecnología podría hacer posible ia corrección permanente de defectos genéticos en los hijos de la pareja (Fig. 13-13). Para algunas personas. la posibilidad de que la clonación sea utilizada por individuos inescrupulosos en posiciones de poder para perpetuarse a sí mismos o crear copias de ciertas personas que desempeñen funciones específicas hace surgir e l espectro de un tipo de sociedad al estilo de Un mundo feliz . Algunos a legan que la singularidad biológica es un derecho h umano fundamental. intrínseco a la dignidad humana.

Contradicen estos argumentos quienes señalan que lo~ gemelos idénticos son más semejantes uno al otro que cualesquiera clones podría n llegar a ser. porq ue los gemelos comparten no sólo los mismos genes. sino además factores citoplásmicos del mismo óvulo original. el mismo ambiente uterino y el mismo nmbiente y crianza en el hogar. Un individuo que intentase producir una copia de sí mismo podría sufri r

progenitores con una enfermedad genética

gen terapéutico

una grave dec.epción ante las diferencias q ue estas variables ambientales (para no hablar del hecho de crecer en una generación d ife rente) podrían originar.

La clonación humana es ilegal en I ngla terra y en Noruega. pero no en Estados Unidos. Sin embargo. los investigadores estadounidenses f inanciados con fondos fede rales tienen prohibido usar embriones humanos en sus invest igaciones. paso que es indispe nsable para la clonación human a. En cambio. la inves t igación financiada con fondos privado~ en Estados U nidos no está sujeta a estas restricciones y ha utilizado embriones humanos desechados después de una fecundación in 1·itro. Estos estudios han permitido aisla r células madre embrionarias. precursoras de todos los ti pos de tejido adu lto. Estas células madre embrio narias podrían usarse para clonar seres humanos. pero también para .regenerar tejidos adultos como médula ósea. corazones y pulmones. Por ejemplo. el éxito reciente en el uso de células madre embrionarias para hacer crecer nuevas neuronas ofrece esperanzas para el tratamiento de la panílisis. Es evidente que los avances en nuest ros conocimientos y capacidad para manipular los genes humanos y de otras especies amenazan con dejar atrás la capacidad de la sociedad para comprender y util izar e ficazmente las tecnologías resultantes. La próxima década será testigo de una gran conmoción provocada por los esfuerzos de la sociedad por habérselas con estos nuevos conocimientos y con el poder que ellos traen aparejado.

óvulo fecundado con gen defectuoso

vector viral cultivo tratado

" o cultivo de o O 0

bebé con trastorno genético

..-:-~ f, \ 1 1 \ ') ,_ ......

célula del cultivo corregida genéticamente

óvulo sin núcleo

células 0 Q o Q

óvulo corregido genéticamente

OQ O

embrión con defecto genético

clon genéticamente corregido del embrión original

Figura 13-13 La tecnología de clonación numana podría hacer posible la corrección permanente de defectos genéticos los investigadores podrían obtener embriones humanos de óvulos fecu ndados en cajas de Petri, usando espermatozoides y óvulos de los ¡;rogenitores naturales, uno de los cuales, o ambos, tienen un trastorno genético. Cua ndo un embrión con un gen defectuoso crece hasta ' ormar un pequeño grupo de células, se podría extraer una célula individual del embrión y sustituir el gen defectuoso por medio de un .ector 1dóneo. Después, se podría implantar el núcleo reparado en otro óvulo (tomado de la madre) cuyo núcleo fue extraído previamente. :. J V'_ o diploide reparado se implantaría entonces en el útero de la madre, donde se desarrollaría de forma normal.

