Ingeniería Genética: Manipulación del ADN, Transgénicos y Replicación

Ingeniería Genética: Manipulación del ADN, Transgénicos y Replicación

La ingeniería genética es una rama de la biotecnología que utiliza diversas técnicas para manipular el ADN de los organismos. La principal técnica es la del ADN recombinante, que consiste en la transferencia de ADN de un organismo a otro. El fragmento de ADN de interés, llamado "pasajero" o "extraño", se inserta en el ADN de otra célula, que puede ser o no de otra especie. Así se obtienen los organismos transgénicos.

Conceptos Clave en Ingeniería Genética

• Transgénico: Un organismo o proceso transgénico se crea artificialmente mediante ingeniería genética, incorporando ADN de otros organismos en sus genes.
• ADN recombinante: ADN creado en el laboratorio que contiene fragmentos provenientes de diversos organismos.
• Plásmidos: Pequeños fragmentos de ADN circular bacteriano de doble hélice, con su propio origen de replicación.
• ADN complementario (ADNc): Se utiliza para introducir en bacterias genes de interés para los humanos. El objetivo es cultivar estas bacterias para que fabriquen la proteína codificada por dicho gen en cantidades económicamente rentables.

Proceso de Obtención de ADNc

Se aísla el ARNm maduro de la proteína de interés. Se obtiene su ADN complementario empleando la transcriptasa inversa, que produce una hebra de ADN a partir de ARN. Después, se degrada la cadena de ARN. Finalmente, se induce la síntesis de la cadena de ADN complementaria, obteniendo una doble hélice de ADN sin intrones: el ADN complementario.

Vectores de Clonación

• Cósmidos: Plásmidos sintéticos que combinan las características de los plásmidos con las de los fagos.
• Virus, fagos: Virus que infectan bacterias y que pueden ser manipulados genéticamente.

PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)

La PCR se utiliza para replicar ADN in vitro en grandes cantidades. Se emplea cuando se dispone de poca cantidad de ADN y se necesitan muchas copias, como una alternativa ventajosa a la introducción en bacterias.

Componentes Necesarios para la PCR

• El ADN que se va a clonar (ADN diana).
• Los cuatro desoxirribonucleótidos trifosfato (dNTPs) necesarios para sintetizar ADN.
• Dos segmentos de ADN monocatenario específicos (cebadores o primers) que actúan a ambos lados de la zona que se quiere clonar.
• La ADN polimerasa termorresistente (por ejemplo, Taq polimerasa).

Ciclo de la PCR

1. Desnaturalización del ADN: Separación de las dos hebras de ADN mediante calor.
2. Hibridación de los cebadores: Unión de los cebadores a las hebras de ADN molde.
3. Elongación de la cadena: La ADN polimerasa sintetiza nuevas hebras de ADN a partir de los cebadores.

Alteraciones Cromosómicas

• Aneuploidías: Alteración en el número normal de ejemplares de cada tipo de cromosoma.
• Euploidías: Alteraciones en el número de juegos completos de cromosomas de un organismo.

Regulación Génica

La regulación génica es el proceso que controla la expresión de los genes, ya sea a nivel de transcripción o traducción. Es fundamental para regular el funcionamiento de las proteínas. Existen dos tipos principales de genes involucrados:

• Genes estructurales: Codifican las secuencias de aminoácidos de las proteínas estructurales y enzimáticas.
• Genes reguladores: Controlan la actividad de los genes estructurales a través de la producción de sustancias represoras.

Replicación del ADN

La replicación es el mecanismo que permite la duplicación de la información genética. A continuación, se describe el proceso:

1. Las cadenas del ADN duplicado son separadas por la acción de la helicasa, que rompe los puentes de hidrógeno.
2. La topoisomerasa elimina la tensión de las cadenas de ADN al desenrollarse.
3. Las proteínas SSB estabilizan las cadenas sencillas para evitar que se vuelvan a enrollar.
4. Se forman horquillas de replicación, zonas donde el ADN queda separado y donde comienza la síntesis, llevada a cabo por la ADN polimerasa III.
5. En la horquilla de replicación, una hebra se sintetiza de forma continua en sentido 3'→5' (hebra conductora o líder). La otra hebra se sintetiza en fragmentos (fragmentos de Okazaki) en sentido 5'←3' (hebra retardada).
6. La primasa (una ARN polimerasa) sintetiza el primer (ARN cebador), ya que puede iniciar una cadena, a diferencia de la ADN polimerasa.
7. La ADN polimerasa III alarga el primer sintetizado por la primasa.
8. El ARN cebador es eliminado y la ADN polimerasa I rellena el hueco.
9. La ligasa une los fragmentos de Okazaki.

Al finalizar el proceso, se obtienen dos moléculas idénticas de ADN, cada una con una hebra antigua y otra nueva (replicación semiconservativa).