El ADN

Estructura del ADN: Una Espiral Especial

El ADN es una gran molécula formada por la unión de moléculas más sencillas llamadas nucleótidos. Los nucleótidos están compuestos a su vez por tres tipos de componentes químicos:

• Una molécula de ácido fosfórico.
• Una pentosa, un hidrato de carbono de cinco átomos de carbono denominado desoxirribosa.
• Una base nitrogenada que puede ser adenina, guanina, citosina o timina.

El ADN está constituido por dos largas cadenas enrolladas en una doble hélice. Las dos cadenas son complementarias químicamente. Esto se debe a la disposición de las bases nitrogenadas, unidas y enfrentadas en la parte interna de la doble hélice. La adenina de una cadena solo se une a la timina de la otra por medio de un doble enlace de puentes de hidrógeno, y la citosina de una cadena solo se une a la guanina de la otra mediante un triple enlace de puentes de hidrógeno. La unión específica de unas bases nitrogenadas con otras se denomina par de bases.

• El ADN de los virus está formado por una molécula lineal o circular encerrada en una cubierta proteica denominada cápsida.
• El ADN de las células procariotas, y también de las mitocondrias y de los cloroplastos de las células eucariotas, es una doble hélice circular.
• En el interior del núcleo de las células eucariotas, el ADN está asociado, generalmente, a unas proteínas especiales llamadas histonas, formando la cromatina.

Replicación del ADN

El ADN es la única molécula en los seres vivos que puede hacer una copia exacta de sí misma, es decir, replicarse. Tanto en procariotas como en eucariotas, la replicación del ADN sucede justo antes de la división celular. Esto significa que las células hijas heredan la misma dotación genética que la célula madre. Así, la información genética se transmite de generación en generación.

En la replicación de la molécula de ADN, la doble hélice se libera de las histonas y se abre como una cremallera, de manera que cada una de las hebras de ADN sirve como molde para que se sintetice su cadena complementaria. A partir de un punto determinado, las ADN polimerasas van uniendo uno a uno los nucleótidos. De este modo, se forma una nueva cadena que es complementaria a la que le sirvió de molde e idéntica a la cadena que previamente estaba unida a la misma. Al final del proceso, habrá dos moléculas de ADN bicatenario.

Durante la replicación del ADN se producen errores que dan lugar a mutaciones. La mayoría de ellas no tiene consecuencias; otras originan ciertos tipos de enfermedades y procesos degenerativos y malignos, como el cáncer; y otras son las responsables, junto con la selección natural, del proceso evolutivo.

La transcendencia de la complementariedad de bases es extraordinaria. Por un lado, permite copiar exactamente las cadenas de ADN de una célula madre a una célula hija y, por otro, esta propiedad es la base de gran parte de las actuales técnicas de biología molecular.

Transcripción y Traducción del ADN

Las proteínas son moléculas de gran tamaño que se forman por la unión de otras más sencillas, los aminoácidos. Cada proteína se caracteriza por la estructura que adopta en el espacio y por su secuencia. Las funciones que desempeñan son muy diversas: algunas forman estructuras, como los músculos o las uñas; otras regulan y coordinan las funciones de los distintos órganos. Las proteínas son las moléculas responsables de la actividad biológica y las que confieren a cada individuo su especificidad.

La transcripción es un proceso que ocurre dentro del núcleo celular; es la capacidad que posee el ADN de codificar al ARN mediante una de sus cadenas de nucleótidos.

La traducción es el proceso en el que, cuando el ARNm se une a un ribosoma, este lee y traduce el mensaje cifrado que utilizará para sintetizar una proteína.

Biotecnología: Un Conjunto de Tecnologías

La biotecnología moderna implica la manipulación deliberada de material genético (ADN) de los organismos vivos con el fin de fabricar o modificar un producto, mejorar animales o plantas, o desarrollar microorganismos con capacidades determinadas para usos específicos. El progreso de la biotecnología moderna ha requerido numerosos estudios que podemos destacar:

• La tecnología del ADN recombinante.
• Las técnicas de ingeniería genética.
• Las técnicas de clonación celular.
• Las técnicas de cultivo de células y tejidos.