Resumen de conceptos clave 263

OTR VI TAZO A ESTUDIO EC SO Un grano viejo aprende nuevas mañas

creación de una variedad de arroz con ""' niveles de precw-sores de vitamina A •us semillas no fue tarea simple. De he-

muchos científicos se mostraban escép. ., respecto a la posibilidad de lograrlo. embargo. el investigador suizo Ingo

rykus y el investigador alemán Peter ye r asociaron sus esfuerzos y. con ayude sus alumnos. in serraron tres genes en

.;enoma del arroz. Dos de los genes prolían de l narciso atrompetado, y uno, de ~bacteria . Con los genes se incluyeron

la Oficina Federal Suiza para la Educación y la Ciencia. Se están suministrando gratuitan1ente semillas del arroz creado por ingeniería gené tica a los centros de invt::stigación agrícola de los países en vías de de ·¡; rrollo. Los científicos o agr iculrores de la localidad cruzan la variedad creada por ingeniería genética con las variedades autóctonas de arroz a fin de producir un arroz más nutritivo capaz de crecer bien en las condiciones locales.

cidas en la agricultura. Estas mismas papas bcneucian directamente al agricultor. quien obtiene mayores rendimientos a más bajo costo. y a la compañía biotccnológica que suministra las papas de siembra. Al consumidor le resultaría más difícil oponerse a 1<~

disponibilidad de una especie agrícola creada por ingeniería genética. capaz de prevenir el fallecimiento y la ceguera de miles de niños pobres.

Muchos consumidores se muestran escépticos respecto a la seguridad que ofrecen los animales y plantas modificados genéticamente. Adopte un enfoque científico de esta cuestión: haga una lista de las consecuencias negativas potenciales de la aplicación de la ingeniería genética a especies agrícolas y animales de cría. Exprese cada consecuencia negativa potencial en forma de hipótesis; por ejemplo: '·la introducción de genes de otra especie podría .. . ". Describa un experimento para poner a prueba esa hipótesis. ¿ Q ué datos refutarían la hipótesis dt:: cada consecuencia negativa potencial de su lista?

.• :Jcncias reguladoras de D ' A para conar su expresión. a fin de que los gene

..:nadas fuesen activados en las semillas _ .. rroz. Las plantas de arroz genética. nte modificadas resultantes producen a -caroteno en cantidad suficiente para

: \·en ir la deficiencia de vitamina A con consumo de tres tazone de arroz al La investigación encaminada a produ

- este arroz dorado fue financiada por ,:J.ni7.aciones no lucrativas. entre ellas el

- tituto RockefeUer. el Programa de Bio...;nología de la Comunidad Europea y

Son muchos los que anuncian que este arroz dorado es la primera de una ola de especies agrícolas creadas por ingeniería genética con mayor poder nutritivo. Algunos incluso arguyen que estas plantas contribuirán a mitigar la desconfianza con la que algunos consumidores miran la biotecnología. Hasta ahora. las principales aplicaciones de la bioingcnicrfa a las especies agrícolas se han enfocado a satisfacer las necesidades del agricultor y del sector agrícola. Por ejemplo. las papas resistentes a las plagas benefician indirectamente al consumidor al hacer posible el uso de una mt::nor camidad de plagui-

¿Qué es la biotecnología? Biotccnología es todo uso o alteración industrial o comercial de organismos. células o moléculas biológicas encaminado a al.:anzar metas prácticas específicas. La biotecnología moderna genera mate rial gené tico alterado mediante la ingeniería genética. E n muchos casos la ingeniería genética comprende la Droducción de DNA recombinante por combinación del DNA de organismos diferentes. El D1 A se transfie re en tre organismos por medio de vectores. como plásmidos bacte rianos. por ~jemplo. Los organismos resul!antes se describen como trans;énicos. Algunas de las melas principales de la i11geniería ge'lética son mejorar nuestro conocimiento de la función de los ~enes. tratar enfermedades y mejorar la agricultura.

¿Cómo se recombina el DNA en la Naturaleza? La rccombinación natural del DNA se lleva a cabo medianrc procesos como la reproducción sexual (durante el entrccruzamiento).la transformación bacteriana. donde la bacterias udquieren DNA de plásmidos u otras bacterias. y la infección :ira!, en la que los virus incorporan fragmentos del DNA de >Us huéspedes y transfieren los fragmentos a miembros de la misma o de otra especie.

