MITOSIS Y MEIOSIS. LOS CICLOS BIOLÓGICOS.

Las células se reproducen cada cierto tiempo originando nuevas células hijas. El tiempo que tardan las células en dividirse es variable. Unas no se dividen nunca como los glóbulos rojos y otras, como las del epitelio intestinal se dividen muy rápidamente. El ciclo celular es el conjunto de cambios que sufre una célula desde su formación hasta que se divide originando dos células hijas. En el ciclo celular se distinguen dos fases:

- interfase: fase inicial de larga duración en la que se produce la duplicación o replicación del ADN, necesaria para que durante la diviisión cada célula hija reciba la misma cantidad de ADN que la madre.

-mitosis: es la fase de división celular. En ella los cromosomas se hacen visibles y se produce el reparto del ADN entre las dos células hijas. Después de la mitosis, normalmente tiene lugar la citocinesis o división del citoplasma.

LA MITOSIS

En la mitosis, a partir de una célula madre se originan dos células hujas idénticas a ella. Antes de iniciarse, durante la interfase, el ADN se duplica en la interfase. Los cromosomas, que antes de la interfase estaban formados por una sola cromátida, ahora pasan a tener dos cromátidas.  Lee el artículo " crecer, multiplicar, dividir."

Para facilitar su estudio, la mitosis se divide en cuatro etapas:

-Profase: los cromosomas empiezan a hacerse visibles, se duplica el centrosoma, y los centriolos si la célula es animal. El nucleolo y la membrana nuclear desaparecen. Comienza a constituirse el huso acromático.

-Metafase: los cromosomas totalmente condensados se sitúan en el centro de la célula formando la placa ecuatorial y se adhieren por el centrómero a las fibras del huso acromático.

-Anafase: las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan y se dirigen a polos opuestos de la célula arrastradas por los filamentos del huso acromático.

-Telofase: reaparece el nucleolo y empieza a formarse la membrana nuclear. Desaparece el huso acromático y los cromosomas se descondensan para constituir de nuevo la cromatina.

Una vez terminada la división del núcleo tiene lugar la división del citoplasma (citocinesis) y el reparto de orgánulos celulares entre las dos células hijas. En las células animales la citocinesis de produce por estrangulamiento y en las animales por tabicación (se forma un tabique llamado fragmoplasto por aporte de sustancias a través de las vesículas del aparato de Golgi.

El resultado final es que la formación de dos células hijas con el mismo número de cromosomas que la célula madre. La mitosis es una forma de reproducción en organismos con reproducción asexual. Se trata realmente de un proceso de bipartición.  En organismos pluricelulares, la mitosis permite el crecimiento en longitud y en grosor y la reposición de las células.

Pincha aquí para ver una animación de una célula en mitosis con dos cromosomas.
Pincha aquí para ver un pequeño vídeo sobre la mitosis.

Células de cebolla en distintas etapas de la mitosis

Lee el artículo del blog de José Luis Castillo "Te cuento la mitosis lo más breve que me sea posible".

Lee el artículo los por qués de la mitosis.


MEIOSIS

Si los gametos tuvieran una dotación cromosómica normal, es decir, diploide (2n), cuando se fusionaran el éspermatozoide y el óvulo en la fecundación, se formaría un ciogoto con doble número de cromosomas, que se irían duplicando de generación en generación. Para que esto no ocurra, en los órganos sexuales se realiza una división celular especial llamada meiosis en la que se reduce el número de cromosomas, por lo que los gametos no tienen pares de cromosomas homólogos sino uno de cada clase, es decir, son haploides (n).

En la meiosis se producen dos divisiones nucleares sucesivas, la primera es reduccional. Entre la primera y la segunda división no se produce duplicación del ADN. La segunda división es una mitosis normal y a su finalización se forman cuatro células haploides.

Durante la Profase I los cromosomas homólogos se aparean formando unas estructuras llamadas quiasmas y se produce intercambio de fragmentos de ADN. Este proceso se llama sobrecruzamiento y da lugar a la recombinación génica.  Las cromátidas resultantes de la recombinación se llaman cromátidas recombinantes. En la anafase I se separan los cromosomas homólogos. Se forman dos células haploides . En la anafase II se separan cromátidas hermanas. Al final de la meiosis se habrán formado cuatro células haploides.

