viernes, 11 de septiembre de 2015

Introducción a la genética (VI): la ingeniería genética



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La ingeniería genética es el conjunto de las técnicas que van a permitir el acceder y manipular el ADN. Con esta técnica se va a poder obtener moléculas de ADN recombinante de forma artificial, ya que la única forma que en la naturaleza se obtenía ADN recombinante era durante la meiosis. Pero, la gran diferencia radica en que el obtenido de forma natural sólo sucede dentro de la misma especie. Esta nueva tecnología va a permitir saltar una ley natural. Si en la naturaleza solo se producía la recombinación dentro del mismo individuo, con esta tecnología se va a poder conseguir recombinar, "mezclar", el ADN de una especie con otra por muy distante que sea. Así, se podrá introducir genes de una planta o un animal en el interior de un virus, por ejemplo. Con este fundamento se ha conseguido que sistemas bacterianos produzcan la hormona de la insulina para tratar la diabetes, la hormona del crecimiento o, incluso, antibióticos para tratar distintas infecciones.

Ingenieria genetica y biologia

- Biotecnología e ingeniería genética


Cuando estas técnicas se aplican dentro del sector industrial, o lo que es lo mismo, con un fin comercial, se habla de biotecnología. Muchos autores definen la biotecnología como "aquellos procesos en los cuales, partiendo de las materias primas correspondientes, se producen bienes de consumo utilizando organismos vivos". Esta es una definición muy clásica en la que no se incluye el concepto de ingeniería genética. De hecho, atendiendo a esta definición la fabricación de pan con levadura es biotecnología. La ingeniería genética lo que hace es potenciar la biotecnología, hacer más eficiente esta tecnología con sus nuevas técnicas.

- Enzimas de restricción 


El descubrimiento de estas enzimas ha permitido el desarrollo de esta nueva "ciencia". Constituyen la base de la ingeniería genética, siendo la herramienta utilizada para generar el ADN recombinante.

En la segunda mitad del siglo XX se observó que existían bacterias que eran capaces de romper el material genético del virus y, por tanto, eran resistentes a estas infecciones víricas.

Presentaban unas enzimas capaces de reconocer secuencias de nucleótidos en el ADN, tras este reconocimiento cortaban en un punto determinado del material genético. Con estas enzimas se puede cortar el ADN ahí donde se requiera. Si a esto le sumamos la existencia de otras enzimas denominadas ligasas y cuya función es la de unir segmentos de ADN tenemos las herramientas básicas para generar el ADN recombinante. Por un lado, las tijeras que cortan (enzimas de restricción) y, por otro lado, el pegamento que une (ligasas).

Así, con una enzima de restricción X podemos cortar un ADN de virus y otro de mamífero. Como la enzima reconoce la misma secuencia de corte, llamada diana, en los dos ADNs, cuando unimos los productos obtenidos tras los cortes obtendremos el ADN del mamífero y del virus de nuevo reasociados, pero además habrá un porcentaje de ADN recombinante, ADN de virus y mamífero en la misma molécula. Con esto se ha conseguido romper la barrera de especie y crear una nueva forma de vida.

Una vez creado el ADN recombinante el científico necesita crear un sistema que permita conservar ese material genético nuevo y, a ser posible, multiplicarlo en grandes cantidades. A este proceso de almacenaje se le denomina clonación del ADN. Para ello se necesita de vectores, moléculas capaces de almacenar el ADN recombinante en su interior y además de introducirlo en un sistema celular. Pueden considerarse como moléculas vehículo que llevan un pasajero a un destino concreto. Los más utilizados son los plásmidos bacterianos. Estos son un ADN circular que existe en el citoplasma de las bacterias. Imaginemos que con una enzima de restricción Eco IR y luego con una ligasa hemos unido el gen de la insulina y un plásmido bacteriano. A continuación ese plásmido se ha introducido en una célula bacteriana la cual se podrá dividir infinitas veces, multiplicando consigo el plásmido vector y, con él, el gen de la insulina. De esta forma el investigador ha conseguido obtener grandes cantidades de un gen y, por consiguiente, grandes cantidades de la proteína que después será comercializada.

