Ingeniería genética. Biotecnología Obtención de fragmentos de ADN:
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1 Ingeniería genética. Biotecnología En términos generales biotecnología es el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos, para obtener productos de valor para el hombre. La ingeniería genética es un conjunto de manipulaciones que permiten combinar genes de distinta procedencia, amplificarlos y transferirlos de una célula a otra Se denomina ADN recombinante al que se ha formado al intercalar un segmento de ADN extraño en un ADN receptor. Por ejemplo: la integración de un ADN vírico en un ADN celular. Tecnología del ADN recombinante Permite aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro Destacamos las siguientes técnicas: 1. fragmentación del ADN u obtención de fragmentos de ADN 2. Unión de fragmentos de ADN, con la obtención del ADN recombinante 3. Inserción de genes en células mediante vectores y selección de transformantes con ADN clonado 4. Secuenciación del ADN (genómica y proteómica) 5. La reacción en cadena de la polimerasa (PCR): con la que se consigue aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN, por lo tanto, con una mínima cantidad de muestra de ADN, se puede conseguir toda la que se necesite para un determinado estudio (Repasar) 6. Transgénesis Se ha abierto un campo que ofrece la posibilidad de utilizar plantas y animales transgénicos (han incorporado genes ajenos) así como microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de utilidad para el hombre, entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento, interferones, la obtención de nuevas vacunas o la donación de animales. Una puerta abierta que no debe hacer olvidar el impacto perjudicial que un uso inadecuado podría provocar en el ser humano y en el propio planeta. Un experimento de Ingeniería genética consistiría en 1. Se corta por separado el ADN del organismo a estudiar y el ADN del vector con la misma restrictasa, de modo que se generan extremos compatibles entre sí (mutuamente cohesivos). 2. Se juntan ambos ADNs y se les añade ADN-ligasa: de esta forma, las uniones entre ADN pasajero y ADN del vector se sellan covalentemente, generándose moléculas híbridas (quiméricas o recombinantes). 3. Ahora hay que introducir las moléculas generadas en el organismo huésped. En el caso de bacterias se recurre a una técnica sencilla denominada transformación, que permite la entrada del ADN a través de las envueltas del microorganismo 4. Finalmente, hay que localizar las bacterias que han captado y han establecido establemente las moléculas híbridas. A menudo este es el paso más laborioso, pero el hecho de que el vector posea uno o varios genes de resistencia favorece al menos la eliminación de las bacterias que no han recibido ADN del vector: basta añadir al medio de cultivo el antibiótico para el que el vector confiere resistencia. Para localizar los transformantes recombinantes, muchos vectores incorporan un gen marcador que produce alguna sustancia coloreada. Si insertamos el gen a aislar dentro de ese marcador, lo rompemos, por lo que las colonias bacterianas no producirán la sustancia coloreada, sino que permanecen incoloras o blancas. 5. El resultado del experimento es la obtención de al menos una colonia (clon) de bacterias que portan la combinación buscada de vector con el inserto de ADN pasajero. Se dice entonces que hemos donado (=aislado) dicho ADN Iremos viendo cada una de las etapas por separado y al mismo tiempo posibles utilidades de algunas técnicas Obtención de fragmentos de ADN: ➢ a) Enzimas de restricción (Tijeras moleculares) ➢ b) Obtención de fragmentos de ADN por retrotranscriptasas ➢ c) ADN sintetizado artificialmente Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 2 a) Obtención de fragmentos de ADN por enzimas de restricción (Tijeras moleculares) Los enzimas de restricción son endonucleasas que producen, al reconocer secuencias específicas de nucleótidos de un ADN, un corte del ADN en fragmentos más pequeños y manejables Endonucleasa: Escinde enlaces difosfoéster (fosfodiesterasa) internos de una cadena polinucleótida Exonucleasa: escinden el enlace fosfato del nucleótido terminal por lo que generan una cadena polinucleótida acortada en un nucleótido Los enzimas de restricción son un mecanismo de defensa de las bacterias frente a la invasión de bacteriófagos. La bacteria produce un enzima que degrada el ADN “intruso”, mientras el ADN propio está protegido (las dianas de restricción están metiladas, lo que impide la acción del enzima en el ADN propio). Los enzimas de restricción llamados de tipo II reconocen secuencias de "ADN capicúa" o poliandrómicas, en el sentido de que la lectura en la dirección 5’.... 