Ingeniería Genética: Manipulación y Transferencia de ADN

¿Qué es la Ingeniería Genética?

La ingeniería genética es la tecnología de la manipulación y transferencia de ADN de un organismo a otro, que posibilita la creación de nuevas especies, la corrección de defectos genéticos y la fabricación de numerosos compuestos.

Ingeniería Genética

Aplicación de los conocimientos científicos para alterar la información contenida en los genes con el propósito de entender su funcionamiento o para variar la síntesis de sus productos.

Nacimiento de la Ingeniería Genética

En 1953 se descubrió el fenómeno llamado de restricción: ciertos fagos (virus bacterianos) que parasitan a E. coli podían desarrollarse en ciertas cepas de esta bacteria, pero no podían hacerlo en otras (se dice que están 'restringidos' en determinadas cepas).

En 1970 Hamilton Smith, en Baltimore, descubre un nuevo tipo de enzima de restricción totalmente específica: capaz de reconocer una determinada secuencia de ADN, de unos pocos pares de bases, y de cortar en ambas cadenas en lugares concretos.

Con estos trabajos se logra llegar hasta la Ingeniería Genética, donde la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo hospedero el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar y eventualmente expresarse.

Actualmente la Ingeniería Genética está trabajando en la creación de técnicas que permitan solucionar problemas frecuentes de la humanidad como, por ejemplo, la escasez de donantes para la urgencia de trasplantes. En este campo se están intentando realizar cerdos transgénicos que posean órganos compatibles con los del hombre.

Técnicas Utilizadas

Enzimas de restricción: Nathans D., Arber W., y Smith H. Estas enzimas tienen la capacidad de reconocer una secuencia determinada de nucleótidos y extraerla de la cadena. Esta secuencia puede volver a colocarse con la ayuda de las ligasas. Análogamente, la enzima de restricción se convierte en una 'tijera de ADN', y la ligasa en el 'pegamento'. Por lo tanto, es posible quitar un gen de la cadena principal y en su lugar colocar otro.

Vectores genéticos: Son partes de ADN que se pueden autorreplicar con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos segmentos genéticos permiten obtener múltiples copias de un trozo específico de ADN, lo que proporciona una gran cantidad de material fiable. El proceso de transformación de una porción de ADN en un vector se denomina clonación.

Técnicas de ADN Recombinante

Es el conjunto de técnicas que permiten aislar un gen de un organismo, para su posterior manipulación e inserción en otro diferente. De esta manera podemos hacer que un organismo (animal, vegetal, bacteria, hongo) o un virus produzca una proteína que le sea totalmente extraña.

Estas técnicas se emplean normalmente para la producción de proteínas en gran escala, como la insulina humana.

El desarrollo de la tecnología del ADN recombinante fue posible gracias a:

1. El conocimiento de las enzimas de restricción
2. La replicación y reparación de ADN
3. La replicación de virus y plásmidos
4. La síntesis química de secuencias de nucleótidos

La Secuenciación del ADN

Es un conjunto de métodos y técnicas bioquímicas cuya finalidad es la determinación del orden de los nucleótidos en un oligonucleótido de ADN. La secuencia de ADN constituye la información genética heredable que forma la base de los programas de desarrollo de los seres vivos. El determinar la secuencia de ADN es útil en el estudio e investigación de los procesos biológicos, en la investigación forense, etc. Gracias a esta técnica se ha acelerado la investigación y los descubrimientos en biología. Las técnicas actuales permiten realizar esta secuenciación a gran velocidad, lo cual ha sido de gran importancia para proyectos de secuenciación a gran escala como el Proyecto Genoma Humano.

ADN Polimerasa: PCR

La reacción en cadena de la polimerasa es una técnica que permite amplificar (copiar o multiplicar) un trozo o fragmento (alelo) de ADN, de un locus determinado un número infinito de veces. Una de las aplicaciones que tiene esta técnica es en Organismos Transgénicos.

