Fundamentos de Biología Molecular: ADN, Genes y Aplicaciones Modernas

El Experimento de Griffith y el Descubrimiento del ADN como Material Genético

Descripción del experimento y su importancia

El experimento de Griffith demostró el principio de transformación bacteriana y fue crucial para identificar el ADN como la molécula portadora de la información genética. Los pasos fueron los siguientes:

• Cepa S (Lisa): Bacterias Streptococcus pneumoniae que presentan una cápsula protectora. Son virulentas y causan la muerte de los ratones inyectados en aproximadamente 24 horas.
• Cepa R (Rugosa): Bacterias sin cápsula. Son inocuas y no causan la muerte de los ratones.
• Experimento 1: Griffith inyectó bacterias vivas de la cepa S en ratones, y estos murieron.
• Experimento 2: Inyectó bacterias vivas de la cepa R en ratones, y estos sobrevivieron.
• Experimento 3: Calentó las bacterias de la cepa S para matarlas y las inyectó en ratones. Los ratones permanecieron vivos, demostrando que las bacterias muertas por calor eran inocuas.
• Experimento 4 (La sorpresa): Inyectó en los ratones una mezcla de bacterias S muertas por calor (inocuas) y bacterias R vivas (también inocuas). Sorprendentemente, los ratones murieron.

Al analizar la sangre de los ratones muertos en el cuarto experimento, Griffith encontró bacterias vivas de la cepa S, con cápsula y virulentas. Concluyó que algún "principio transformante" de las bacterias S muertas había sido transferido a las bacterias R vivas, transformándolas en la cepa S mortal. Aunque Griffith no identificó la molécula exacta, su trabajo sentó las bases para que Avery, MacLeod y McCarty demostraran posteriormente que este principio transformante era el ADN.

Importancia: De este modo, se descubrió que el ADN era la molécula que almacena y transmite la información genética. Es decir, el ADN constituye los genes.

Dogma Central de la Biología Molecular y Código Genético

Flujo de la información genética

El Dogma Central de la Biología Molecular describe los flujos permitidos de la información hereditaria. Establece que la información genética se almacena en el ADN, se transcribe a ARN y luego se traduce para sintetizar proteínas. El flujo general es ADN → ARN → Proteína. Esta regla fundamental se cumple tanto en células eucariotas como en bacterias, aunque existen excepciones como la transcripción inversa en retrovirus.

¿Qué es el código genético?

El código genético es el conjunto de reglas o instrucciones que utilizan las células para traducir la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero (ARNm), que a su vez deriva del ADN, en la secuencia de aminoácidos que forman una proteína. Este código determina que cada grupo de tres nucleótidos consecutivos (llamado codón) especifica un aminoácido particular, o una señal de inicio o parada de la traducción.

Aplicaciones de la Biotecnología

Ejemplo: Fabricación de proteínas recombinantes

Un ejemplo destacado del uso de la biotecnología es la fabricación de proteínas de interés terapéutico o industrial, como la insulina humana. El proceso general implica:

1. Se aísla el gen humano que codifica la proteína deseada (ej. insulina).
2. Se inserta este fragmento de ADN (gen) en un vector de clonación, comúnmente un plásmido bacteriano.
3. Este plásmido recombinante se introduce en una bacteria huésped (ej. E. coli).
4. Se cultivan las bacterias modificadas en grandes fermentadores, permitiendo que se reproduzcan masivamente.
5. Las bacterias, al expresar el gen introducido, producen grandes cantidades de la proteína deseada (insulina).
6. Finalmente, la proteína se purifica para su uso terapéutico.

Así, se obtienen grandes cantidades de la proteína, como la insulina humana, esencial para tratar la diabetes.

Células Madre: Definición y Usos

¿Qué es una célula madre?

Una célula madre es una célula indiferenciada (no especializada) que tiene la capacidad única de:

• Autorrenovarse: Dividirse y producir más células madre.
• Diferenciarse: Convertirse en células especializadas de diversos tipos de tejido, como células cardíacas, nerviosas, de la piel, etc.

Se llaman así porque de ellas pueden derivar todas las demás células con funciones especializadas. Las células madre embrionarias, presentes en las primeras etapas del desarrollo, son pluripotentes, lo que significa que pueden dar lugar a casi cualquier tipo de célula del cuerpo.

Utilización de las células madre

Las células madre tienen un enorme potencial en medicina regenerativa para reparar tejidos dañados por enfermedades o lesiones (ej. infartos, Parkinson, lesiones medulares), en investigación para entender el desarrollo y las enfermedades, y para probar nuevos fármacos.

Clonación: Concepto y Proceso

¿Qué es un clon?

Un clon es un organismo genéticamente idéntico a otro organismo del cual se originó. La clonación reproductiva busca crear una copia completa de un animal existente.

¿Cómo se obtiene un clon (Transferencia Nuclear de Células Somáticas)?

El método más común, utilizado para clonar a la oveja Dolly, es la Transferencia Nuclear de Células Somáticas (TNCS):

1. Se toma una célula somática (cualquier célula del cuerpo que no sea un óvulo o espermatozoide) del individuo que se desea clonar. Se extrae su núcleo, que contiene el ADN completo.
2. Se obtiene un óvulo de una hembra donante de la misma especie y se le extrae su propio núcleo (que contiene su material genético).
3. Se introduce el núcleo de la célula somática del individuo a clonar dentro del óvulo sin núcleo (óvulo enucleado).
4. Se estimula eléctricamente o químicamente al óvulo reconstituido para que comience a dividirse como si hubiera sido fecundado, formando un embrión temprano.
5. Este embrión se implanta en el útero de una madre receptora (madre de alquiler).
6. Si el embarazo llega a término, nacerá un individuo que será genéticamente idéntico al donante de la célula somática original.

Diferencia entre Cromatina y Cromosoma

Estados de compactación del ADN

Tanto la cromatina como los cromosomas están compuestos por ADN y proteínas (principalmente histonas), pero representan diferentes niveles de condensación del material genético dentro del núcleo celular:

• Cromatina: Es la forma en que el ADN se encuentra en el núcleo durante la interfase (cuando la célula no está en división). El ADN está asociado y enrollado con proteínas histonas, formando una estructura menos compacta, como un hilo largo y desenrollado. Esta organización permite el acceso a la maquinaria celular para la transcripción (lectura de genes) y la replicación del ADN.
• Cromosomas: Son estructuras altamente organizadas y compactadas formadas por ADN y proteínas. Se hacen visibles durante la división celular (mitosis o meiosis). La cromatina se condensa enormemente para formar estas estructuras discretas y manejables, lo que facilita la segregación equitativa del material genético a las células hijas. Cada cromosoma (antes de la replicación o después de la separación de las cromátidas hermanas) contiene una molécula de ADN muy enrollada.

En resumen, la diferencia principal radica en el grado de condensación y la etapa del ciclo celular en la que se encuentran.