Biotecnología e ingeniería genética

Hoy he decidido hablar de la biotecnología que en los últimos años se está desarrollando mucho y  va a estar muy presente en un futuro no muy lejano. Hoy en día estamos muy familiarizados con parte de la biotecnología, sobre todo con los alimentos transgénicos, que cada vez se están utilizando más y en la actualidad es tema de debate ¿los alimentos transgénicos son buenos o malos? Sin lugar a dudas este debate puede durar horas, días e incluso semanas y sería muy difícil llegar a una conclusión, pero a mi parecer esta ciencia se debe desarrollar y potenciar porque ¿acaso no resultaría impresionante que los medicamentos ya no circulen por todo tu cuerpo sino que vayan directamente al lugar deseado a modo de taxi? Bueno comencemos por el principio, antes de meternos en estas aplicaciones que nos dejarían atónitos.

Microinyección

 Desde que el trabajo de Mendel fue redescubierto en el siglo XX, los genetistas han logrado avances sorprendentes que nos han conducido hasta la presente era de la tecnología del ADN recombinante. La biotecnología es el conjunto de técnicas mediante las cuales se obtienen productos útiles para las personas a partir de seres vivos, sus partes o productos. Desde hace muchísimos años la biotecnología ya se utilizaba, cuando se seleccionaban algunas plantas para su cultivo o animales para domesticarlos. Otros procesos muy antiguos son la obtención de alimentos como la cerveza, el vino o el queso.

La ingeniería genética es un nuevo campo de la Biología aplicada, nacido de la manipulación del DNA, que tiene como objetivo alterar el genoma de un ser vivo. Estos cambios consisten básicamente en:

-          Introducir nuevos genes en un genoma

-          Eliminar algunos genes existentes en un genoma

-          Modificar la información contenida en un gen determinado

-          Clonar seres vivos o alguno de sus órganos o tejidos

-          Cambiar las pautas de expresión génica.

Como sabemos la clonación es el proceso de producción de copias de ADN, células u organismos genéticamente idénticos mediantes una serie de procesos asexuales.  La clonación del ADN puede practicarse para producir muchas copias idénticas del mismo gen. Los científicos cuando clonan ADN puede ser por diversas razones: determinar las diferencias entre una secuencia de bases normal y otra mutada o modificar organismos de forma benéfica (a estos organismos de les denomina organismos transgénicos). La tecnología del ADN recombinante y la reacción en cadena de la polimerasa son dos procedimientos que los organismos pueden utilizar para clonar el ADN.

       
        >Tecnología del ADN recombinante

Un ADN recombinante es un ADN obtenido en el laboratorio que incluye fragmentos de diferente procedencia (como una célula humana y una bacteriana). Para obtener el DNA recombinante lo primero que hay que hacer es obtener el fragmento del gen que deseamos, es decir tenemos que cortarlo. Las endonucleasas o enzimas de restricción son unas enzimas que cortan el ADN por unos puntos determinados, siempre son los mismos. Para introducir el gen en la célula lo tenemos que unir previamente a  un vector que es un ADN con capacidad de autorreplicación que tiene un ori en el cual se introduce el fragmento de DNA deseado (los vectores más utilizados son los plásmidos y los virus bacteriófagos). Se realiza un corte en el vector con la misma enzima de restricción empleada para aislar nuestro fragmento de interés y se une al vector mediante la ADN ligasa, que es una enzima que sella nuestro trozo de ADN al vector (podemos imaginar que la enzima de restricción es la tijera y la ADN ligasa es el pegamento que lo une).

Posteriormente nuestro vector se replicará continuamente y con este también el fragmento de ADN que nosotros hemos introducido obteniéndolo en cantidades elevadas.

          >  Reacción en cadena de la polimerasa

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) fue desarrollada por Kary Mullis en 1985 y permite conseguir una gran cantidad de ADN a partir de cantidades minúsculas. El procedimiento es el siguiente: la ADN polimerasa se extiende por la hebra molde, se aplica calor para que se desnaturalice el trozo de DNA permitiendo que el cebador se una (ya que la ADN polimerasa no puede actuar de novo). Una vez que ya está unido el cebado la ADN polimerasa continúa la cadena obteniendo copias. El proceso se repite continuamente, pero ahora las copias que hemos obtenido también realizan el mismo proceso y así sucesivamente.

En esta imagen se ve como actúa la PCR, en el primer ciclo estarían los pasos de desnaturalización, hibridación y continuación por la ADN polimerasa. En los ciclos dos y tres seria la repetición del primer ciclo pero esta vez también de las nuevas copias que se an obtenido en el anterior.

Aplicaciones de la ingeniería genética

En la agricultura se lleva a cabo la ingeniera genética para obtener beneficios como:

-          Obtener plantas resistentes a herbicidas, insectos y cambios ambientales

-          Modificar características de las plantas

-          Mejorar lasa características nutritivas del producto

-          Se le puede insertar, por ejemplo, una proteína y luego se ingiere directamente

Maíz transgénico

Algunos de transgénicos que se utilizan en la actualidad puede ser el maíz Bt, que incorpora un gen que le hace producir un insecticida, o el tomate de maduración tardía que madura más lentamente de modo que no es preciso recogerlo verde.

La normativa de la UE y la legislación española establecen que los productos que sean modificados genéticamente deben de tener una etiqueta que ponga: “producto modificado genéticamente (OMG)”. Pero esto no es obligatorio para los productos derivados de los mismos. También establece que todos los cultivos transgénicos han de ser autorizados, que los agricultores no pueden guardar semillas de un año para otro y que hay que dejar 200 metros de separación entre estos y los cultivos. 

Etiquetas que presentan los alimentos para saber si están o no modificados geneticamente.