- ¿Cómo se recombina el DNA en los laboratorios de ingeniería genética? El DNA se corta en fragmentos específicos reproducibles mediante enzimas de restricción. Estos fragmentos se insertan en un vector. que hace posible la replicación del DNA denro de una célula huésped. La unión de un fragmento de D 'A

• un vector produce moléculas de D NA recombinantc.

~ ¿Cómo identifican genes específicos los investigadores? Para identificar un gen específico. habitualmente los investigadores deben aislar una molécula dt:: DNA rccombinante que contiene e l gen que les inte resa. Se dispone de muchos métodos para identificar genes específicos. entre ellos e l análisis de RFLP (polimorfi<;mos de la longilud del fragmento de restricción). la semejanza con o tros genes previamenle clonados. el producto protdnico que el gen produce y el rescate de una mutación. El aná lisis de RFLP también se aplica en el análisis de huellas digitales de DNA. en el qut:: se utilizan enzimas de restricción para descomponer e l DNA en fragmentos cuyas diversas longitudes son características de cada individuo. Las huellas digitales de DNA permiten establecer e l parentesco de individuos y se utilizan en la ciencia forense para analizar e l material biológico presente en la escena de un crimen y vincularlo con el sospechoso.

~ ¿Qué aplicaciones tiene la biotecnología? Una vez que se ha identi ficado un gen, es posible generar la cantidad suficiente para establecer la secuencia de nucleótidos de l gen. Para establecer secuencias de DNA se utiliza típicamente un procedimiento conocido como reacción en cadena de la pulimemsa (PCR), que también sirve para sintetizar fragmentos específicos de DNA. Los invesligadores pueden entonces sintetizar y estudia r la proteína codificada o idear pruebas para detectar formas del gen que han sufrido mutación. Labiotecnología está revolucionando la agricultura al permitir a los científicos crear por ingeniería gené tica plantas resistentes a plagas y herbicidas y con mejores propiedades para su transporte y consumo. así como producir mejores fibras.


§) ¿Oué usos tiene la biotecnologia en medicina? Ratones tle e liminación/sustitución, en los que se ha nulificado la función de un gen específico, ofrecen modelos en animales de laboratorio de enfermedades genéticas humanas. los cuales pueden ser estudiados para establecer los mecanismos de las enfermedades y ensayar dive rsos tratamientos. La ingeniería genética permite producir proteínas te rapé uticas. como la insulina humana, por ejemplo. mediante el cultiYo de enormes cantidades de bacte rias. levaduras o células de mamífero cultivadas que contienen e l gen recombinante y la posterior extracción de la proteína. La ingeniería genética también se aphca a Jos animales de granja para conseguir que secreten las proteínas de interés en su leche. La terapia genética humana está aún en su infm1cia. Se han utilizado Yectorc:s. como virus. por ejemplo. para introducir genes en buenas condiciones de funcionamiento en células específicas que carecen de ellos. E sta técnica se ha utilizado con éxito en e l tra tamiento de niños con deficiencia de adenosindesaminasa. una enzima indispensable: para e l funcionamiento del sistema inmunita rio. Ya se han establecido las sl!cuencias ele muchas bacte rias y varios organismos e ucarióticos. Asimismo. se ha completado va el ambicioso proyecto en colaboración que se proponía establecer !:1 secuencia del genoma humano en su totalidad.

amnio~entesis p. 260 análisis de huellas digitales

de DNA p.251 anemia de células fa lciformes

p. 260 biblioteca de DNA p. 2-17 biotecnología p. 2-1-1

Preguntas de opción múltiple

1. Las en ~imas de reslrictión se

DNA recombinante p. 2-1-1 electroforesis en gel p. 2-18 enfermedad de Ta~ -Sachs

p.260 enzima de restricción

p. 2-16 ingeniería genética p.]-1-1

a. aislan de células bacterianas b. usan para producir huellas digitales de DNA c. usan para crear plásmidos recombinantes d. usan para crear una biblio teca de DNA e. todo lo ante rior