La meiosis es un tipo de división en la que a partir de una célula madre diplode (2n) se forman cuatro células haploides (n), es decir, con la mitad de cromosomas que la célula progenitora. Al haberse producido recombinación génica, los gametos que reciben las cromátidas recombinantes no son idénticos a la célula progenitora.

La recombinación génica es una fuente de variabilidad genética en los organismos con reproducción sexual. Gracias a la meiosis que tiene lugar en la formación de los gametos se mantienen constante el cariotipo de una especie.

Pulsa aquí para ver una animación sobre la meiosis.
Pulsa aquí para ver un vídeo sobre la meiosis.

COMPARACIÓN ENTRE MITOSIS Y MEIOSIS

Pincha aquí para ver un vídeo comparativo entre mitosis y meiosis.

PARA PRACTICAR

Completa la tabla:

	MITOSIS	MEIOSIS
Número de divisiones
Tipo de células donde se produce
Número de células resultantes
¿Se produce recombinación?
Función biológica

Responde:

1.

a) ¿Cuántos cromosomas tiene un gameto de la especie humana?

b) ¿ Y un cigoto?

c) ¿Y una célula de la piel?

2. ¿Qué diferencias hay entre cromátidas hermanas y cromátidas homólogas?

 LOS CICLOS BIOLÓGICOS

Ciclo biológico de un organismo es el conjunto de etapas por las que pasa desde que se forma el cigoto hasta que alcanza la edad adulta y vuelve a producir gametos. A lo largo del ciclo, los organismos pasan por fases diploides y haploides que en cada especie son diferentes dependiendo del momento del ciclo en el que se produce la meiosis. Hay tres ciclos:

- Ciclo haplonte: propio de organismos que en su etapa adulta son haploides (algunas algas y hongos unicelulares). Mediante mitosis producen gametos haploides, que al fusionarse forman un cigoto diploide que inmediatamente sufre meiosis para generar  nuevos individuos haploides.

- Ciclo diplonte: propio de individuos que en su fase adulta son diploides (animales, muchos protozoos, algunas algas y ciertos hongos). El adulto por meiosis produce gametos haploides  y tras la fecundación se forma un cigoto diploide. Este, por mitosis sucesivas da lugar a un individuo adulto también diploide.

- Ciclo diplohaplonte: se da en individuos que presentan alternancia de generaciones, es decir, individuos adultos diploides y haploides (plantas, algunas algas y ciertos hongos). El esporofito (2n) por meiosis genera esporas haploides (n) que al germinar dan lugar a una forma adulta haploide llamada gametofito (n), que produce gametos haploides. Tras la fecundación se forma un cigoto diploide que al desarrolarse da lugar a un nuevo esporofito diploide.

 

Pincha aquí para ver una animación de repaso sobre el ciclo biológico de animales y plantas.



LAS MUTACIONES

Las mutaciones son cambios aleatorios de la información genética. En la naturaleza las mutaciones se producen al azar pero pueden ser inducidas por agentes mutagénicos o mutágenos como los rayos X o los rayos ultravioleta. Para que las mutaciones sean heredables tienen que afectar a los gametos o células sexuales.
 

 

Las mutaciones pueden ser somáticas si afectan a células somáticas (y por tanto no se transmiten a la descendencia) o germinales, si afectan a las células sexuales.

También se pueden clasificar en:

-génicas: afectan a un solo gen.

-cromosómicas: afectan a un segmento de cromosoma y por tanto, a varios genes.

-genómicas: afecta a juegos cromosómicos completos. En este caso están los monosomías y las trisomías.

Todas las mutaciones se producen por alteración de la secuencia de las bases nitrogenadas del ADN, de esta forma se pueden distinguir las siguientes clases:      

              "Secuencia Normal"                    C A T    C A T    C A T    C A T   

• Mutación por Cambio de Base:          G A T    C A T    C A T    C A T   

• Mutación por Adición de Base:          C A T    G C A    T C A    T C A  

• Mutación por Eliminación de Base:    C A T     C A T    C T C    A T C  

El efecto de estas mutaciones consiste en desacoplar la lectura del mensaje genético, ya que al ocurrir alguna de estas se reordena el mensaje de acuerdo a la base que se agregue, elimine o se cambie. Cabe destacar que esta es la base de cualquier tipo de mutación en relación a las mencionadas anteriormente.