3' de una de las hebras es idéntica a la complementaria leída en la dirección 3’... 5’ Algunas fragmentan el ADN en cortes quebrados, originando terminales cohesivos o pegajosos porque pueden unirse a otros fragmentos de ADN que hayan sido cortados con el mismo enzima de restricción. A partir de fragmentos de ADN se puede llegar a obtener genotecas o bibliotecas genómicas. Para hacer una genoteca el ADN a estudiar se divide en fragmentos utilizando enzimas de restricción. Los virus son a menudo utilizados como vehículo de transporte de los fragmentos obtenidos, insertando en el genoma del virus los fragmentos del ADN del organismo de interés Aplicaciones: Fragmentación de los genomas Elaboración de mapas de restricción Polimorfismos de fragmentos de restricción y diagnóstico de enfermedades Huella genética individual Fragmentación de los genomas Los fragmentos obtenidos, llamados fragmentos de restricción, se pueden separar por tamaños (es decir según el número de pares de nudeótidos que llevan) mediante la técnica de electroforesis. En una electroforesis el ADN fragmentado se coloca en el extremo de un gel de agarosa o poliacrilamida. Al pasar una corriente eléctrica a través del gel, cada molécula se desplaza hacia el polo (+) a una velocidad que depende del logaritmo de su peso molecular. Se producen una serie de bandas, cada una de ellas es un fragmento de un tamaño concreto Elaboración de mapas de restricción: Comparando los tamaños de los fragmentos de restricción formados a partir de una región génica determinada tras el tratamiento con varias restrictasas, permite la elaboración de un mapa de esa región que muestra la localización de cada punto de corte en relación a los vecinos Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 3 Polimorfismos de fragmentos de restricción: Diagnóstico de enfermedades Existen variaciones entre los genomas de dos individuos que son detectables a nivel de enzimas de restricción, estas variaciones son comunes en intrones con ganancia o pérdida de material genético, sin que ello produzca un cambio en el ADN o en la proteína que el gen codifica. Estas variaciones se denominan polimorfismos del tamaño de fragmentos de restricción (PTF) Cuando los dos alelos de un individuo difieren en el tamaño de un intrón para un gen dado, el tratamiento con enzimas de restricción de su ADN revelará esta diferencia, al aparecer fragmentos de distinto tamaño. En ocasiones muy contadas una mutación que origina una determinada patología, elimina o crea una diana de restricción para algún enzima. Un caso conocido es la anemia falciforme. La enfermedad está asociada a un cambio por sustitución de A por T, este cambio elimina una diana para un enzima de restricción concreto. Aparece un fragmento de 1,4 Kb en vez de 1,2 Kb Huella genética individual Existen en el genoma humano regiones hipervariables constituidas por secuencias de 10 — 40 nucleótidos internamente repetidas Dos individuos sin parentesco tienen fragmentos de distinto tamaño al cortar una región hipervariable con un enzima de restricción que no reconozca dianas dentro de la región repetida. El patrón de restricción observado en un individuo al ser tratado su ADN con un enzima de restricción y posteriormente transferido el ADN a nailon e hibridado con una sonda radioactiva se denomina huella genética o en lenguaje coloquial código de barras individual a) análisis de los fragmentos de restricción para identificar los alelos paternos (P) y maternos (M) de los cuatro hijos de un matrimonio. Una muestra de ADNs de los implicados se trata con una enzima de restricción