1. Organismos Transgénicos
Los organismos transgénicos son organismos modificados genéticamente a los que se les han introducido genes utilizando técnicas de ingeniería genética. Estas técnicas permiten la transferencia de genes de un organismo a otro.
2. Construcción de ADN Recombinante
El ADN recombinante es ADN formado por la unión de fragmentos de ADN de organismos diferentes. Esta técnica permite cortar moléculas de ADN por lugares concretos y unir los fragmentos obtenidos de ADN de distinta procedencia para obtener un transgénico. Las herramientas principales son:
2.1 Enzimas de Restricción
Estas enzimas son específicas y reconocen en el ADN una secuencia de bases determinada llamada sitio de restricción, para luego cortar las dos cadenas de nucleótidos dentro de este sitio. Son como las»tijera» que cortan el ADN.
2.2 ADN Ligasas
Las ADN ligasas son las»pegament» que unen los fragmentos cortados por las enzimas de restricción. Los fragmentos resultantes pueden tener extremos escalonados llamados extremos cohesivos, lo que facilita su unión por la ADN ligasa.
La unión de ADN de distinta procedencia produce una molécula de ADN recombinante, obteniendo así fragmentos de ADN que llevan genes de interés.
3. Clonación del ADN: Vectores de Clonación
La clonación del ADN consiste en la obtención de numerosas copias de un fragmento de ADN determinado o de un gen determinado dentro de un organismo hospedador, comúnmente bacterias. Para introducir el gen se utilizan vectores de clonación, que entran en la célula huésped y se replican.
3.1 Tipos de Vectores
Existen varios tipos de vectores, siendo los más utilizados los plásmidos recombinantes, que contienen un fragmento de ADN insertado por ingeniería genética. Si el plásmido entra en la bacteria y se replica, se obtendrán millones de copias del plásmido recombinante que pueden aislarse. Es importante destacar que todos los vectores llevan genes de clonación y genes marcadores.
3.2 Etapas de la Clonación
- Inserción del ADN a clonar en el vector.
- Aislamiento del ADN y el plásmido.
- Mezcla de fragmentos de ADN con plásmidos.
- Introducción de los plásmidos en las bacterias (transformación).
- Selección de las bacterias que contienen el plásmido recombinante (generalmente utilizando un marcador de resistencia a antibióticos).
4. Agricultura y Medio Ambiente
4.1 Producción de Plantas Transgénicas
El método más común para producir plantas transgénicas es utilizar Agrobacterium tumefaciens, una bacteria del suelo que infecta las células vegetales y les transfiere genes. Esta bacteria posee un plásmido llamado plásmido Ti. Durante la infección, la bacteria transfiere un fragmento del plásmido Ti (llamado ADN-T) que termina integrándose en el cromosoma de la planta.
La producción de plantas transgénicas tiene dos etapas principales:
- Transformación: Se inserta un gen de interés en la región T del plásmido Ti. Para ello, se aisla el plásmido Ti, se inserta el gen de interés en la región T, se introduce el plásmido modificado en la bacteria A. tumefaciens y se deja que infecte las células vegetales. El gen de interés se insertará en el genoma de la planta.
- Regeneración: Después de la transformación, las células vegetales que recibieron el gen de interés se seleccionan empleando antibióticos o herbicidas. Las células que han sobrevivido son las que han sufrido la transformación. Estas células se cultivan in vitro para obtener plantas completas.
4.2 Plantas Resistentes a Herbicidas
Un ejemplo de plantas transgénicas son las plantas tolerantes al herbicida glifosato. Estas plantas contienen el gen epsps de la cepa CP4 de la bacteria del suelo Agrobacterium tumefaciens, que produce una enzima EPSPS que no es inhibida por el glifosato.
La introducción del gen epsps en plantas se realiza de la siguiente manera:
- Se introduce el gen epsps en la región T del plásmido Ti.
- Se infectan células vegetales con la bacteria A. tumefaciens que contiene el plásmido recombinante con el gen epsps resistente al herbicida.
- Se seleccionan las células vegetales transformadas mediante la aplicación del herbicida glifosato. Solo las células que han integrado el gen epsps y producen la enzima resistente sobrevivirán.
- Las células vegetales resistentes se cultivan in vitro para obtener plantas completas tolerantes al glifosato.
El objetivo de la biotecnología agrícola es desarrollar plantas resistentes a herbicidas, plagas, enfermedades, etc., y más productivas, con el fin de mejorar la eficiencia y sostenibilidad de la agricultura.
5. Bacterias Transgénicas: Biorremediación
Ciertos microorganismos se utilizan para eliminar contaminantes del medio ambiente. Los genes de los organismos que eliminan contaminantes se pueden introducir en otros organismos mediante técnicas de ingeniería genética, con el objetivo de mejorar su capacidad de biorremediación. Esta técnica se ha utilizado para eliminar mareas negras, vertidos tóxicos, etc.
Un ejemplo de biorremediación es la eliminación de mareas negras a través de bacterias que digieren los hidrocarburos del petróleo, haciéndolo menos contaminante. También se ha utilizado la biorremediación para eliminar metales pesados o plásticos biodegradables.
6. Ingeniería Genética y Medicina: Obtención de Insulina
La insulina fue la primera proteína obtenida por ingeniería genética. Esta hormona está formada por dos cadenas polipeptídicas, la cadena A y la cadena B, que son necesarias para su función. Para producir insulina humana en bacterias, se sintetizaron químicamente las dos cadenas de ADN que codifican para las cadenas A y B de la insulina. Estos genes se insertaron por separado en plásmidos, obteniendo plásmidos recombinantes que se introdujeron en cepas distintas de la bacteria Escherichia coli.
En E. coli, cada cadena de la insulina se produce como una proteína de fusión, que es más estable en la bacteria. Estas proteínas de fusión se procesan posteriormente para separar de ellas los polipéptidos A y B. Finalmente, en el laboratorio, las cadenas A y B purificadas se unen para obtener insulina activa.