Leer más: http://mutacionupelipb.webnode.es/niveles-de-mutacion/
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Las mutaciones se producen por alteración de la secuencia de bases del ADN pudiendo producirse un cambio de bases, una adición de bases o una eliminación de bases. Algunas mutaciones pasan desapercibidas y no producen cambio en la pauta de lectura del ARN. Si la mutación produce un codón de finalización de la traducción, la proteína sintetizada es distinta de la normal y no funcional, igual que la obtenida al cambiar un codón por otro que se traduzca en un aminoácido distinto. Es el caso de la anemia falciforme.

Las mutaciones no tienen por qué ser perjudiciales e incluso a veces pueden ser beneficiosas.

Las mutaciones provocan un cambio gradual en la estructura genética de las poblaciones, otra base de la evolución.

En este enlace puedes ver un resumen sobre lo que hemos estudiado respecto a las mutaciones.

Dado el siguiente fragmento de ADN:

...UUCUCAAUCCCUGAUAGUGGG...

¿Qué ocurriría si se produjera una mutación en la que se cambiase la tercera base del cuarto triplete por C?

LA INFORMACIÓN GENÉTICA. LA EXPRESIÓN GÉNICA.

La información genética es la secuencia de nucleótidos del ADN. Los nucleótidos sólo difieren entre sí en las bases nitrogenadas (A, T, C, G). Es el orden de los diferentes nucleótidos en la cadena lo que diferencia la información de un individuo de otro.

Un gen es un trozo de ADN que lleva la información para que se fabrique una proteína. Desde el punto de vista genético, un gen es un trozo de cromosoma que contiene la información para un carácter (pelo rizado/pelo liso, por ejemplo).
Lee el artículo "El concepto de gen es colaborativo" del blog del profesor José Luis Castillo.

Las proteínas son macromoléculas formadas por la unión de aminoácidos.

Existen 20 aminoácidos que constituyen las proteínas en los seres vivos. Las proteínas se diferencian entre sí en la secuencia de aminoácidos en la cadena.

Las proteínas realizan diferentes funciones en los seres vivos: transportadora (como la hemoglobina), estructurales (como las del pelo, las uñas, etc), contráctiles (como las que forman las fibras musculares), de defensa (como los anticuerpos), mensajeras (como la insulina), reguladoras (como las enzimas).

Las proteínas se sintetizan de acuerdo a las instrucciones contenidas en el ADN.

El ADN está en el núcleo de las células y las proteínas se fabrican en el citoplasma (ribosomas). Tiene que haber moléculas que trasladen la información contenida en los genes y atraviesen la membrana nuclear para lllegar al citoplasma. Esta molécula es el ARN mensajero (ARNm). La enzima ARNpolimerasa fabrica una hebra de ARNm complementaria de una de las cadenas de ADN. Este proceso se llama transcripción.

Una vez en el citoplasma, al ARnm se le unen los ribosomas, que sintetizan una proteína. Este proceso se llama traducción. El ribosoma "lee" la información presente en el ARN mensajero, y en función de la misma sintetiza una cadena de aminoácidos (proteína). Para ello, hace corresponder cada elemento de información del ARN mensajero con el aminoácido que codifica, y luego los une secuencialmente para formar la proteína.

El ARN transferente, se encarga de "traducir" la información contenida, en forma de secuencia de nucleótidos, en el ARN mensajero en los aminoácidos correspondientes. Dicha traducción se hace "palabra por palabra", es decir, cada grupo de nucleótidos equivale directamente a un aminoácido, y el ARN transferente hace de intermediario entre ambas secuencias, relacionándolas entre sí. Cada uno de los tipos de ARN transferente presentes en la célula corresponde a un elemento de información de los ácidos nucleicos, concretamente a tres bases (conjunto que se denomina codón), cantidad de información mínima necesaria para permitir el uso de los veinte aminoácidos presentes en las proteínas. Las bases del brazo anticodón de cada ARNt son diferentes, y complementan a los diferentes codones del ARNm.

