La Ingeniería genética es un conjunto de técnicas que permiten la manipulación del ADN. Tiene importantes aplicaciones en la industria alimentaria, farmacéutica y médica. Gracias a su desarrollo se han creado organismos transgénicos, se ha llevado a cabo la técnica de clonación, con grandes aplicaciones terapéuticas y se ha conseguido conocer el genoma humano a través del Programa Genoma Humano.
Se llama transgénicos u organismos genéticamente modificados (OGM) a aquellos a los que se ha manipulado genéticamente introduciéndole ADN de otro organismo. El ADN sintetizado de forma artificial con orígenes diferentes se llama ADN recombinante.
¿Cómo se lleva a cabo un proyecto de ingeniería genética en bacterias?
1. Localización del gen que se desea transferir.
Normalmente se parte de la proteína codificada por el gen. A partir de ella se sintetiza el ARNm correspondiente, que se usa como sonda para localizar el gen en cuestión. Se extrae el ADN del organismo cuyo gen se desea clonar, se desnaturaliza sometiéndolo a altas temperaturas, con lo que se rompen los puentes de hidrógeno y se separan las cadenas complementarias. El ADN se fragmenta mediante enzimas de restricción (enzimas bacterianas que rompen el ADN por puntos concretos). La sonda de ARNm se une al gen por complementariedad de bases.
Pincha aquí para ver cómo actúan las enzimas de restricción.
2. Selección del vector.
Para introducir ADN se usan vectores como virus atenuados o plásmidos. Un plásmido es una molécula de ADN circular que tienen muchas bacterias y que normalmente contienen genes de resistencia a antibióticos. Los plásmidos se replican al igual que el resto del ADN bacteriano.
Cuando se usan bacteriófagos, se trata de insertar el gen deseado en el ADN vírico y después se ensamblan las distintas partes del virus.
3. Unión del ADN elegido al vector.
Se rompe el plásmido mediante enzimas de restricción, se le inserta el gen mediante ADN ligasas y se forma así una molécula de ADN recombinante.
4. Introducción del ADN recombinante en la célula hospedadora.
Se lleva a cabo mediante dos procesos:
a) Transformación: la bacteria capta de forma espontánea ADN del medio o estimulada por ciertos tratamientos físicos o químicos y este ADN se integra en el ADN bacteriano.
b) Transducción: introducción de ADN de una célula a otra mediante virus que contienen genes de la primera.
5. Multiplicación del organismo transgénico.
La célula hospedadora se divide originando copias que llevan el gen clonado. La presencia del gen de resistencia a antibióticos en el plásmido es esencial para asegurarnos que la clonación se ha llevado a cabo con éxito ya que la bacteria que tenga el gen de nuestro interés también se habrá vuelto resistente al antibiótico cuya resistencia aporta el plásmido.
Para crear plantas transgénicas se suele usar la bacteria Agrobacteriun tumefaciens, que posee el plásmido Ti al que se le unirá el gen que se pretende clonar. El plásmido Ti puede pasar de la bacteria a la planta y se incorpora al ADN de estas. La bacteria le produce le produce un tumor o agalla a la planta. Se usan cultivos celulares de hoja o tallo, que son capaces de regenerar plantas adultas completas a partir de células que han sido transformadas.
Con este método se han obtenido plantas de maíz resistentes al taladro, enfermedad producida por un lepidóptero, que causa el encamado de la planta y graves pérdidas en las cosechas. Este maíz ha sido modificado genéticamente con un gen de la bacteria Bacillus subtilis, que produce la proteína Bt, que resulta tóxica para la larva del insecto.
Las gramíneas, y en general las monocotiledóneas ofrecen gran resistencia a esta bacteria, por lo que hubo que desarrollar otros métodos, como la transferencia genética con protoplastos (células vegetales a las que se les ha quitado la pared celular, que actúa como una barrera para la entrada de ADN) o la transferencia genética con el cañón de partículas, que consiste en bombardear células vegetales con micropartículas cubiertas de ADN.
Para saber más sobre el proceso de fabricación de plantas transgénicas lee esta página escrita por el Dr. Juan Ramón Lacadena.
También se están haciendo animales transgénicos. Podrás profundizar sobre los aspectos bioéticos del uso de plantas transgénicas en la página de Greenpace.
ANDi, el mono transgénico al que se le ha introducido un gen de medusas que produce quimioluminiscencia.
Actualmente se han desarrollado plantas transgénicas de más de cuarenta especies (tomate, arroz, soja, algodón, patata, tabaco, etc.). Se han conseguido plantas resistentes a enfermedades producidas por virus, bacterias o insectos. Estas plantas son capaces de producir antibióticos, toxinas y otras sustancias que atacan a los microorganismos. Se han conseguido otro tipo de mejoras, como la producción de distintas sustancias en los alimentos que aumentan su calidad nutricional, mejorar las cualidades organolépticas de un producto o que ciertas plantas sean más resistentes a determinados factores ambientales, como el frío. También permiten el desarrollo de plantas que den frutos de maduración muy lenta. Así, es posible recoger tomates maduros de la tomatera y que lleguen al consumidor conservando intactos su sabor, olor, color y textura. La mejora de la calidad de las semillas es también un objetivo.
