T – 5 BIOTECNOLOGÍA.

1.- Manipulación de genes. Ingeniería genética.

En el tema anterior hemos estudiado la composición, estructura y funcionamiento del

material genético. Tras el descubrimiento de la base molecular de la herencia (ADN)

por parte de Watson y Crick en 1953, llegó el momento de intentar manipular el ADN

de un modo artificial. En esto consiste la biotecnología según el libro, aunque la

definición oficial según la RAE sería:

1.- f. Biol. Empleo de células vivas para la obtención y mejora de productos útiles,

como los alimentos y los medicamentos.

2.- f. Biol. Estudio científico de la biotecnología y sus aplicaciones.

También según La RAE, la definición de ingeniería genética sería la siguiente:

1.- f. Tecnología de la manipulación y transferencia del ADN de unos organismos a

otros, que posibilita la creación de nuevas especies, la corrección de defectos génicos y

la fabricación de numerosos compuestos útiles.

En este punto veremos cómo se manipulan los genes y las herramientas que utilizamos.

A modo de introducción, os diré que es más o menos como vosotros redactáis los

trabajos: cortar y pegar de la Wikipedia.

1.- Para cortar se utilizan las enzimas de restricción, que son unas proteínas especiales

y muy específicas, que cortan el ADN en posiciones definidas por una secuencia de

nucleótidos determinados. De esta manera podemos recortar un gen determinado del

organismo que nos interese.

2.- Para pegar se usan unas moléculas especiales denominadas ADN ligasas que

insertan los pedazos de ADN que habíamos cortado en otros trozos de ADN.

3.- Para copiar se utilizan pequeñas secuencias de ADN de bacterias, independientes de

los cromosomas bacterianos, llamados plásmidos.

De esta manera, una vez tenemos el gen que nos interesa insertado en un plásmido de

una bacteria (organismo genéticamente modificado), la dejamos reproducirse

felizmente. Este organismo sintetizará para nosotros la proteína que es codificada por el

gen que le hemos insertado.

Toda esta tecnología fue puesta a punto en 1973 por Boyer y Cohen. La

comprenderemos mejor con una imagen.

2.- Fabricación de proteínas.

Mediante esta tecnología, en la actualidad somos capaces de fabricar diversas proteínas

interesantes. Entre los ejemplos más destacados tenemos:

Insulina humana para los diabéticos.

Hormona de crecimiento para el enanismo hipofisiario.

ADN polimerasa I para la fibrosis quística.

Vacunas.

Diversas proteínas importantes en la industria como la hormona de crecimiento y la

lipolasa.

3.- Los transgénicos.

El ser humano viene haciendo selección artificial desde la antigüedad. Como

recordareis, consiste en elegir los animales y las plantas con las características más

favorables y hacer que se reproduzcan entre sí.

Este proceso se repite indefinidamente hasta conseguir verdaderos campeones.

Actualmente, gracias a nuestros conocimientos en genética, podemos acelerar este

proceso, eliminando o añadiendo los genes que nos interesen a las especies de animales

o plantas que utilizamos ya sea como alimentación o para cualquier otro fin.

Se trata de los organismos transgénicos u organismos modificados genéticamente

(OMG) que se definen como organismos que llevan algún gen de otra especie (transgén)

Un ejemplo curioso serían los organismos en los que se ha insertado un gen procedente

de una medusa llamado GPF (green fluorescent protein).

Esta es una técnica que se utiliza en investigación de una manera rutinaria.

Otros ejemplos serían las bacterias degradadoras del petróleo, bacterias productoras de

plásticos biodegradables o los polémicos alimentos transgénicos. En cuanto a estos

últimos, se trataría por ejemplo, de plantas resistentes a los parásitos, capaces de vivir

con menos humedad, que no tengan pepitas o simplemente con mayor productividad.

En principio es una buena idea y por ahora no se ha demostrado un efecto adverso sobre

nuestra salud. Ejemplos característicos de estos alimentos serían la soja o el maíz

transgénicos.

Sin embargo, los alimentos transgénicos tienen muchos detractores, y en mi opinión, no

carecen de motivos. En primer lugar, los alimentos transgénicos han sido investigados y

patentados por grandes multinacionales (Monsanto es un siniestro ejemplo). Estas

empresas han de proteger su inversión. Así, las semillas transgénicas que venden están

diseñadas para que la siguiente generación no sea fértil, por lo que los agricultores no

pueden replantar a partir de lo producido, sino que han de volver a pasar por caja.