 El sitio de unión a los aminoácidos sirve para incluir cada aminoácido en su lugar correspondiente en la proteína. Cada secuencia del brazo anticodón equivale a un único aminoácido. Esta equivalencia constituye el código genético.

Existen 64 tripletes y solo 20 aminoácidos, lo que significa que algunos tripletes equivalen a un mismo aminoácido, es decir, algunos aminoácidos vienen determinados por varios tripletes. Por esto se dice que el código genético es degenerado. El código genético es universal, es decir, es idéntico para todos los seres vivos.

En este vídeo se explica cómo se produce el proceso de la traducción.

Esquema del proceso de la expresión génica.

Pulsa aquí para hacer un ejercicio sobre el código genético.

1. Si la secuencia de nucleótidos de un ARNm es AUGGUGUCUUCACCAUGA, ¿cuál será la secuencia de aminoácidos del péptido? ¿Cuál será la secuencia de nucleótidos de la hebra de ADN de la que se transcribió el ARNm?

EL ADN. LOS CROMOSOMAS.

 

El ADN (ácido desoxirribonucleico) es el material genético de los seres vivos. El ADN y el ARN (ácido ribonucleico) son ácidos nucleicos. Químicamente son polinucleótidos, es decir,  largas cadenas de nucleótidos unidos por enlace covalente. Un nucleótido resulta de la unión de una pentosa (monosacárido de cinco átomos de carbono), que puede ser ribosa o desoxirribosa, una molécula de ácido ortofosfórico y una base nitrogenada, Adenina (A), Timina (T), Citosina (C), Guanina (G), Uracilo (U).  Así pues, los nucleótidos se diferencian entre sí en la pentosa y en la base nitrogenada.
El ARN contiene ribosa y el ADN, desoxirribosa. El uracilo es exclusivo del ARN y la Timina del ADN.

Pincha aquí para conocer cómo se averiguó que el ADN era el portador de la información genética.

Pincha aquí para aprender a construir nucleótidos.
Construye un polinucleótido.

La estructura del ADN fue descubierta por Watson y Crick en 1962. Está formado por dos cadenas o hebras de nucleótidos. Las hebras son complementarias y antiparalelas. Son complementarias porque A de una cadena siempre se une a T de otra y C de una cadena a G de otra. La unión entre las bases nitrogenadas se produce por puentes de hidrógeno, dos entre A y T y tres entre C y G. Las cadenas son antiparalelas porque el extremo 3' de una se enfrenta al 5' de otra.  Las dos cadenas se enrrollan entre sí formando una doble hélice.

 

Construye una molécula de ADN

En esta animación puedes ver la parte invariable y la parte variable del ADN.
 

ACTIVIDADES DE REPASO

1.Completa esta tabla con las diferencias entre ADN y ARN:

	Composición	Estructura	Función
ADN
ARN

2. Indica la secuencia de ADN complementaria del siguiente fragmento:
...AATGCCTGACGATTACC...

3. Los resultados del análisis de bases nitrogenadas de un ácido nucleico de una especie animal son los siguientes: A (50%), G (25%), C(15%).
a) ¿De qué tipo de ácido nucleico se trata? Justifica tu respuesta.
b) ¿Qué glúcido formará parte de su composición?

4.La policía científica ha aislado un fragmento de una de las cadenas de ADN de un animal y al analizarla, las proporciones de las bases nitrogenadas resultó A(27%), G (35%), C(25%), T(13%).
a) Determina las proporciones de bases de la cadena complementaria.
b) Calcula la proporción de bases del ARN que se transcribiría del fragmento encontrado.

5. Si el ADN de una especie contiene 30% de adenina, ¿cuáles serán los porcentajes de las demás bases? 

LA REPLICACIÓN DEL ADN

Cuando la célula se va a dividir el ADN se duplica previamente para asegurar el reparto genético equitativo entre las dos células hijas. Este proceso se llama replicación y es llevado a cabo por la enzima ADN polimerasa.

 

 

Pulsa aquí para verlo detenidamente.

Aquí puedes ver el proceso de forma sencilla.

