Biotecnoloxía e Xenética: Explorando Mutacións, Edición de ADN e as súas Aplicacións

Mutacións Xenéticas: Concepto e Impacto na Biodiversidade

As mutacións son cambios que se producen na secuencia do ADN dun organismo.

A maioría das mutacións suceden ao azar, de forma natural: son as chamadas mutacións espontáneas; pero tamén poden inducirse empregando os denominados axentes mutaxénicos (substancias químicas, radiacións ultravioleta, etc.).

As mutacións, xunto coa recombinación xenética que se produce durante a meiose, constitúen a principal fonte de variabilidade xenética; é dicir, a principal vía para facer modificacións na información xenética e xerar así organismos diversos (biodiversidade).

As mutacións que afectan ás células somáticas non se transmiten á descendencia; as mutacións que afectan ás células xerminais, que orixinan as células sexuais, transmítense á descendencia.

Clasificación das Mutacións

Segundo o seu efecto no organismo

As mutacións poden ser beneficiosas, se confiren unha vantaxe ao ser vivo; prexudiciais, se comprometen a función do xene, e neutras, se non producen ningún efecto, nin positivo nin negativo.

Segundo a magnitude do cambio no ADN

Neste caso distinguimos entre tres tipos de mutacións:

• Mutacións xénicas: Son as máis habituais. A mutación prodúcese por un cambio na secuencia de nucleótidos dun xene determinado; isto desencadea un cambio ou mesmo a ausencia total da proteína que se sintetiza a partir dese xene afectado.
• Mutacións cromosómicas: Afectan aos cromosomas. Cando a mutación afecta a unha rexión grande do cromosoma, vense alterados moitos xenes. As mutacións cromosómicas inclúen a perda ou a ganancia de fragmentos de cromosomas. Outras veces, a cantidade de ADN non se ve afectada, pero si a súa localización dentro do cromosoma.
• Mutacións xenómicas: Son mutacións que se orixinan durante a formación dos gametos e provocan unha dotación cromosómica alterada. Poden ocasionar a perda ou a ganancia dun ou varios cromosomas completos ou que se multipliquen os xogos cromosómicos aparecendo series 3n ou 4n en lugar das habituais 2n. As mutacións xenómicas frecuentes nos seres humanos son as trisomías dos cromosomas 21 (síndrome de Down), cromosoma 18 (síndrome de Edwards) e cromosoma 13 (síndrome de Patau).

Enxeñaría Xenética: Manipulación e Organismos Modificados

A enxeñaría xenética é un conxunto de técnicas que permiten a manipulación do ADN e a súa transferencia duns organismos a outros.

Denomínase organismo xeneticamente modificado (OXM) aquel cuxo xenoma (ou conxunto total dos seus xenes) foi modificado empregando técnicas de enxeñaría xenética.

Tecnoloxía do ADN Recombinante: Fundamentos e Ferramentas

Un ADN recombinante é un fragmento de ADN que se obtivo a partir de diferentes fragmentos dunha ou varias febras de ADN.

Para poder construír un ADN recombinante, utilízanse as ferramentas seguintes:

Ferramentas Esenciais

• Enzimas de restrición: Son proteínas que actúan como tesoiras moleculares cortando por puntos concretos do ADN.
• Vectores: Actúan como vehículos capaces de penetrar nas células. A maioría adoitan ser plásmidos (fragmentos de ADN independentes do cromosoma bacteriano que se encontran no citoplasma das bacterias), moléculas circulares de ADN presentes nas bacterias.
• As ADN ligases: Son enzimas que unen os segmentos de ADN.
• As células receptoras ou hóspede: Recibirán o xene procedente doutro organismo. Os individuos que recibiron o «novo xene» denomínanse organismos transxénicos.

Pódese, por exemplo, engadir un xene humano a unha bacteria para que esta o produza en masa.

Proceso de Creación de ADN Recombinante

1. Localización e illamento do xene: Extráese o ADN completo do organismo cuxo xene se desexa transferir.
2. Tratamento con enzimas de restrición: O ADN extraído trátase con enzimas de restrición, que cortan secuencias de ADN, entre as que se encontra o xene de interese.
3. Elección e preparación do vector: Elíxese un vector (plásmido). O plásmido, procedente dunha bacteria, illase e córtase cos mesmos enzimas de restrición cos que se cortou o ADN a transferir. Isto permitirá a unión de cada extremo do fragmento do plásmido con cada fragmento de ADN que leva o xene.
4. Unión dos fragmentos de ADN: As ADN ligases unen os dous tipos de ADN. Fórmase así unha molécula de ADN recombinante.
5. Introdución na célula receptora: Introdúcese o ADN na célula receptora, que pode ser, por exemplo, unha bacteria. A bacteria que incorpora o ADN recombinante será un organismo transxénico.
6. Verificación da expresión e cultivo: Compróbase que o xene se expresa e se obtén un gran número de organismos transxénicos. Unha vez que se verifica que o xene introducido se expresa, procédese ao cultivo dos organismos transxénicos para que xeren moitas copias que portan o novo xene (clons).

A Clonación: Tipos e Aplicacións

A clonación consiste na obtención dunha ou varias copias idénticas ao orixinal. Existen dous tipos de clonación: a reprodutiva e a terapéutica.

Clonación Reprodutiva

Consiste en obter un individuo idéntico xeneticamente a outro. As principais aplicacións desta técnica baséanse na obtención de animais cun alto rendemento na produción de carne ou leite, de animais de laboratorio que poidan servir de modelo para investigar sobre algunhas enfermidades ou a recuperación de animais en perigo de extinción.