Además, como se trata de plantas con gran productividad, todo el mundo planta la

misma variedad y el resto de variedades corre el riesgo de perderse. Esto es un peligro,

ya que si las condiciones cambian o hay alguna nueva plaga de insectos que ataque a

esta variedad, se acabó.

4.- La reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Es una técnica muy importante en genética que se desarrolló durante la década de los

80, y que en la actualidad se utiliza de una manera rutinaria. Hoy en día, todos los

laboratorios de genética tienen varios equipos de PCR, que no son excesivamente caros.

Consiste en aumentar enormemente la cantidad de ADN contenida en una muestra muy

pequeña. De esta forma podemos utilizar esa muestra mayor para nuestros fines, ya sea

averiguar que microorganismos hay presentes cualquier tipo de muestra o conseguir el

ADN de un delincuente a partir de una diminuta gota de saliva.

En fin, dejemos de hablar de CSI y veamos en qué consiste.

Se aprovecha que el ADN se desnaturaliza a temperaturas elevadas, es decir, las dos

hebras se separan al aumentar la temperatura. Además, cada una de estas hebras actúa

como molde para la fabricación de una hebra complementaria, si añadimos las enzimas,

los nucleótidos necesarios y los cebadores adecuados.

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5.- Clonación y células madre.

Las células madre son aquellas células dotadas simultáneamente de la capacidad de

autorrenovación (es decir, producir más células madre) y de originar células hijas

comprometidas en determinadas rutas de desarrollo, que se convertirán finalmente por

diferenciación en tipos celulares especializados. Su investigación es muy esperanzadora

ya que a partir de una célula madre de un individuo se puede obtener un tejido o un

órgano nuevo del mismo individuo, con lo que se eliminaría el problema de los rechazos

a la hora de realizar trasplantes.

Existen varios tipos de células madre.

1.- Las primeras con las que se empezó a trabajar fueron las células madre

embrionarias. Proceden de embriones no excedentes de la fecundación in vitro. Esta es

una técnica en la que se toman óvulos y espermatozoides de donantes, se fertilizan en un

tubo de ensayo, y posteriormente se implantan para su desarrollo normal en el útero. A

lo largo del proceso se producen muchos embriones, por lo que solo se implantan

algunos, y el resto se almacena.

Existen muchos problemas éticos sobre el uso de estos embriones para investigación.

Podemos clasificar las células madre según su potencial de diferenciación en:

1.1.- Célula madre totipotente. Puede crecer y formar un organismo completo, tanto

los componentes embrionarios (las tres capas embrionarias) como los extraembrionarios

(placenta). Es decir cualquier célula totipotente colocada en el útero de una mujer tiene

la capacidad de originar un feto y por consiguiente un nuevo individuo.

1.2.- Célula madre pluripotente. Capaces de producir la mayor parte de los tejidos de

un organismo. Aunque pueden producir cualquier tipo de célula del organismo, no

pueden generar un embrión.

1.3.- Células madre multipotentes. Son aquellas que sólo pueden generar células de su

propia capa embrionaria. Estas también llamadas células madre órgano-específicas son

capaces de originar las células de un órgano concreto en el embrión y también en el

adulto. Un ejemplo de este tipo de células son las contenidas en la médula ósea, las

cuales son capaces de generar todos los tipos celulares de la sangre y del sistema

inmune. Estas células madre existen en muchos más órganos del cuerpo humano como

la piel, grasa subcutánea, músculo cardíaco y esquelético, cerebro, retina y páncreas.

2.- Células madre procedentes de cordón umbilical o de adultos. No hay problemas

éticos en su uso, pero tienen una capacidad de diferenciación limitada, y se han de

almacenar. Son difíciles de localizar y pueden producir cáncer.

3.- Células madre inducidas (células iPS, por sus siglas en inglés "induced Pluripotent

Stem") Vale, con las primeras tenemos problemas éticos, y con las segundas tenemos

problemas técnicos. Los científicos tuvieron que buscar una tercera opción, que

consistió en tomar una célula de piel (con esta no habrá problemas éticos, ¿no?) y

convertirla en una célula madre mediante un proceso denominado reprogramación

celular.