que no corte dentro de la región hipervariable. Se corren las muestras en un gel de azarosa, se desnaturaliza el ADN y se transfiere a nailon. La identificación se hace por hibridación con la sonda unilocus tratada radiactivamente. El primer hijo (H1) es el resultado de una relación anterior al matrimonio actual y no muestra homología con los alelos paternos b) determinación de la paternidad entre dos posible padres P1 y P2 de un niño N . El P2 queda identificado como el verdadero padre ___________________________________________________________________________________________ b) Obtención de fragmentos de ADN por reversotranscriptasas Dado que en los procariontes no hay proceso de maduración del ARNm, si se desea intercalar un gen eucariótico en una bacteria, no se puede introducir un segmento de ADN con intrones y exones, sino que se ha de utilizar una enzima de origen vírico, denominada transcriptasa inversa o retrotranscriptasa, para producir ADN a partir de una hebra de ARNm ya maduro (molécula en la que ya no hay intrones). Posteriormente se ha de duplicar para que se forme ADN de doble hélice, llamado ADN complementario (ADNc), y finalmente introducirlo en un vector (un virus o un plásmido) para que lo transporte al interior de la bacteria Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 4 Con este mecanismo se pueden obtener genotecas o bibliotecas genómicas c) ADN sintetizado artificialmente ADN sintetizado artificialmente según el orden deducido de la secuencia de aminoácidos de la proteína que se desea fabricar. Esto permite- introducir mutaciones y elaborar nuevas enzimas (enzimas de diseño). Se está trabajando en hacer enzimas capaces de catabolizar el insecticida DOT o el petróleo y así, mediante ingeniería genética, obtener bacterias que permitan es la recuperación de ambientes contaminados por dichas sustancias 2: Unión de fragmentos de ADN con formación de ADN recombinante Se consigue cortando con el mismo enzima de restricción, tanto el ADN que se desea insertar como el ADN del vector y soldarlos mediante el enzima ADN ligasa 3. Inserción de genes en células mediante vectores y selección de transformantes con ADN clonado ➢ a) Plásmidos ➢ b) Virus bacteriófagos ➢ c) Cósmidos ➢ d) Virus animales para la donación en eucariotas, y levaduras ➢ e) Plásmido Ti de la bacteria Agrobacterium tumefaciens a) Plásmido: Es un fragmento circular de ADN bicatenario independiente del cromosoma bacteriano con capacidad de replicación autónoma utilizando los enzimas bacterianos. Si quedan libres en el medio extracelular, pueden penetrar en el interior de otras bacterias mediante el proceso llamado transformación (este proceso se puede facilitar añadiendo cloruro de calcio que permeabiliza al ADN las membranas de las bacterias) Son de pequeño tamaño (3kb) Llevan marcadores que permiten la selección de los transformantes. Los más comunes son genes que confieren resistencia a antibióticos como: ampicilina, tetraciclina, cloranfenicol y neomicina. Ponemos como ejemplo un plásmido que contiene un sitio para el enzima de restricción llamado BamH1, que se localiza dentro del gen para la resistencia a la tetraciclina y otro lugar para la enzima de restricción Pstl que está dentro del gen de resistencia a la ampicilina. Si se inserta un fragmento de ADN foráneo en uno de estos sitios, la resistencia para el antibiótico se pierde, fenómeno conocido como inactivación por inserción. Esta inactivación por inserción se usa para detectar la presencia del ADN donado dentro del plásmido. Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 5 Si el plásmido es digerido por BamH1 y se liga a un ADN foráneo digerido por el mismo enzima de restricción y se introduce en bacterias, aquellas bacterias que siendo resistentes a la ampicilina son sensibles a la tetraciclina, son las que contienen el plásmido con el ADN donado El paso del plásmido al interior de una bacteria se llama transformación b) Utilización de virus bacteriófagos La modificación del ADN de una bacteria por el ADN de un virus se llama transducción El más utilizado es el fago lambda () que tiene un genoma de sólo 49 Kb Los vectores tienen la ventaja