Por ejemplo, se ha obtenido una variedad de arroz dorado, rico en caroteno (vitamina A).
Otra aplicación es la creación de plantas resistentes a herbicidas usados para eliminar las malezas y que no afectarían a estas plantas transgénicas. La empresa Monsanto fabricó una variedad transgénica de colza resistente al herbicida glifosato.
Las aplicaciones farmacéuticas son otro gran punto de interés. La biotecnología permite desarrollar plantas transgénicas que producen sustancias de interés farmacológico, como anticuerpos, ciertas proteínas y hormonas, como la hormona del crecimiento o la insulina. Otras se usan como bio-reactores de lípidos, hidratos de carbono o enzimas industriales.
En cuanto a los animales transgénicos, su objetivo es mejorar la productividad, la resistencia a enfermedades o fines terapéuticos para la obtención de medicamentos (vacas que producen leche con factor de coagulación para hemofílicos, peces que producen insulina humana, etc) y como donantes de órganos (xenotrasplantes).
En acuicultura se han creado carpas y salmones transgénicos con el gen de la hormona de crecimiento de la trucha para que alcancen su crecimiento mucho más rápidamente.
Entre las aplicaciones de la Ingeniería Genética están:
a) La producción de fármacos como la insulina, proteínas de coagulación del suero sanguíneo, vacunas (patatas que inmunizan contra el cólera), hormona del crecimiento, eritropoyetina, etc.
b) La mejora de la producción agrícola y ganadera. Se ha logrado tener plantas resistentes a herbicidas y a insectos (maíz resistente al taladro), resistentes a la maduración, al frío o a la salinidad, de mayor valor nutricional u organoléptico (variedades de café más aromáticas o con menos cafeína) etc. Los animales modificados genéticamente logran mayor crecimiento, producen productos de interés como hormona de crecimiento, insulina, etc.
c) Biorremediación: consiste en la utilización de bacterias modificadas genéticamente para eliminar ciertos residuos contaminantes del medio como petróleo, pesticidas o plásticos.
d) La terapia génica: consiste en sustituir el gen defectuoso por un gen sano que produce con normalidad la proteína defectuosa, ausente o responsable de la enfermedad. Se puede realizar directamente en el organismo del paciente introduciéndole el vector que contiene los genes deseados, o extrayéndole células con los genes defectuosos y en el laboratorio, a través de vectores, se les transfieren los genes deseados para finalmente volver a introducir las células transformadas en el paciente.
EL PROYECTO GENOMA HUMANO
El Proyecto Genoma Humano nace en la década de los ochenta para conocer la localización de los genes en los cromosomas humanos y la secuencia de nucleótidos de los genes.
Se trataba de un proyecto internacional que dio sus primeros frutos en 2001 cuando las revistas Science y Nature publicaron los resultados obtenidos por distintos laboratorios.
Actualmente se sabe que nuestro genoma está formado por unos 25000 genes, número comparable al de otros organismos más sencillos. Muchos de estos genes son similares a los bacterias y virus. El genoma humano y el del chimpancé son iguales en casi un 99%.
El 99,9% de la información genética es similar en todos los hombres.
Muchos genes no codifican para proteínas y la mayor parte del ADN de nuestro genoma son secuencias repetidas de nucleótidos cuya función se desconoce y es posiblemente reguladora.
Para conocer las implicaciones éticas, ecológicas, sociales o sanitarias de la Ingeniería Genética, pincha aquí.
Aquí puedes ver un vídeo sobre Terapia génica del programa Redes de TVE.
Después de estudiar el tema, debes saber responder a estas preguntas:
1. ¿Qué es un vector en ingeniería genética? ¿Cuáles son los más usados y qué ventajas e inconvenientes tienen?
2. ¿Qué es un ADN recombinante?
3. ¿Qué es la terapia génica?
4. ¿Qué es clonar un gen? ¿Y un clon de células? ¿Y un individuo clónico?
5. ¿Cuáles son los dos tipos de células madre según su origen? ¿De dónde proceden las células madre que se cultivan para su diferenciación en diversos tejidos en la clonación terapéutica?
6. Define: transgénico, plásmido, transducción, célula madre, xenotrasplante.
7. Describe el proceso por el que crees tú que se ha podido fabricar en el laboratorio el arroz dorado, rico en caroteno.
8. Señala algunas aplicaciones de la ingeniería genética a las industrias farmacéutica y alimenticia, a la medicina y al medioambiente.
9. Desde un punto de vista ético, expón argumentos a favor y en contra de la manipulación genética.
Pulsa aquí para ver las soluciones.
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