La Revolución Genética: Descifrando los Secretos de la Vida

4.1. Introducción: De Moléculas a Seres Vivos

En la Tierra primitiva, las moléculas se agruparon en cúmulos de materia capaces de autorreplicarse, moverse, correr, volar, emitir sonidos, alimentarse, interactuar e incluso desarrollar procesos cognitivos.

4.1.1. La Herencia de Caracteres

En el mundo actual, diferenciamos dos tipos de entidades formadas por los mismos átomos y moléculas: los seres vivos, capaces de reproducirse, y los seres inertes, que no pueden hacerlo. ¿Cuál es el mecanismo que permite a los hijos heredar las características de los padres? Esto es posible porque la información sobre cómo son y de qué están hechos se almacena y se transmite de generación en generación.

Intentaremos aclarar de qué manera se transmite, dónde se almacena, en qué moléculas y cómo se utiliza esta información.

4.1.2. La Evolución de los Seres Vivos

Los seres vivos hacen copias «casi» idénticas de sí mismos, siendo esta la clave de la diversidad y la que hace posible su adaptación a diversos ambientes, y es la base de su evolución.

Según Darwin, «la continua competencia de las especies por los recursos del medio es la que selecciona sus características».

4.2. Mendel: La Clave Está en los Genes

El mecanismo propuesto por Darwin para explicar la selección natural no resultó del todo convincente. Él suponía que, en los seres vivos con reproducción sexual, los caracteres se mezclaban en los hijos, lo que supondría una contradicción, ya que esto homogeneizaría las poblaciones, acabando a la larga con la diversidad, sin la cual no existiría la selección natural.

Fue Gregorio Mendel (1822-1884) quien demostró que las «unidades de la herencia» determinan que los caracteres no se mezclan, es decir, no pierden su individualidad. Los genes son las unidades de la herencia de Mendel.

4.2.1. Los Genes: Factores Hereditarios

Mendel llegó a la conclusión de que los factores hereditarios mantienen su individualidad a lo largo de las generaciones. Para cada carácter, hay dos versiones del gen, a las que llamamos alelos, una procedente del padre y otra de la madre. Cuando solo se manifiesta la versión de uno de los parentales, a este lo llamamos dominante, mientras que al otro, que permanece oculto, se le denomina recesivo.

Lo que determina los caracteres fue denominado «factor hereditario» por Mendel. En 1909, este factor hereditario se denominó gen por Wilhelm Johannsen (1857-1927). Se considera gen a la unidad de información hereditaria, es decir, lo que controla un determinado carácter.

Una vez postulada la existencia del gen, faltaba averiguar dónde se encuentra, de qué está hecho y cómo funciona.

4.3. Cromosomas y Material Genético

4.3.1. Cromatina y Cromosomas

En 1882, Walther Flemming descubrió en los núcleos de las células una sustancia coloreada a la que llamó cromatina. Durante los procesos de división celular, esta sustancia se condensa formando filamentos a los que se denominó cromosomas.

4.3.2. Fecundación y Dotación Genética

Walter Sutton observó que, en las células sexuales del saltamontes, los cromosomas aparecían en un solo juego, mientras que en el resto de las células aparecían en dos.

En el ser humano, en las células somáticas aparecen 22 parejas de cromosomas más los cromosomas sexuales (46), mientras que en los gametos aparecen 22 cromosomas más un cromosoma sexual (23). ¿Por qué las células reproductoras poseen la mitad del número de cromosomas que el resto de las células?

4.4. Estructura y Replicación del ADN

Los genes son trozos de cromosomas que poseen la información necesaria para sintetizar una proteína. El ADN está constituido por unas unidades denominadas nucleótidos, formados a su vez por una base nitrogenada, ácido fosfórico y un azúcar (una pentosa).

4.4.1. El ADN de Doble Hélice

Siempre se ha tenido la necesidad de conocer cómo los seres vivos logran hacer copias de sí mismos y pasar así a la siguiente generación. La clave, para muchos investigadores, está en la estructura tridimensional de la molécula de ADN.