Además de los plásmidos, existen otros muchos tipos de vectores, pero todos comparten las mismas características básicas; tienen marcadores que permiten identificarlos y saber en qué células están, orígenes de replicación y sitios de inicio de la transcripción y traducción.

Con todo esto se puede controlar en qué momento se desea aumentar los niveles del gen o producir su expresión en la proteína que codifica.

- Organismos transgénicos


Actualmente no solamente se incorporan genes extraños a organismos bacterianos sino también a células eucariotas e incluso a organismos complejos.

Cuando un científico introduce un gen en las células germinales que después producen un organismo adulto capaz de perpetuar ese gen a su descendencia, se dice que se ha creado un organismo transgénico.

Los organismos utilizados normalmente para este fin son tanto plantas como animales. En los modelos más utilizados para crear animales transgénicos destacan el sapo africano, la mosca del vinagre y el ratón casero. Pero, a partir de ellos la biotecnología ha dado el salto hacia los animales de granja. Se pretende obtener animales con ventajas para los ganaderos y los consumidores. Así, imaginemos la creación de cerdos con menor cantidad de grasa, o gallinas que pongan numerosos huevos, vacas que en su leche lleven inmerso alguna vacuna para que los consumidores a la vez que toman leche se estén inmunizando frente a una infección.

Desde el punto de vista teórico todo es posible, sólo la sociedad deberá decidir hasta dónde quiere llegar. El gran peligro de llegar a tener un número reducido de especies transgénicas sería que se tendería a perder la diversidad o variabilidad genética. La cual ha permitido adaptarse a los cambios producidos en el medio ambiente.

En la actualidad los animales transgénicos sólo son utilizados como factorías para producir cantidades elevadas de alguna sustancia.

Por ejemplo, el gen humano de la insulina puede ser introducido en una vaca y posteriormente provocar que se exprese y se pueda recoger en la leche. Las cantidades obtenidas son mucho mayores a lo que se viene haciendo en la actualidad con sistemas celulares.

En cuanto a crear animales con nuevas características para luego ser consumidos de momento no se está llevando a cabo. Principalmente, porque durante los años 1988 y 1989 los granjeros estadounidenses inyectaron genes de la hormona de crecimiento en embriones de cerdo. No se consiguieron cerdos de gran tamaño, pero sí jamones de poca grasa y mucho magro. Sin embargo, estos animales transgénicos comenzaron a padecer varias patologías como diabetes y esterilidad.

La técnica de transferencia génica para crear estos animales es sencilla y se conoce como microinyección de ADN. El ADN con el gen que se desea expresar se inserta con una especie de "aguja" muy delgada en el interior de un huevo fecundado. Éste se implanta en hembras que están en un estado de "pseudopreñamiento", luego se van a comportar de forma normal realizando la gestación. Un porcentaje reducido de los huevos que fueron implantados llegarán a sobrevivir y dar animales transgénicos.

En cuanto a las plantas transgénicas éstas han tenido mayor éxito y ya muchas de ellas, como la soja, está siendo comercializada. La técnica de transferencia génica es bien distinta. Existen virus que infectan plantas introduciendo su propio material genético en el de la planta, aprovechando este hecho, los investigadores utilizan estos virus como vectores que porten genes de interés para ser introducidos en la célula vegetal. Bajo esta metodología ya se han obtenido plantas con mejoras en procesos de fijación del nitrógeno o en el de fotosíntesis. También se pretende crear plantas transgénicas capaces de resistir frente a herbicidas, a patógenos, a pestes o, incluso, a la salinidad y aridez del terreno. Al igual que sucedía con animales también se pretende aumentar el valor nutritivo de muchas especies vegetales.

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- Serie de artículos de introducción a la genética


+ Introducción a la genética (I): concepto de gen, genotipo, fenotipo, locus génico e ingeniería genética

+ Introducción a la genética (II): los experimentos de Mendel

+ Introducción a la genética (III): la teoría cromosómica de la herencia

+ Introducción a la genética (IV): la transmisión de la herencia

+ Introducción a la genética (V): mecanismos de cambio genético