Tecnología del ADN Recombinante

La tecnología del ADN recombinante comprende una serie de técnicas que permiten manipular el ADN. Además, incluye las técnicas necesarias con las que se puede insertar un fragmento de ADN que proviene de un organismo donante en otras moléculas de ADN llamadas vector. Se obtiene una molécula de ADN con una nueva combinación.

El ADN recombinante es cualquier molécula de ADN formada por la unión de segmentos de ADN de origen diferente.

Las enzimas celulares son un tipo de proteínas que han sido identificadas y purificadas por los científicos para usarlas en los laboratorios.

• Las enzimas de restricción son sintetizadas por las bacterias para proteger su ADN de un ADN invasor.
• Las ligasas son enzimas que unen distintos fragmentos de ADN pegando sus extremos.

La electroforesis en gel de agarosa separa una mezcla de moléculas de ADN en bandas, cada una de ellas formada por miles de moléculas de ADN de la misma longitud.

La huella génica es una técnica que permite obtener el patrón de bandas característico y exclusivo del ADN de cualquier organismo.

La hibridación del ADN es el proceso en el que dos hebras de ADN de cadena sencilla, con una secuencia de bases complementaria, se unen para originar una molécula de ADN de cadena doble correctamente apareada.

Una sonda de ADN es un fragmento artificial de ADN de cadena sencilla marcada con radiactividad.

Los biochips son láminas de vidrio donde se fija, en cada una de sus microscópicas celdillas, una cantidad ínfima de fragmentos de ADN. La tecnología de los biochips se utiliza para:

• Detectar mutaciones.
• Controlar la expresión de los genes.
• Diagnosticar enfermedades infecciosas.
• Personalizar el tratamiento con medicamentos.
• Sugerir nuevas técnicas diagnósticas o terapias.

Clonación del ADN

Consiste en la obtención de miles de millones de copias idénticas de dicho fragmento.

Un vector de clonación es una molécula de ADN pequeña capaz de entrar en una bacteria y de autorreplicarse dentro de ella. El método de clonación es el siguiente:

1. El plásmido y el ADN que se quiere clonar se cortan con la misma enzima de restricción. Con los plásmidos cortados y los fragmentos de ADN se obtienen plásmidos recombinantes, que se incuban con un cultivo de bacterias en las condiciones adecuadas para que cada una de ellas incorpore solamente un plásmido recombinante. Este proceso se llama transformación.
2. Como los plásmidos llevan un gen que les confiere resistencia a un antibiótico, las bacterias transformadas pueden ser seleccionadas colocándolas en placas de cultivo en un medio que contiene el antibiótico.
3. Cada colonia de bacterias transformadas se aísla y se mantiene en condiciones de crecimiento. A medida que las bacterias se duplican, también se duplica el número de plásmidos recombinantes y los fragmentos de ADN que llevan insertados.

El PCR es una herramienta utilizada rutinariamente para amplificar segmentos de ADN a partir de una extensa diversidad de fuentes con el fin de realizar un diagnóstico prenatal de enfermedades genéticas. Es una reacción en cadena que origina millones de copias de un segmento específico de ADN mediante la repetición de múltiples ciclos de replicación del ADN in vitro.

Técnicas de Ingeniería Genética

Son un conjunto de procedimientos que permiten la manipulación del ADN. Mediante la ingeniería genética se puede transferir genes entre especies distintas, es decir, de un organismo a cualquier otro.

Los organismos genéticamente modificados (OGM) son organismos que contienen un gen procedente de otro organismo o transgén.

Microorganismos Genéticamente Modificados

1. Mejora del medio ambiente. Se pueden emplear para limpiar el medio ambiente. La utilización de microorganismos para eliminar la contaminación ambiental se llama biorremediación. Una de sus aplicaciones es la eliminación de las mareas negras. Se han creado bacterias capaces de vivir en presencia de metales pesados y eliminarlos de los ecosistemas mediante diversas reacciones químicas. Los plásticos biodegradables pueden producirse y ser descompuestos por ciertas bacterias.