Esto se consigue tomando células de la piel de un paciente y reprogramándolas

mediante retrovirus. El retrovirus es un tipo de virus cuyo material genético es ARN. El

ARN del virus se transcribe a ADN que se inserta en el genoma del paciente. Lo que

ocurre es que estos virus son organismos genéticamente modificados en los que se ha

insertado el ARN correspondiente a determinados genes (Oct4, Sox2, Klf4, c-myc,

Lin28) que provocan la reprogramación de las células de piel. Una vez obtenidas las

células madre pluripotentes, el último paso consiste en su diferenciación para conseguir

el tipo celular que necesitemos.

Clonar significa hacer copias idénticas de algo. Así, tendríamos varios tipos de

clonación:

1.- Clonación molecular sería la obtención de copias de ADN.

2.- Clonación celular sería la obtención de copias de una determinada célula.

3.- O lo que más llama la atención, la clonación de un organismo entero. Es decir, la

obtención de un organismo idéntico genéticamente a otro.

La primera clonación de un animal de la que se tiene noticia es la de la oveja Dolly, que

nació en 1996.

Veamos cuál es la técnica que se utilizó para obtener a Dolly. Podríamos decir que

Dolly tuvo tres madres. La madre nº 1 es el clon original. A partir de una de sus células

se obtuvo el núcleo, que es donde se encuentra la información genética. Este núcleo se

insertó en un óvulo de la madre nº 2 a la que se le había retirado el núcleo. El embrión

que se formó posteriormente se implantó en el útero de la madre nº 3, que actuó como

madre de alquiler.

De esta manera, la oveja clonada que se obtuvo era idéntica a la madrenº 1, que fue la

que presto su material genético.

6.- Terapia génica.

La terapia génica se puede definir como el conjunto de técnicas que permiten

vehiculizar secuencias de ADN o de ARN al interior de células diana, con objeto de

modular la expresión de determinadas proteínas que se encuentran alteradas, revirtiendo

así el trastorno biológico que ello produce.

En cristiano, se trata de sustituir un gen defectuoso de un organismo enfermo por un gen

en buen estado. Esto se puede conseguir de dos maneras.

1.- In vitro. Es la forma más segura ya que se realiza sobre las células que se han

extraído de un paciente.

2.- In vivo. Se realiza directamente sobre el paciente, inyectando el retrovirus o

administrando el gen mediante un aerosol que contiene liposomas donde se encuentra el

gen que se pretende sustituir.

Sin embargo, en la actualidad esta técnica no está del todo desarrollada y presenta

muchos problemas. Los genes pueden insertarse en un lugar incorrecto y provocar

cáncer, o se pueden insertar pero no activarse o activarse en exceso. Además, los

mismos virus que se utilizan como vectores pueden reproducirse y provocar

enfermedades.

Un ejemplo fue el de un grupo de niños con un síndrome de inmunodeficiencia a los

que se trató con terapia génica in vitro. Se salvó al 90 % de los pacientes pero muchos

desarrollaron leucemia.

7.- Identificación genética.

La identificación mediante huella genética consiste en una serie de técnicas que se han

desarrollado para comparar dos genomas distintos de la misma especie. Se aplican por

ejemplo para identificar al culpable de un crimen, para determinar la paternidad, para

identificar a víctimas de accidentes o atentados, e incluso para estudiar las migraciones

durante la prehistoria.

Están basadas en las denominadas repeticiones en tándem cortas (STR, short tándem

repeats). Se trata de repeticiones cortas de unas cuantas bases nitrogenadas que se

repiten un número variable de veces dependiendo de cada persona. Se compara el

número de repeticiones en diversos cromosomas de distintas personas. Si el número de

repeticiones es el mismo, se trata de la misma persona o de un familiar muy cercano.

A veces, la cantidad de ADN encontrada es muy pequeña, por lo que debemos

amplificarlo mediante la técnica de PCR. Luego se trocea el ADN y se realiza una

electroforesis. Es una técnica similar a la cromatografía en la que los trozos de ADN

distintos se separan en función de su tamaño y su carga eléctrica. Para ello se utiliza un

gel por el que los trozos de ADN se desplazan a distintas velocidades en función de su

tamaño y su carga.

Esquema de una electroforesis.

Por último, las bandas se tiñen y se fotografían.

Una vez realizado el análisis, lo único que debemos hacer es comparar las bandas entre

varias muestras distintas.