La solución la aportaron Watson y Crick, que estudiaron los datos obtenidos por dos vías diferentes:

 
– La primera las radiografías realizadas por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, que sugerían que la molécula de ADN estaba constituida por una hélice y algunas dimensiones claves para los estudios.
– La segunda las leyes de Edwin Chargaff que decían que en cualquier ADN el contenido de sus componentes sigue determinadas normas: 
   -el contenido de adenina (A) es el mismo que el de Timina (T).

   -el contenido de citocina (C)es el mosmo que el de guanina (G). 
Watson y Crick propusieron el modelo de la doble hélice autoensamblante que se ajustaba a todas las evidencia experimentales. El apareamiento de las bases sugiere un mecanismo para la replicación del material genético.
4.4.2.- Duplicación del ADN
Actualmente sabemos que los genes se copian duplicando la molécula de ADN. Esta molécula se abre y se dividen en dos, de manera que cada hebra sirve de molde para la nueva cadena. 
Esta duplicación se consigue gracias al apareamiento selectivo de las bases A-T y C-G. Esta es la clave del proceso de copia del gen y se transmite el mensaje genético de padres a hijos.
4.4.3.- ¿Para qué sirven los genes?
Las proteinas estan formadas por una secuencia de moléculas más sencillas denominadas aminoacidos, de los que se pueden diferenciar 20 diferentes.
El código genético es el conjunto de instrucciones que sirven para fabricar proteinas a partir del orden o la secuencia de los nucleótidos que forman el ADN . Este código determina que cada grupo de tres nucleótidos codifiquen un aminoacido.
La formació de copias inexactas o mutantes son la base de la evolución . Los seres actuales son el resultado de la
acumulación selectiva de una gran cantidad de mutaciones. 
El aDN de cada persona es específico y las proteinas que codifican también lo son y eso justifica la existencia del rechazo de los trasplantes

-Los genes almacenan la información hereditaria

-Fabrican proteinas

4.5.1.- Dogma central de la biología molecular
La síntesis de las proteínas tiene lugar en los ribosomas, que se encuentran en el citoplasma de la célula. En las células que presentan núcleo, El ADN no pueden realizar la síntesis de proteinas de forma directa
se consideró la idea de que debería haber una molécula que actuase de intermediaria para llevar la información desde el ADN del núcleo hasta los ribosomas. Se propuso la hipótesis de que debería ser una molécula de ARN la que estuviese implicada en la síntesis de las proteínas, pero no se tenía suficientemente claro en qué consistía. 4.6.- El genoma humano
4.6.1.- La secuencia del ADN: no todo el ADN codifica
Una vez conocido el papel del ARN en la síntesis de las proteínas, el siguiente paso es leer la totalidad del ADN. El genoma de un organismo es el cotIjunto de toda la informació  genética de un organismo. En 2003 se publicó la scuencia completa del genoma humano.
En el hombre hay 23.000 genes, que solo representan el 2% del genoma. La secuencia de muchos genes está interrumpida por secuencias extras de ADN que no tiene información para generar proteinas, y se denominan intrones Ese 98% restante está formado por intrones, ARN y ADN basura.
En el ADN podemos diferenciar:
• Conjuntos de nucleótidos que forman parte de los genes: exones e intrones.
– Exón es la porción de ADN dentro de un gen con información para codificar una proteína.
-Intrón es la porción de ADN dentro de un gen sin información para codificar una proteína
• ADN basura que no pertenece a ningún gen, formando la mayor parte del mismo. No se conoce exactamente
la función que realiza.
4.6.2.- Genoma y complejidad
Sabemos que el genoma de la mosca del vinagre tiene 14.000 genes y el del trigo 100.000, de lo que deducimos que el tamaño del genoma no corresponde complejidad del individuo. Es decir, los individuos con más genes no tiene que ser necesariamente más complejos.
La genomica es la parte de la biología que se ençarga del estudío de los genomas. Se emplea en el estudio de enfermedades complejas como el cáncer o el alcoholismo, ya que estan determinadas por la acción conjunta de poligenes.
El número de proteínas codificadas por los genes, unas 100.000, es superior al número de genes, unos 23.000, por lo que algunos genes deben codificar más de una proteína. La proteómica se encarga de estudiar todas las proteínas codificadas por el genoma.
4.7.- Genética del desarrollo
La genética del desarrollo ha hecho posible descifrar las reglas que rigen el desarrollo de los organismos