2. Productos industriales, farmacéuticos y médicos. Las enzimas son proteínas que hacen posibles los procesos de degradación de sustancias. Los antibióticos son sustancias que se usan para detener el crecimiento de las bacterias.

Alimentos Transgénicos

Son aquellos que han sido elaborados a partir de materias primas que contienen OGM o que contienen algún aditivo o ingrediente que proviene de un OGM.

Animales Transgénicos

Son aquellos que poseen un gen que no les pertenece. El transgén, obtenido mediante la tecnología del ADN, se inserta en el ADN del animal hospedador mediante diferentes mecanismos. Las aplicaciones son variadas:

1. Aumentar la resistencia a enfermedades y mejorar la producción animal.
2. Diseñar animales knockout.
3. Fabricar órganos de animales para trasplantes.
4. Crear granjas farmacéuticas.

Plantas Transgénicas

Las plantas transgénicas contienen uno o más genes que han sido insertados de forma artificial en lugar de que la planta los adquiera mediante polinización. Para introducir nuevos genes en una planta se pueden utilizar diferentes procedimientos. Uno de ellos es usar un plásmido llamado plásmido Ti, que es un vector natural presente en la bacteria del suelo. Se puede conseguir plantas transgénicas con fines muy diferentes:

1. Resistencia contra herbicidas o plagas.
2. Resistencia a las heladas, las sequías o al exceso de acidez y salinidad del suelo.
3. Retrasar la maduración.
4. Mejorar el valor nutritivo de las plantas empleadas en agricultura.
5. Producir sustancias de interés farmacológico.

Terapia Génica

Tiene como objetivo tratar, curar y prevenir enfermedades producidas por un solo gen defectuoso, introduciendo en el paciente un gen terapéutico o funcional.

Tipos de Terapia Génica

Terapia génica somática. Con ella se intenta corregir una enfermedad tratando algunas células del cuerpo de la persona enferma, de modo que la existencia de unas cuantas células transgénicas puede ser bastante para disminuir los síntomas de la enfermedad.

Terapia génica de la línea germinal. Consiste en introducir células transgénicas en un óvulo fecundado, de modo que cualquier gen terapéutico formará parte del código genético de todas las células del cuerpo, incluidas las de la línea germinal futura.

Clonación Reproductiva

Es una técnica que permite crear clones de animales.

Células Madre

Son aquellas células capaces de dividirse indefinidamente, produciendo nuevas células madre, y tienen la capacidad de diferenciarse en otros tipos de células, formando órganos para trasplantes.

Tipos de Células Madre

1. Según el grado de desarrollo y diferenciación:

• Células totipotentes. Son células embrionarias que vienen de la mórula. A partir de estas células se forma un individuo completo. Estas células aún no se utilizan.
• Células madre pluripotentes. Son células embrionarias que provienen de la blástula. Estas células madre dan lugar a todos los tipos celulares de un individuo.
• Células madre multipotentes. Son células que se encuentran en los tejidos adultos. Son células que dan lugar a otras células. Se utilizan para salvar vidas; se encuentran en el cordón umbilical, en el cerebro, etc.

2. Según su origen:

• Células madre embrionarias. Son células que proceden de un embrión; se pueden obtener de embriones clonados o embriones congelados. Dos tipos: C.M. totipotentes (se obtienen de la mórula) y C.M. pluripotentes (se obtienen de la blástula).
• Células madre germinales. Se localizan en los testículos y los ovarios. Se extraen las células y se transforman en células madre pluripotentes, es decir, a través de esas células madre podemos obtener varios tipos de células madre.
• Células madre adultas. Son células multipotentes, capaces de originar muchos tipos de células, pero no todas.
• Células madre de pluripotencialidad inducida. Descubiertas en 2007, son células embrionarias que se obtienen mediante la piel, pluripotentes, capaces de diferenciarse en 200 C.M.

El Genoma Humano

El genoma humano es el conjunto de todos los genes que posee nuestra especie, distribuidos entre los 23 pares de cromosomas que tenemos en nuestras células.