Ingeniería Genética y sus Aplicaciones
La ingeniería genética, también conocida como metodología del ADN recombinante, es un conjunto de herramientas y métodos que permiten la manipulación in vitro (la edición molecular) del material genético de los organismos vivos. Esta poderosa metodología se sustenta en dos grandes tipos de herramientas celulares: las enzimas que la propia célula utiliza en sus procesos internos para el manejo de su material genético y los vehículos moleculares de clonación de ADN.
Este proceso consta de tres reacciones:
- Desnaturalización: la cadena de ADN se separa en dos hélices utilizando calor a una temperatura entre 90-96° C.
- Hibridación: Posteriormente, a cada una de las dos hebras del ADN desnaturalizado, se le asocia por hibridación un fragmento de ADN sintético de hélice sencilla.
- Polimerización o elongación: La ADN polimerasa completa las cadenas con los nucleótidos complementarios. De manera análoga, se obtienen copias nuevas de las dos hebras de ADN, teniendo como molde las hebras originales. De esta forma, y como resultado de un primer ciclo de amplificación, se obtienen dos dobles hélices idénticas a partir de una doble hélice.
Aplicaciones en Medicina
Insulina Humana Recombinante
Se crearon artificialmente los genes que codifican para las cadenas A y B de la insulina. Estos genes se insertaron en vectores de expresión bacterianos, específicamente en E. coli. Estos vectores contenían también el gen de la β-galactosidasa, una enzima bacteriana, lo que permitió crear proteínas de fusión (insulina-β-galactosidasa). Las bacterias transformadas con estos vectores se cultivaron a gran escala, produciendo grandes cantidades de las proteínas de fusión.
Las proteínas de fusión se extrajeron de las bacterias y se purificaron. Se utilizó bromuro de cianógeno para romper la proteína de fusión en el sitio específico de la metionina, liberando así las cadenas A y B de insulina. Las cadenas A y B purificadas se unieron químicamente en condiciones controladas para formar la molécula de insulina activa.
Hormona de Crecimiento
La proteína recombinante de origen humano que se sintetizó en microorganismos fue la hormona de crecimiento. Esta es una proteína que se utiliza para el tratamiento de problemas de crecimiento y enanismo en niños.
La hormona de crecimiento humana obtenida por técnicas de ADN recombinante en cultivos de E. coli o de células de mamífero, es un medicamento biotecnológico que desde 1985 permite mejorar la velocidad de crecimiento y la estatura final.
Interferón
Un interferón es una sustancia natural que producen los glóbulos blancos y otras células del cuerpo para ayudar al sistema inmunitario a combatir infecciones y enfermedades. También se produce en laboratorios para tratar enfermedades.
El interferón alfa-2b es un medicamento antiviral o antineoplásico que se produce de manera recombinante. Se utiliza para tratar:
- Sarcoma de Kaposi relacionado con el SIDA
- Leucemia de células pilosas
- Ciertos tipos de linfoma folicular
- Melanoma
- Verrugas genitales
Vacunas Recombinantes: Hepatitis B
La producción de vacunas por métodos recombinantes ha dado ya frutos importantes. La vacuna contra la hepatitis B es un ejemplo clave, ya que esta enfermedad es una de las más comunes y la novena causa de mortalidad en todo el mundo. El genoma del virus de la hepatitis B es circular, formado por aproximadamente 3,200 pares de bases. Consiste en ADN que es casi en su totalidad de doble cadena. El genoma está asociado a una proteína que se conoce como el antígeno nuclear (HBcAg), y a la polimerasa (transcriptasa reversa) viral, que es la responsable de replicar el genoma del virus a través de un intermediario de RNA. Esto hizo posible el desarrollo de una vacuna recombinante contra VHB, la primera vacuna basada en la metodología de ADN recombinante autorizada para una enfermedad infecciosa en humanos.
Aplicaciones en la Industria y el Medio Ambiente
Plásticos Biodegradables
Los bioplásticos son una alternativa ecológica a los plásticos tradicionales.
Los bioplásticos se sintetizan generalmente a partir de polímeros de origen biológico (celulosa, almidón, aceites vegetales, etc.) o los formados por polimerización de una molécula básica, como el ácido láctico proveniente de una fuente renovable (maíz) siguiendo la vía fermentativa.
- Origen natural: Se fabrican a partir de materiales de origen biológico como el maíz, la papa o aceites vegetales.
- Producción: Se obtienen mediante procesos de fermentación o polimerización de sustancias naturales.
- Tipos principales:
- PLA (ácido poliláctico): Proviene de la fermentación de azúcares y se usa en empaques y productos desechables.
- PHA (polihidroxialcanoatos): Producido por bacterias, se utiliza en aplicaciones médicas y de ingeniería.
Tratamiento de Residuos Sólidos y Líquidos con Biotecnología
La biotecnología se emplea para tratar tanto residuos sólidos como líquidos, aprovechando la capacidad de los microorganismos para descomponer materia orgánica.
Tratamiento de Residuos Sólidos
Compostaje: Los microorganismos descomponen la materia orgánica de los residuos, transformándola en compost, un abono natural. Este proceso es esencialmente una digestión biológica controlada, donde se manipulan factores como la humedad, la temperatura y la relación carbono-nitrógeno para optimizar la actividad microbiana.
Sistemas de compostaje: Pueden ser simples (pilas al aire libre) o complejos (silos, biorreactores). En ambos casos, es fundamental garantizar la aireación para que los microorganismos puedan realizar su trabajo.
Tratamiento de Aguas Residuales
Digestión anaerobia: Los microorganismos descomponen la materia orgánica en ausencia de oxígeno, produciendo biogás (una mezcla de metano y dióxido de carbono) que puede utilizarse como combustible.
Proceso: Las aguas residuales pasan a través de un lecho de biomasa (microorganismos), donde se produce la digestión. Los sólidos se separan del líquido y del gas, y parte del líquido tratado se recicla al sistema.
Beneficios: Reduce la contaminación del agua, produce energía renovable (biogás) y disminuye la cantidad de lodos que deben ser dispuestos.