Dos investigadores españoles , García – Bellido y Morata han contribuido a sentar las bases de la genética en el campo del desarrollo de los organismos. Uno de sus descubrimientos se basa en demostrar que los animales se construyen de forma modular: descubriendo territorios o compartimentos en los que se expresa un determinado gen (genes selectores( de manera exclusiva durante el desarrollo. 
determinado gen (genes selectores) de manera exclusiva durante el desarrollo.
El desarrollo de un organismo supone que una celula inicial se multiplica (proliferación) y luego las celulas hijas se especializan hasta fotmar los diferentes tejidos (diferenciación)

• La proliferación necesita de la división de las células y por lo tanto de la replicación de s genoma.
• La diferenciación requiere la regulación de la expresión del genoma, para que se expresen unos u otros genes (expresión diferencial)
Es fundamental en medicina saber como programar una célula para que se transforme en uno u otro tipo. Cuando se conozca esto , con una sola célula se podrá regenerar cualquier parte del cuerpo para ser transplantada.

4.8.- La epigenética
Sabemos que hay características heredables que no son debidas a la secuencia de ADN. Hay
información que se transmite por un código denominado epigenético.
La epigenética es la ciencia que estudia qué características e un individuo no están determinadas por
la secuencia de nucleótidos del ADN.
•Por ejemplo, a la hora de transmitir la secuencia de “letras”( inicial e las bases nitrogenadas) del ADN,
influye el enrollamiento de la cromatina del núcleo. Si un trozo está muy enrollado posiblemente se inhiba la
síntesis de algunas proteínas.
• También algunas moléculas se adhieren a los átomos del ADN, esto hace que se inhiba la expresión de
algunos genes influyendo en la formación de determinadas proteínas.algunos genes influyendo en la formación de determinadas proteínas.
• Tenemos que tener en cuenta que en el citoplasma de la célula existen proteínas y otras moléculas que también influyen en la síntesis de proteínas que tiene lugar en los ribosomas.
Ciertos tipos de cánceres están relacionados con este código epigenético. Existen fármacos llamados epigenéticos, cuyo objetivo es invertir los cambios del epigenoma que se producen en el desarrollo de ciertas formas de cáncer de mamas o determinados tipos de leucemias.
4.9.- Manipulando los genes uno auno: biotecnología
El invento de la tecnología y de sistemas antigénicos como la medicina salvan genotipos que de forma natural no existiría
En 1.972 con el desarrollo de la biología molecular se comenzó a entender como se regulaban los genes, ya que hasta entonces sólo se limitaban a la observación.
Con la invención del ADN recombinante se desarrolló una técnica denominada ingeniería genética o clonación molecular, que le permitió al hombre desarrollar moléculas de ADN que no existían en la Naturaleza.. 4.9.1- Herramientas de la biotecnología
La biotecnología cuenta con las siguientes herramientas:
• Para cortar. Las enzimas de restricción. Son capaces de cortar el ADN en puntos específicos. Son como las tijeras moleculares.
• Para pegar. las ADN ligasa.Permite unir fragmentos de ADN que han sido cortados por otras enzimas
• Para copiar. Los plasmidos. Son pequeñas moléculas circulares de ADN con capacidad para replicarse, que se encuentran en el interior de una bacteria. Se usan como vehículos o como vectores en la ingenieria genética.
• Finalmente se descubrió un método para introducir plásmidos en el interior de Echerichia coli, denominado transformación.
4.9.2.- Biotecnología : fabricación de proteínas

4.9.2.- Biotecnología : fabricación de proteínas

4.9.2.-Biotecnología: Fabricación de proteinas  En 1.975 nació una nueva industria “la biotecnología”, como resultado de aplicar la ciencia de la ingeniera genética a la obtención de productos comerciales. A partir de aquí el estudio del ADN no solo interesó a los científicos, sino también a la industria ya que ello suponía un importante aporte económico.
El primer producto que se obtuvo y se comercializó, en esta época, fue la insulina humana, conocida comercialmente como humulina, esto permitió suprimir el uso de la insulina de cerdo o de vaca en los diabéticos.

