Biotecnologia: Enginyeria Genètica i Aplicacions Clau

Biotecnologia i Enginyeria Genètica

La biotecnologia, nascuda cap al 1975, és la indústria resultant d’aplicar l’enginyeria genètica a l’obtenció de productes comercials. El primer producte produït i comercialitzat va ser la insulina humana. Herb Boyer i Stanley Cohen van aïllar el gen i el van introduir el 1973. La insulina regula la quantitat de glucosa a la sang i es fabrica al pàncrees.

Eines per a la Genètica Molecular

• Enzims de restricció: Tallen l’ADN per llocs concrets.
• ADN-lligasa: Uneix fragments d’ADN amb un cromosoma.
• Plàsmids: Trossos d’ADN independents del cromosoma bacterià; s’utilitzen per introduir gens a altres cèl·lules procariotes.
• Virus: S’utilitzen per introduir gens en cèl·lules eucariotes.
• PCR (Reacció en Cadena de la Polimerasa): S'utilitza en medicina forense. És un procés per fer milers de còpies d’un fragment d’ADN i comparar-lo amb un fragment d’ADN d’una altra persona.

Passos per a l’Obtenció d’Insulina Humana

1. Es combina ADN bacterià amb ADN complementari procedent d’una cèl·lula d’un pàncrees sa (obtingut gràcies als enzims de restricció). Això s’uneix amb una ADN-lligasa (que lliga trossets d’ADN amb un cromosoma), formant ADN recombinat.
2. S'introdueix l'ADN recombinat en un bacteri, sovint utilitzant un plasmidi bacterià com a vector.
3. Dins del bacteri, l'ADN recombinat genera l’ARN, que transcriu la informació per fabricar la insulina.
4. Es cultiven aquests bacteris modificats en grans quantitats per obtenir insulina.

Altres Proteïnes Recombinants Comercialitzades

• Interferó humà: Per al tractament de l’esclerosi múltiple, leucèmies, sarcoma de Kaposi o hepatitis B i C.
• Hormona del creixement: Per al nanisme hipofisari.
• DNasa I (Desoxiribonucleasa I): Per a la fibrosi quística (afecta els alvèols impedint l’intercanvi de gasos).
• Vacunes basades en proteïnes recombinants: Com la de l’hepatitis B.
• Factor antihemofílic: Intervé en la coagulació de la sang (produïda per la polimerització de la fibrina, una proteïna). Als hemofílics els falla algun dels factors de coagulació.
• EPO (Eritropoetina): Hormona que fa que el propi cos fabriqui més glòbuls vermells. S’utilitza en anèmies.
• tPA (Activador tissular del plasminogen): Desfà els coàguls sanguinis i s’utilitza per als infarts de miocardi i les embòlies pulmonars.

Les Cèl·lules Mare

Són cèl·lules no diferenciades susceptibles de convertir-se en cèl·lules d’altres tipus de teixit. S’anomenen així perquè és possible obtenir-ne la resta de diferents cèl·lules del cos humà. La importància de les cèl·lules mare rau en la possibilitat de fabricar teixits i òrgans amb la mateixa informació genètica de l’individu, i evitar així el rebuig.

• Cèl·lules mare embrionàries: Procedents d’embrions excedents de fertilització in vitro. Plantegen problemes ètics.
• Cèl·lules mare procedents de cordó umbilical o d’adults: El seu ús no presenta problemes ètics.
• Cèl·lules mare induïdes (iPS): S’obtenen de cèl·lules adultes (per exemple, de la pell). Van ser descobertes el 2007 per Shinya Yamanaka i posteriorment per James Thomson. L'objectiu és convertir aquestes noves cèl·lules en cèl·lules diferenciades que puguin ser utilitzades terapèuticament sense provocar creixement de tumors.

Virus com a Vectors en Teràpia Gènica

Els virus tenen una gran capacitat d’infectar les cèl·lules en introduir-hi el seu material genètic. Si reemplacem el material genètic nociu del virus pel gen terapèutic que necessita la cèl·lula, convertim el virus en un missatger extraordinari. El virus seria com el cavall de Troia: dins seu porta l’ADN, el material genètic modificat.

Teràpia Genètica

Aquesta teràpia consisteix en la introducció de gens en les cèl·lules d'un individu amb la finalitat de corregir alguna “deficiència” del seu genoma.

Pot aplicar-se de dues maneres:

• In vivo: Agrupa les tècniques en què el material genètic s’introdueix directament a les cèl·lules de l’organisme.
• Ex vivo: Tècniques en què les cèl·lules a tractar són extretes del pacient, aïllades, cultivades in vitro, modificades genèticament i posteriorment reintroduïdes al pacient.

Clonació

Clonar significa obtenir còpies genèticament idèntiques d'un organisme, cèl·lula o molècula d'ADN. En el context d'organismes, s'obtenen individus idèntics entre si i gairebé idèntics a l’original.

Tipus de Clonació

Clonació per separació d'embrions (o gemmació artificial):

Consisteix a separar cèl·lules de l’embrió en un estadi inicial de desenvolupament, de manera que cadascuna de les cèl·lules doni lloc a un embrió diferent, genèticament idèntic als altres.

Clonació per transferència nuclear:

És l'autèntica clonació que origina individus idèntics a l’original. S’extreu el nucli d’una cèl·lula somàtica (no sexual) d’un organisme i s’introdueix en un òvul d’un altre individu de la mateixa espècie, al qual prèviament se li havia extret el seu nucli. Es produeix un zigot artificial, que s’estimula perquè es divideixi i iniciï el seu desenvolupament embrionari, implantant-lo a l'úter d'una mare subrogada. (Exemple: l'Ovella Dolly, 1996).

Combinació de tècniques:

Es pot combinar la transferència nuclear amb la divisió d’un embrió primerenc, permetent que neixin diversos individus iguals entre si i idèntics al donant del nucli.

Primera Transferència Nuclear (Història)

El 1914, Hans Spemann va realitzar experiments pioners. Va envoltar un ou fertilitzat d’amfibi amb un pèl fi i el va estrènyer per partir-lo parcialment en dues parts: una només contenia citoplasma i l’altra contenia citoplasma i el nucli cel·lular. La part amb el nucli va començar a dividir-se ràpidament, mentre que l'altra no. Quan el nucli s’hagués dividit 16 vegades, Spemann va permetre que un dels nuclis passés a la porció que només tenia citoplasma. Aquesta cèl·lula es va començar a dividir normalment i va originar un embrió nou, demostrant la importància del nucli.

Aplicacions i Consideracions de la Clonació

• Clonació terapèutica o no reproductiva: No està destinada a obtenir un ésser humà complet. L’embrió originat per transferència nuclear no és implantat a l’úter, sinó que es fa servir per obtenir cèl·lules mare embrionàries amb finalitats d'investigació o terapèutiques (medicina regenerativa).
• Medicina: La clonació d’animals pot servir per estudiar el desenvolupament embrionari i analitzar els canvis que experimenta una cèl·lula quan es converteix en cancerosa. També per produir animals model de malalties humanes.
• Ramaderia: Permet obtenir còpies del millor animal de cada espècie (amb característiques desitjables com alta producció de llet, carn de qualitat, etc.).
• Conservació d’espècies: Podria ajudar a salvar certes espècies en perill d’extinció i difícils de criar en captivitat. Inconvenient: caldria disposar de prou quantitat d’òvuls i mares subrogades adequades per fer la clonació amb certes garanties d’èxit, i la manca de diversitat genètica seria un problema.
• Clonació humana reproductiva: Destinada a crear éssers humans clònics. Està àmpliament prohibida per raons ètiques i de seguretat.