4. INGENIERÍA GENÉTICA Y BIOTECNOLOGÍA

La Biotecnología consiste en la utilización de sistema biológicos naturales (microorganismos y células animales y vegetales) para obtener o modificar un producto, mejorar una variedad de especie animal o vegetal, o desarrollar un microorganismo con un propósito específico.

En el pasado estos procesos eran empíricos, es decir, se conocían las técnicas, pero no los fundamentos, y éstas se transmitían de generación en generación. La biotecnología moderna, sin embargo, parte de la comprensión de estos fundamentos para diseñar procesos nuevos en función de sus necesidades.

Actualmente el campo de la Biotecnología se ha ampliado extraordinariamente gracias a la manipulación de genes, la ingeniería genética. En la década de 1970 se inventó la tecnología del ADN recombinante denominada ingeniería genética o clonación molecular que permitió al ser humano diseñar por primera vez moléculas de ADN que no existían en la naturaleza.

La incorporación de la ingeniería genética a la investigación aplicada ha permitido obtener, mediante microorganismos manipulados genéticamente, productos de gran interés para el hombre como la insulina humana, vacunas, etc. Así mismo, la manipulación del genoma de organismos superiores, ha hecho posible la creación de especies animales y vegetales transgénicos para mejorar la producción agrícola y ganadera y la utilización de células madre para el tratamiento y curación de enfermedades humanas.

Clonacion de genes

Clonar un gen consiste en obtener un conjunto de copias de ese gen. La técnica de clonación de genes comprende varias etapas:

1.- Obtención del fragmento de ADN que contiene el gen que se quiere clonar, para lo cual se utilizan enzimas de restricción que son capaces de cortar el ADN en secuencias específicas, como unas tijeras moleculares.

2.- Inserción de dicho gen en una molécula de ADN apropiada, que sirve como vehículo o vector de clonación. Normalmente se utilizan plásmidos, que son pequeñas moléculas circulares de ADN que viven en el interior de las bacterias y que son capaces de replicarse independientemente del cromosoma bacteriano. Para unir el gen al plásmido se utiliza una enzima, la ADN ligasa.

3.- Introducción del vector de clonación con el gen de interés en una célula, la célula hospedadora (una bacteria, por ejemplo), mediante un método llamado transformación.

4.- Multiplicación de la célula hospedadora para obtener un número elevado de las copias del gen

5.- Las bacterias con el gen de interés se cultivan en medios favorables para que se dividan rápidamente y produzcan la proteína ( insulina, por ejemplo) y la secreten al medio, desde donde se puede purificar fácilmente.

Medicamentos obtenidos mediante ingeniería genética

Actualmente, muchos medicamentos, principalmente los de naturaleza proteica se producen por tecnología de ADN en bacterias y levaduras. Anteriormente, tenían que obtenerse de animales o de cadáveres.

Algunos ejemplos son los siguientes:

Insulina humana

La producida en las bacterias es idéntica a la que se produce en el páncreas humano y así se evitan los problemas de alergia que podía provocar la insulina de origen animal.

La hormona de crecimiento

Con ella es trata el enanismo hipofisario, que antes se trataba con hormona extraída de cadáveres.

El factor VIII:

es una proteína presente en la sangre, que interviene en la coagulación y cuya carencia es la causa de la hemofilia. Hasta hace poco se trataba con factor VIII procedente de donantes de sangre.

Las vacunas para las hepatitis A y B

Antibióticos:

con el uso, los antibióticos se hacen menos efectivos y modificando los genes de algunos microorganismos se pueden producir antibióticos más eficaces.

Interferón:

molécula antiviral.

La reacción en cadena de la polimerasa, PCR

Es una técnica, inventada por  Kary B. Mullis en 1986, que permite obtener de manera rápida y eficaz millones de copias de un fragmento de ADN gracias a una reacción en cadena realizada por la enzima polimerasa.