En la industria farmacéutica se emplean otras proteínas recombinantes como : 
• Interferón humano: para el tratamiento de la esclerosis múltiple.
• Hormona del crecimiento: para tratar el enanismo hipofisiario, que antes se trataba con hormonas extraídas de los cadáveres. 
• La ADN polimerasa I: para el tratamiento de la fibrosis quística
• Vacunas basadas en proteínas recombinantes: como la de la hepatitis B
• En la industria alimentaría :
    – La quimosina: para la elaboración de quesos duros .
   – La somatotropina bovina y la hormona del crecimiento bovina: para estimula la producción de leche  de las vacas.
• En la industria de los detergentes:
– La lipolasa enzima eficiente con la suciedad
– La subtilisina : resistente a la lejía y a las altas temperaturas.
4.9.3.- La reacción en cadena de la polimerasa, PCR
Es una técnica que juega un papel fundamental en el desarrollo de la genética. Esta técnica fue desarrollada por Kary B. Mullis y permite obtener gran  cantidad de ADN a partir de una muestra pequeña.
4.9.4.- Biotecnología: los transgénicos
La selección de los seres vivos se ha hecho durante toda la vida del hombre, para obtener un mayor rendimiento. Es lo que se ha llamado selección artificial. En la actualidad la biotecnología nos permite obtener variaciones más rentables mediante técnicas de mejora genética, introduciendo genes que no son propios de su especie.
Según la Organización Mundial de la Salud, se denominan organismos transgénicos a los organismos modificado genéticamente que portan un gen extraño (transgén)
Con estas técnicas se han obtenido:
• Bacterias superdegradadoras de manchas de petróleo
• Bacterias productoras de plásticos biodegradables
• Plantas resistentes a las plagas
Mediante la biotecnología podemos introducir material genético gen a gen, lo que permite conseguir alimentos más baratos y nutritivos.

Estos organismos deben ser manipulados con mucho cuidado, ya que pueden acarrear graves problemas, ya que en ocasiones no podemos controlar sus efectos.

4.9.5.- Biotecnología : células madre y clonación
Una de las técnicas de biotecnología está encaminada para la obtención de células madre.
Las células madre, son células no diferenciadas con capacidad para convertirse en células de otros tejidos: como células cardiacas, epiteliales, etc.
La importancia de esta técnica radica en la posibilidad de obtener tejidos y en el futuro órganos con la misma dotación cromosómica, evitando de esta manera el problema del rechazo.
Se denominan células madre porque de ellas se pueden obtener todas las células del cuerpo humano, como ocurre en las células embrionarias, de las que surgen las demás células del cuerpo.
Existen distintos tipos de células madre:
• Células madre embrionarias.: que proviene de embriones excedentes de la fertilización in vitro. Su uso plantea problemas éticos
• Células madre provenientes del cordón umbilical o de adultos: no plantea problemas éticos.
• Células madres inducidas: se obtiene de células adultas de la piel. Fueron descubiertas por James Thomson en el 2007, con el fin de transformarlas en neuronas o células pancreáticas
¿Por qué se usan los virus?
Los virus tienen una gran capacidad para infectar a las células introduciendo en ellas su material genético dañino. Si sustituimos el material genético del virus por el que nosotros queremos, transformamos el virus en un mensajero.

4.9.6.- Biotecnología : terapia genética
Mediante la biotecnología se ha podido desarrollar una nueva técnica medica, la medicina molecular, que desarrolla la denominada terapia génica, encaminada a lograr curas en las enfermedades hereditarias.

Esta terapia consiste en la inclusión de genes en el cuerpo del paciente con el fin de solucionardeficiencias en su genoma, de manera que el gen sano sustituye al gen defectuoso..
Esta terapia puede realizarse “in vivo” o “ex vivo”.

4.9.7.- Identificación genética
La ingenieria genética también llega hasta las medicina forense, ya que ha creado técnicas para la identificación de delincuentes, basadas en las huellas genéticas. Esta técnica compara regiones del genoma cuya secuencia es imposible que se repita salvo el caso de gemelos idéntico. También se emplea en las pruebas de paternidad, identificación de cadáveres etc.