1. Evolución del concepto de gen

El concepto de gen ha evolucionado a lo largo del tiempo. Inicialmente, se definió como la unidad genética responsable de la transmisión de un carácter. Posteriormente, se propuso la teoría de «un gen-una enzima», que establecía que un gen contiene la información para sintetizar una enzima específica. Más tarde, se definió como la unidad estructural y funcional del cromosoma. Sin embargo, la unidad estructural básica es el nucleótido. La definición actual de gen es un segmento de ADN o ARN (en virus) con información para la síntesis de una cadena polipeptídica o de una cadena de ARN. En virus y procariotas, existen genes solapados, donde una secuencia de nucleótidos forma parte de más de un gen.

2. El ADN de las eucariotas

El ADN de las eucariotas se puede clasificar en tres tipos:

1) ADN altamente repetitivo

Son secuencias cortas que se repiten muchas veces de forma consecutiva. Se encuentran en las constricciones, telómeros y centrómeros, zonas que no se transcriben. Su origen puede ser viral o a partir de transposones. Representa aproximadamente el 10% del ADN.

2) ADN moderadamente repetitivo

Representa alrededor del 20% del ADN. Son secuencias más largas que presentan entre 10 y 1000 repeticiones. No son secuencias consecutivas e intervienen en la síntesis de histonas, ARN ribosómico y ARN de transferencia.

3) ADN simple o no repetitivo

Constituye el 70% del ADN e informa para la transcripción del ARN mensajero. Cada gen tiene información para una enzima, aunque en ocasiones algunas secuencias se repiten con pequeñas variaciones, como proteínas para distintos tejidos que se adaptan a variaciones. También existen secuencias inservibles (pseudogenes).

3. Ingeniería genética

La ingeniería genética es una técnica que permite transferir ADN de un individuo a otro. El ADN del primer individuo se denomina ADN receptor, mientras que el del segundo se llama ADN extraño o pasajero. Su mezcla, gracias a un vector (plásmidos y virus), da lugar al ADN recombinante.

A) Inserción de genes

Se produce en un vector. Para llevarla a cabo, se cortan las moléculas de ADN con la misma enzima de restricción, generando cadenas simétricas y complementarias. Luego, se inserta la cadena pasajera en la receptora. No se puede insertar ADN de una célula eucariota (con intrones y exones) en ADN de células procariotas. En este caso, se aísla ARN mensajero maduro de la célula eucariota, obteniendo una hebra de ADN sin intrones (gracias a la transcriptasa inversa de origen viral). También se puede obtener ADN a partir de secuencias de aminoácidos.

B) Plásmidos y virus

Su función es transportar los genes. Los plásmidos son moléculas pequeñas y circulares presentes en el citoplasma de bacterias que no se integran en el cromosoma bacteriano y se duplican. En un plásmido se inserta ADN pasajero. Después, se produce la lisis de la bacteria, liberando el plásmido al medio. Al aumentar la permeabilidad de la membrana de otra bacteria, el plásmido puede entrar en ella, proceso conocido como transformación. Una bacteria parasita de vegetales con plásmido Ti se integra en un gen pasajero. Luego, un segmento T del plásmido Ti consigue entrar en la célula vegetal y se puede integrar en algún cromosoma de la célula vegetal.

Los virus son parásitos que al entrar en una célula, la matan para realizar funciones vitales. Son un ácido nucleico rodeado por una cápside proteica. Si afectan a una bacteria, se lleva a cabo el ciclo lítico, en el cual el virus utiliza la materia de la bacteria y destruye su ADN. Después, sintetiza su propio ADN y su cápside, y luego rodea el ADN con la cápside (se forman nuevos virus). A veces, un fragmento de ADN bacteriano queda dentro de una cápside. Cuando este virus infecta a otra bacteria, incorpora el ADN de la anterior, que luego se reproduce y duplica ese ADN (clonación). El proceso se denomina transducción (cuando el gen se introduce en una bacteria con un virus como vector).

4. Ingeniería genética y la terapia de enfermedades humanas

La terapia génica puede ser somática (si los genes se introducen en células somáticas) o germinal (si se introducen en células gaméticas). Cuando se introducen genes en bacterias, estas sintetizan una sustancia como la insulina, la hormona del crecimiento o el interferón. También se ha intentado introducir genes en células humanas. La talasemia es una enfermedad genética por la cual no se sintetiza hemoglobina adecuada. Para combatirla, se cambia el gen en las células de la médula ósea roja, que son las que forman los glóbulos rojos. Tras introducirse en la sangre, se espera que se fijen de nuevo a la médula y formen glóbulos rojos con la hemoglobina correcta, pero sin éxito. También se está intentando remediar la enfermedad de los niños burbuja.

5. La ingeniería genética y la producción agrícola y animal

La ingeniería genética ha logrado el desarrollo de animales y vegetales transgénicos. Por ejemplo, maíz resistente a heladas, tomates, y los genes nif que posibilitan la fijación de N2 atmosférico. En producción animal, se ha aplicado sobre todo en peces, que tienen una reproducción externa, consiguiendo mayor tamaño y resistencia al frío.

6. El cáncer: una enfermedad genética

El cáncer es una enfermedad que consiste en una multiplicación acelerada de ciertas células alteradas, que forman tumores. Algunas células se escapan por el torrente sanguíneo y colonizan otros puntos, lo que se denomina metástasis. Los oncogenes son protooncogenes que se alteran haciendo que una célula animal se convierta en célula cancerosa. Además, los anti-oncogenes pueden provocar la transformación de la célula. Los virus oncogénicos alteran el ciclo celular y provocan cáncer en los humanos, pero no ocurre por transducción. Productos químicos y radiaciones son otras causas del cáncer, pero no producen la enfermedad directamente, sino que favorecen la formación y acumulación de proteínas que alteran el ciclo vital celular. Cuando las células producen anticuerpos específicos para vencer el cáncer, se denominan anticuerpos monoclonales. Además, existen sustancias anticancerígenas que actúan en la reparación del ADN.

7. El proyecto genoma humano

Consiste en conocer la secuencia de los nucleótidos del ADN. Cuando se conoce, se puede saber cuál es la alteración que tiene una persona para poder realizar terapia génica. También puede servir para saber más acerca de la evolución. Se conoce prácticamente el 90%, pero falta saber dónde están los genes, cómo actúan y cómo se reparten.