2. Los polimorfismos de la longillld del fragm emo de restricción a. lodo lo siguientl! b. sirven para detectar dife rencias en el DNA de distintos

ind ividuos c. se han usado para identifica r genes humanos d. sirven pa ra analizar células fetales a fin de detectar tras

tornos antes del alumbramiento e. se producen mediante el uso de enzimas de restricción

3. La reacción en cadena de la polimerasa a. es un método para sin te tizar pro teína humana a partir de

DNA humano b. se lleva a cabo de modo natural en las bacterias c. produce miles tle millones de copias de un fragmento de

DNA en algunas horas d. utiliza enzimas de restricción c. es relativamente lenta y costosa en comparación con

otros tipos de purificación de DNA

V ¿Cuáles son las implicaciones éticas de la biotecnologia humana? Se dispone ya de docenas de pruebas pa ra detectar enfermedades genéticas y muchas más están en proce o de pe rfeccionamiento. Para a plicar estas pruebas como es debido, el mMico u orientador genético debe decid ir a q uiénes se deben aplicar las prue bas y luego de be educar al paciente respecto al trastorno v ayudarle a tomar una serie de decisiones difíci les acerca de su propia salud o la de sus hijos potenciales. Entre estas cuestiones están las siguientes: si es mejor concebir o adop ta r un hijo. si conviene some te rse a p rue bas prenatales y si es preferi ble abortar un feto con un t rastorno mortal o que se debilita permanentemente. ¿De ben las compallías de seguros pagar los costos de por vida del tratamientO u~ niño con enfe rmedades gené ticas. nacidos de padres que saben que tienen el gen defectuoso'? ¿Cómo puede la socied ad proteger a los indi,·iduos cont ra d iYersos t ipos de discriminación con base e n su constitución genética? ¿Debe p ermitirse la investigación sobre técnicas dt: clonación humana? Tanto la ni pida adquisición de conocimientos sobre genét ica como d poder para manipu la r e l genoma de los ~rgan ismos humanos ' de.: otros tipos amenaza con dejar atrás nuestra capacidad paJ:a hacer frente a las consecuencias.

muestreo de las ~·ellosidades coriónicas (MVC) p.260

plásmido p. 2-1-1 poümorfismo de la lonJ!ilud del

fragmento de restricción (RFLP) p. 1-18

reacción en cadena de la poli-merasa (PCR) p. 24Y

sonda de DNA p. 2-18 transformación p. 2-1-1 transgénico p. 2-1-1 ,·ector p. 2-17

4. L os ratones de eliminación/susriw cióll a. son una raza particula rmente agresiva b. han sido creados por ingeniería genética con el p ropósito

de producir una proteína humana c. producen proteínas humanas d. han sido creados por ingeniería de modo que carezcan

de un gen de ratón específico e. son ra tones mutan tes producidos ele forma natural

5. El análisis de huellas digiw les de DNII a. requiere grandes cantidades de D t A b. es útil sólo para hacer análisis fo renses c. puede incluir el aná lisis de RF LP d. sólo prueba la cul pabilidad. no la inocencia e. es un derecho constitucional

6. U11 11ÍIIn con 1111 solo ale/u de nnemin de !'élulas falciformes a. probablemente morirá de esta enfermedad antes de

cumplir Jos 30 años b. tendrá gran dificultad para obtene r ·uficicnte oxígeno

a grandes altitudes c. tendrá dificultades para practicar depon es d. necesita un tra tamiento inmediato c:n el momento de

nact:r c. podrá llc,·a r una vida perfectamente normal

Capitulo 13 Biotecnologia Audesirk La Vida en La Tierra

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