Respecto a la ganadería todavía no se ha probado el empleo de animales transgénicos para el consumo humano. El objetivo sería mejorar la productividad y la calidad nutricional. Otro objetivo es, por ejemplo, que las vacas produzcan leche con ciertas proteínas de interés.

Insulina obtenida por biotecnología

 Mediante técnicas de ingeniería genética se ha conseguido insertar en bacterias los genes que codifican proteínas (como la insulina o la hormona del crecimiento), que posteriormente se inyecta a los pacientes. Este avance es importante porque, por ejemplo, antiguamente la hormona del crecimiento se obtenía de los cadáveres y las cantidades no eran suficientes.

Como sabemos las vacunas se inyectan para que el sistema inmunológico actúe contra el agente patógeno que está debilitado, de forma que si posteriormente este agente llega al cuerpo nuestro sistema inmunológico tarda menos en reaccionar como resultado de la memoria inmunológica. Pues gracias a la ingeniería genética se pueden insertar genes del agente patógeno contra el cual se quiere obtener la vacuna en una célula y se recogen las proteínas que se sintetiza.  De tal forma que no es necesario que la vacuna tenga el agente patógeno debilitado sino las proteínas, que actuarían como antígenos y desencadenarían la respuesta inmunológica consiguiendo la inmunización.

La terapia genética consiste en la inserción de material genético en las células humanas para iniciar el tratamiento de un desorden. Esta terapia se ha utilizado para curar errores congénitos del metabolismo y para tratar desórdenes más generalizados como enfermedades cardiovasculares y cáncer. Se puede aplicar siguiendo dos estrategias:

       > Insertar una copia sana de un gen en las células del paciente para compensarlo con el defectuoso

       > Introducir un gen especialmente diseñado para suministrar una nueva propiedad a las células. Por ejemplo introducir en linfocitos un gen que produzca un inhibidor de la replicación del sida.

Solo se realiza en células somáticas, es decir, que no están implicadas en el proceso de reproducción) y se utilizan tres técnicas:

-          Terapia ex vivo: se extrae células defectuosas y se le introduce, mediante vectores adecuados, copias normales de dichos genes. Se ha aplicado en niños que padecen SCID (inmunodeficiencia severa combinada), los cuales carecen de la enzima ADA encargada de la maduración de células T y B. Para llevar a cabo la terapia genética las células madres se extraen de la médula ósea y se infecta con un retrovirus ARN que porta un gen normal para la enzima. Después las células regresan al paciente.

-          Terapia in situ: se introducen portadores o vectores de los genes correctores directamente en los tejidos donde está localizado.

-        Terapia in vivo: pretende  inyectar en la sangre vectores a modo de taxi que contienen los genes deseados e interaccionan solo con las células diana del cuerpo. Pero esta técnica aún no está desarrollada, es con vistas al futuro. La terapia genética se utiliza cada vez más como parte del tratamiento contra el cáncer. Los genes son empleados para que las células sanas sean más tolerantes a la quimioterapia y las cancerígenas se vuelvas más vulnerables. El gen p53 produce la apoptosis (muerte programada de la célula) y hay mucho interés en introducirlo en las células cancerosas para propiciar su destrucción.

Esquema de los procesos de in vivo y ex vivo

Cariotipo humano

También me gustaría mencionar algo sobre el Proyecto Genoma Humano, ya que alguna de las aplicaciones que puede tener son muy interesantes.

El Proyecto Genoma Humano se planteó para identificar todos los genes de la célula humana, localizar su posición exacta de cada uno de ellos, determinar su secuenciación de nucleótidos y determinar la expresión de cada uno de ellos, pero su objetivo principal era asociar rasgos humanos específicos y enfermedades hereditarias con genes concretos.

El conocimiento del genoma humano favorece el tratamiento y la prevención de enfermedades de origen genético. Se podría conocer si una persona es portadora de una enfermedad genética que no se manifiesta en los primero años y se podrá cuantificar la probabilidad de que se manifieste. Ejemplos de estas enfermedades serían la diabetes y el cáncer. De forma que se podría comenzar a poner remedio a la enfermedad antes de que se manifieste.

También se puede aplicar en las industrias farmacéuticas, la farmacogenómica. Esta tiene el objetivo de elaborar fármacos a partir de la información del genoma. Básicamente se basa en dos estrategias:

      > Encontrar las proteínas que se encuentra en el organismo, tantos las perjudiciales como las beneficiosas. Las proteínas beneficiosas pueden ser utilizadas como fármacos en aquellos individuos que presentan alguna alteración génica y con las perjudiciales se fabrican moléculas que inhiban su acción.

        > Se estudia el comportamiento de un fármaco sobre una población enferma para identificar a cuales beneficia y a cuales no. Estudiando las diferencias genéticas entre los beneficiados y los que no se puede elaborar nuevo fármacos a la carta que sean eficaces a la segunda población.

 

Para finalizar esta entrada, voy a hacer referencia a al comité de la bioética cuyo objetivo principal es evitar aquellos aspectos del progreso tecnológico que pudieran atentar contra la dignidad humana y promover que la ciencia no sea identificada como actividad sospechosa. Por ellos trata de proporcionar un marco ético al que atenerse en el desarrollo de las diversas investigaciones y aplicaciones biotecnológicas.

Resumiendo, la biotecnología es una parte de la Biología que todavía está sin desarrollar y puede tener unas aplicaciones sorprendentes contra enfermedades por las que actualmente muchas personas sufren o mueren. Simplemente espero que se siga dedicando dinero a la ciencia, a la investigación y que todos estos planes de futuro, que ahora simplemente parecen ideas lejanas, en poco tiempo se puedan llevar a la práctica dentro de un hospital.