Aplicaciones de la Ingeniería Genética

-Terapia Génica: La terapia génica consiste en la inserción de genes en las células de los tejidos de un individuo para tratar una enfermedad en general, y enfermedades hereditarias. La terapia génica tiene como objetivo suplir un alelo defectuoso mutado por uno funcional, o bien insertar o delecionar genes concretos.

Ejemplo: se produce la molécula de la Insulina por su déficit en la Diabetes tipo I. Se produce el Factor VIII de coagulación ausente en pacientes con Hemofilia.

En la mayoría de los estudios de la terapia génica, un gen 'normal' se inserta en el genoma para sustituir uno 'anormal'. Un portador llamado vector se utiliza para entregar el gen terapéutico a las células diana del paciente.

Actualmente, el tipo más común de vector son virus, bacterias y hongos que genéticamente se han alterado para llevar el ADN normal del ser humano.

Proceso de la Terapia Genética

1. Se extraen células del paciente
2. De laboratorio se modifica virus de forma que no pueda reproducirse
3. Se inserta un gen en el virus
4. El virus modificado se mezcla con células del paciente
5. Las células del paciente se modifican genéticamente
6. Las células modificadas se inyectan al paciente
7. Las células modificadas genéticamente producen la proteína o la hormona deseada

Biotecnología

La biotecnología tiene múltiples usos:

• Industria Química: síntesis de sustancias aromáticas
• Campo Energético: producción de biogás
• Biomineralurgia: extracción de minerales
• Industria de Alimentos: producción de microorganismos
• Producción Agrícola: clonación y selección de cultivos

Actualmente se han desarrollado plantas transgénicas de más de cuarenta especies. Mediante Ingeniería Genética se han conseguido plantas resistentes a enfermedades producidas por virus, bacterias o insectos. Estas plantas son capaces de producir antibióticos, toxinas y otras sustancias que atacan a los microorganismos.

Industria Farmacéutica: síntesis de vacunas, hormonas

Permite la obtención de proteínas de mamíferos: Hormona Insulina, la Hormona del Crecimiento, Factores de Coagulación. Son de interés médico y comercial muy grande. En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se clonan los genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos adecuados para su fabricación comercial. Un ejemplo es la producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura Sacharomices cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina humana.

Protección del medio: Tratamiento de aguas servidas, fabricación de compuestos biodegradables.

Formas de Incorporar un Gen a una Célula

1. Proyectiles: Se disparan pequeñas esferas de material sólido que ingresan a la célula y que llevan consigo copias del gen foráneo
2. Inyecciones: el ADN se inyecta en las células a través de agujas muy finas
3. Difusión: el gen puede atravesar la membrana plasmática y llegar hasta el núcleo
4. Virus: los virus se caracterizan por inyectar su ADN en las células

Aspectos Positivos

• Permite el mejoramiento de ciertas características de plantas y animales
• Permite aumentar la producción
• Mejora la calidad del producto a menor costo
• Permite incorporar antioxidantes y otras moléculas positivas para el organismo
• Permite mayor duración del producto (plantas y frutas)
• Visiblemente atractivos
• Mejora económica para los productores

Aspectos Negativos

• Pueden afectar el metabolismo celular: Una nueva proteína podría producir una alteración en las vías metabólicas de la célula, generándose un conjunto de nuevos compuestos químicos que no se encuentran de manera natural en estos organismos
• Existen proteínas que pueden ser dañinas, como es el caso de los priones, proteínas capaces de desnaturalizar otras proteínas. Los priones son partículas patógenas y transmisibles que producen enfermedades que afectan el SNC, denominadas Encefalopatías Espongiformes Transmisibles
• El impacto que se puede producir sobre el ecosistema, donde grandes extensiones de terreno han sido utilizadas para el cultivo de plantas transgénicas:
  • La modificación de plantas en forma natural
  • La eliminación de plantas sin modificación por la competencia
  • La exposición al ambiente de genes de resistencia que son tomados por bacterias, lo cual permitió el desarrollo de bacterias más resistentes y por tanto más agresivas
  • La contaminación de los terrenos que afecta a la ganadería