En este vídeo puedes ver la replicación del ADN.

 

 

 

La replicación del ADN es semiconservativa porque cada cadena hija tiene una cadena de la molécula original y otra nueva que se ha sintetizado usando como molde una cadena del ADN original.

LOS CROMOSOMAS

En estado de reposo, el ADN tiene aspecto de una madeja de hilo enmarañada llamada cromatina. Cuando la célula se va a dividir, el ADN se empaqueta con proteínas formando unas estructuras llamadas cromosomas.

Un cromosoma puede estar formado por una o dos cromátidas según el momento del ciclo celular en que se encuentre. Una cromátida es una cadena de ADN. La cromátida es una molécula de ADN que es idéntica en cada cromátida.

 

 

Las cromátidas están unidas por un estrechamiento llamado centrómero, que divide al cromosoma en dos partes llamadas brazos, que pueden ser de igual tamaño o distintos. Según la longitud de los brazos, los cromosomas se clasifican en metacéntricos, submetacéntricos, acrocéntricos y telocéntricos.
 

En las células somáticas los cromosomas se asocian por parejas de cromosomas homólogos, uno procedente del padre y otro de la madre.

Todas las células de un ser vivo y todos los individuos de la misma especie tienen el mismo número de cromosomas, con un tamaño y forma constante (cariotipo). Así la especie humana se caracteriza por tener 46 cromosomas, el perro 78 y el algodón, 52.

Atendiendo al número de cromosomas los organismos pueden ser:

- diploides: poseen un número par de cromosomas en sus células somáticas (no en las reproductoras). Se representan con 2n.

- haploides: poseen sólo un juego de cromosomas. Se representan con la letra n. Las células reproductoras de los organismos diploides son haploides.

- poliploídes: poseen 3n, 4n, 5n, etc.

Las células somáticas humanas son pues 2n = 46 y los gametos humanos, n= 23.

Caripotipo humano

 

 

En el cariotipo humano hay que distinguir 22 pares de autosomas y un par de cromosomas sexuales (XX en la mujer y XY en el varón). El cariotipo se ve alterado en determinados síndromes como el de Down (trisomía del cromosoma 21) o el XXX.

 

El ARN generalmente está formado por una sola cadena y puede tener diversas funciones. El ARN ribosómico (ARNm) forma parte de los ribosomas; el ARN mensajero (ARNm)  es el encargado de transportar la información genética contenida en el ADN desde el núcleo hasta los ribosomas. El ARN transferente (ARNt) transporta aminoácidos hasta los ribosomas en el proceso de síntesis de las proteínas.

CLONACIÓN

La clonación permite crear organismos idénticos a otro, genéticamente iguales, formados a partir de una célula o de un individuo. El primer ser vivo clonado fue la oveja Dolly.

 

 

 Se trata de un caso de clonación reproductiva.
 

La clonación puede tener fines terapéuticos  (formación de células especializadas a partir de células madres embrionarias de un paciente) o reproductivos. Esta última fomenta importantes dilemas éticos.
 

Esquema sencillo del procedimiento actual de clonación.

En la clonación terapéutica se transfiere un núcleo de una célula somática adulta a un óvulo anucleado. La célula obtenida se cultiva y el blastocito derivado se destruye para extraer las células madres indiferenciadas. Estas se cultivan y pueden estimularse para su diferenciación en los tejidos deseados.

 

 

TRANSGÉNICOS

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.
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.

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.
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 introduce un gen de su plásmido en la planta infectada con ella. Este gen se integra en el cromosoma de la planta y le produce un tumor o agalla. 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 una proteína 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 el gen de una proteína de medusa que produce quimioluminiscencia.

Actualmente se han desarrollado plantas transgénicas de más de cuarenta especies. 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. También 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.

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.

En cuanto a los animales transgénicos, su objetivo es mejorar la productividad y la resistencia a enfermedades. Se usan mucho 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, hormona del crecimiento, etc.
b) La mejora de la producción agrícola y ganadera.
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.

Para conocer las implicaciones éticas, ecológicas, sociales o sanitarias de la Ingeniería Genética, pincha aquí.

 

INGENIERÍA GENÉTICA. APLICACIONES

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.