Clonación Terapéutica

Para realizar esta clonación, precísanse as denominadas células nai, que xeralmente se obteñen a partir de células somáticas de tecidos adultos ou de embrións temperáns. As células nai teñen a capacidade de dividirse indefinidamente e orixinar distintos tipos celulares. A clonación terapéutica ten importantes aplicacións médicas, sobre todo para tratar certas enfermidades e reparar órganos danados.

Tecnoloxía CRISPR: Edición Xenética de Precisión

CRISPR son unhas siglas en inglés que se usan para denominar un grupo de secuencias de ADN que se poden encontrar en bacterias. Estas secuencias permítenlle ás bacterias defenderse dos virus recoñecéndoos a partir do seu material xenético e inutilizalos cortando as súas cadeas de ADN. O descubrimento destas secuencias que recoñecen e cortan en puntos concretos do ADN dos virus deu lugar á creación dunha tecnoloxía de edición xenética que permite engadir ou eliminar fragmentos de código xenético de forma moito máis sinxela que os métodos que se utilizaban ata agora. Esta técnica está actualmente en fase de desenvolvemento e non se utiliza para tratamentos en humanos, xa que non se conseguiu que o proceso de «corta-pega» das secuencias de ADN sexa exacto e poderían producirse alteracións en lugares inesperados.

Outras Técnicas Fundamentais en Biotecnoloxía

A PCR (Reacción en Cadea da Polimerase)

O termo PCR vén do inglés polymerase chain reaction (reacción en cadea da polimerase). Esta técnica permite obter, en poucas horas, millóns de copias dun segmento de ADN. A PCR ten actualmente moitas aplicacións, xa que permite que, a partir dunha mínima cantidade de ADN, como a contida na raíz dun cabelo, ou nunha mostra de saliva ou de sangue, se poida obter unha enorme cantidade de ADN coa que traballar.

A Secuenciación de ADN

A secuenciación de ADN permite determinar a orde da secuencia de bases dun determinado ADN. Esta técnica realízase de forma automática cuns aparatos chamados secuenciadores. A secuenciación de ADN permitiu coñecer o xenoma ou conxunto total de xenes de diversos organismos; entre eles, o do ser humano. O xenoma humano obtívose grazas ao denominado Proxecto Xenoma Humano. Este proxecto iniciouse no ano 1989 coa finalidade de secuenciar o ADN humano, localizar os xenes nos cromosomas e determinar a súa función.

Aplicacións da Enxeñaría Xenética

En Agricultura, Gandería e Pesca

A aplicación da enxeñaría xenética para a mellora de animais e plantas é controvertida, fundamentalmente debido ao medo aos seus posibles efectos a longo prazo na saúde das persoas ou nos ecosistemas.

Algunhas aplicacións son:

• Melloras nas especies para aumentar a produción; por exemplo, plantas capaces de resistir ou defenderse das pragas, resistentes a herbicidas ou que poden crecer en condicións adversas de frío ou seca.
• Introdución de melloras en animais co fin de obter un crecemento máis rápido ou a produción de proteínas de interese no leite.
• Produción de alimentos con mellores características nutricionais que beneficien o consumidor, como, por exemplo, arroz con vitamina A, porcos con menos graxa, tomates máis duradeiros, etc.

En Medicina

Obtención de Medicamentos

A obtención de medicamentos empregando enxeñaría xenética ofrece a vantaxe dunha maior facilidade para a produción e un menor risco de contaminación que empregando outros medios; algúns exemplos son:

• Produción de antibióticos, vitaminas e proteínas recombinantes, como a hemoglobina ou factores de coagulación sanguínea.
• Produción de hormonas como a do crecemento ou a insulina empregando bacterias transxénicas.

Terapias Xénicas

A terapia xénica é un método para tratar certas enfermidades xenéticas, baseado na modificación xenética dos tecidos afectados. Lévase a cabo introducindo, directa ou indirectamente, xenes normais nas células dunha persoa afectada por unha enfermidade de orixe xenética. Case todas as terapias relacionadas están aínda en fase de estudo, pero existen ensaios exitosos en tratamentos contra o VIH ou o cancro.

No Medio Ambiente

Entre os usos potenciais da enxeñaría xenética neste campo destacan:

• A recuperación de especies en perigo de extinción; por exemplo, o muflón de Sardeña ou o boi banteng asiático, entre outros.
• O deseño de organismos xeneticamente modificados con capacidade de eliminar compostos altamente tóxicos. Os grupos de organismos máis utilizados son os microorganismos e as plantas. A este tipo de procesos aplicados á recuperación de ecosistemas chámaselle biorremediación.
• O desenvolvemento de procesos industriais que reduzan a contaminación que producen os medios tradicionais.

Riscos e Desafíos da Enxeñaría Xenética

Aínda que hai grandes beneficios, tamén existen desvantaxes ante os posibles riscos que pode supoñer o uso de OXM; por exemplo:

• A perda de biodiversidade xenética pola posible invasión dos organismos transxénicos nos ecosistemas naturais.
• A transferencia de forma accidental dos xenes modificados a especies silvestres.
• Os efectos sobre a saúde humana ante a posibilidade de desenvolver alerxias ou resistencia a antibióticos.
• A vulnerabilidade do dereito á intimidade como consecuencia do coñecemento do xenoma dunha persoa e, polo tanto, do coñecemento de se esa persoa pode ou non padecer certas enfermidades.