El proceso se realiza en una aparato denominado termociclador, que permite realizar ciclos sucesivos de calentamiento y enfriamiento, en presencia de determinadas enzimas. En cada uno de estos ciclos, el ADN se duplica produciendo una nueva copia.

A partir de una copia que contenga una cantidad mínima de material genético, se pueden obtener grandes cantidades de ADN idéntico al de partida, lo que permite hacer análisis más precisos del mismo.

Las aplicaciones de esta técnica son muy variadas: identificación de microorganismos patógenos (bacterias y virus) en fluidos biológicos, análisis de las alteraciones genéticas, determinación de la huella genética para la identificación de posibles sospechosos, análisis de material biológico presente en restos arqueológicos, detección de  alimentos transgénicos, etc.

Los transgénicos

Aunque el hombre ha realizado durante miles de años una selección artificial de los animales y plantas que le eran útiles, seleccionando las que más ventajas tenían para su uso, actualmente es posible realizar una mejora genética de las mismas introduciendo en una especie genes que no son propios de ella.

Se denominan organismos transgénicos los organismos modificados genéticamente que portan un gen extraño (transgén).

Para lograrlos, se extrae el gen que codifica la proteína de interés de otro organismo, se clona y corta y se recombina con el ADN del organismo que queremos mejorar, de manera que el material genético de éste se ha modificado y presentará las propiedades que interesen.

De esta forma se han obtenido, por ejemplo: bacterias superdegradadoras de manchas de petróleo; bacterias productoras de plásticos biodegradables; plantas con resistencia a insectos productores de plagas, etc.

El uso de estos organismos está sujeto a mucha controversia, ya que puede producir problemas importantes:

-Contaminación genética de las variedades silvestres de estas plantas o de especies emparentadas.

 -Las técnicas de ingeniería genética no permiten aún controlar los efectos que tendrá la inserción de genes extraños en un organismo.

-Los riesgos sanitarios no están todavía suficientemente evaluados.

La terapia génica

Es un procedimiento para tratar algunas enfermedades genéticas mediante tecnología del ADN. Consiste en introducir en las células del paciente un gen normal que sustituya al gen defectuoso. Se pretende que el nuevo gen se integre en el ADN de las células del individuo y sea capaz de producir la proteína que el gen defectuoso no puede producir.

La dificultad que presenta esta técnica es la forma de introducir el gen normal en los pacientes. Se puede utilizar, por ejemplo, un virus inocuo que actúa como vector, introduciendo el gen normal en éste. Después, este virus vector se inyecta en el paciente para que se integre en sus células, que al dividirse, producirán nuevas copias del gen normal, el cual producirá la proteína que el individuo no puede fabricar.

Aplicaciones de la biotecnología

1.- Agricultura

La biotecnología permite avanzar rápidamente en la mejora de los cultivos ya que se pueden elegir los genes que se desea seleccionar e introducir sólo éstos en la planta. Una planta transgénica es aquella cuyo genoma ha sido modificado para introducir genes nuevos o para modificar la función de algún gen propio. Como consecuencia, la planta transgénica manifiesta alguna característica nueva, entre las que podemos destacar:

 -Protección frente a plagas

-Resistencia a herbicidas.

-Producción de alimentos con mejores características o más saludables.

-Mayor tolerancia de los cultivos a condiciones adversas, etc.

2.- Ganadería

Se pueden producir animales transgénicos que produzcan más carne, más leche, mejor lana, etc. Además, se pueden conseguir medicamentos introduciendo genes humanos en determinados animales.

3.- Medio ambiente

La biotecnología puede ayudar a preservar el medio ambiente a través de las siguientes aplicaciones:

 -Tratamiento de aguas residuales mediante bacterias que degradan materia orgánica, nitratos y fosfatos.

  -Eliminación del petróleo para el control de las mareas negras.

  -Eliminación de metales pesados: algunos microorganismos pueden acumularlos en su interior sin sufrir daños, etc.