de que el ADN extraño se empaqueta con el ADN del fago, "in vitro", formándose un ADN recombinante que penetra en la bacteria por la inyección que produce el propio virus, posteriormente en el interior de la bacteria el ADN foráneo se integra al cromosoma bacteriano La recombinación tiene lugar en el interior de la bacteria, la infección por el fago es muy eficiente El siguiente paso es poner a las bacterias en un medio de cultivo apropiado para que se multipliquen. A la vez que se reproducen las bacterias lo hace también el gen que se ha integrado en el cromosoma bacteriano, el resultado es que se obtiene un clon de células que llevan todos esos genes de interés. Se pueden formar diferentes clones con genes de interés para el hombre. Este conjunto de clones se denomina biblioteca genómica. d) Plásmido Ti de la bacteria Agrobacterium tumefaciens Las células vegetales pueden someterse a tratamientos que modifiquen su patrimonio genético. Las técnicas se clasifican en directas e indirectas. Entre las técnicas indirectas cabe destacar la transformación de células mediada por Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria puede considerarse como el primer ingeniero genético, por su particular biología. Esta bacteria, presente en el suelo, es patógena de muchas plantas a las que produce un tumor conocido como "agalla de cuello". Penetra en los tejidos vegetales causando una proliferación celular. Durante el contacto con las células vegetales la bacteria transfiere a las células vegetales un plásmido llamado Ti (inductor de tumores). Este plásmido se integra en el ADN del cromosoma de la célula vegetal. Este plásmido transferido o T-ADN contiene los genes oncogénicos (onc) cuya expresión provoca una mayor producción de hormonas de crecimiento, estas son las que inducen las divisiones celulares que dan origen a la formación del tumor o agalla. Este fenómeno natural es empleado para utilizar a la bacteria Agrobacterium tumefaciens como vector de los genes que se desean introducir en una célula vegetal, con lo que se transforma dicha célula, la cual puede regenerar, por micropropagación, una planta entera que será transgénica. De esta manera, la bacteria modifica la información genética de la planta, añadiéndole los genes onc. Agrobacterium se comporta, de esta forma, como un Ingeniero genético natural. Si en el plásmido Ti se eliminan artificialmente los genes onc y se sustituyen por otros genes que interese donar, se habrá obtenido un sistema muy eficaz para introducir ADN en la planta, al mismo tiempo que se habrá evitado la aparición de la enfermedad. Entre las técnicas directas, se pueden citar la electroporación, microinyección, liposomas y métodos químicos. Otra de las herramientas que existen para la introducción directa de ácidos nucleicos a células vegetales es la biobalística. Dicha técnica representa un método físico de transformación y consiste en el bombardeo de tejidos con micropartículas cubiertas con DNA o con cualquier otra biomolécula que se pretenda introducir a células vegetales 4: Secuenciación del ADN (genómica y proteómica) La genómica es el estudio del genoma de los seres vivos El mayor éxito ha sido la secuenciación del genoma humano, con lo que se espera poder tener una capacidad de diagnóstico en individuos con riesgo de ser portadores de un gen que genere una enfermedad o el desarrollo de terapias génicas El genoma humano contiene entre 32-39 mil genes que codifican para proteínas (5%) Alrededor del 50% del genoma está constituido por secuencias repetidas de ADN Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 6 Los humanos comparten el 99,9% del genoma y la distribución de los genes en los cromosomas es irregular La proteómica tiene como objetivo estudiar el conjunto de proteínas expresadas por un genoma, una célula o un tejido (PROTEínas de un genOMA) El proteoma de una célula varía según el estado en el que se encuentre la célula, si se encuentra en una situación de estrés, bajo el efecto de fármacos o de una hormona. Así, en cada momento y en cada tipo celular el perfil de proteínas expresadas será diferente. La proteómica es útil para estudiar estas diferencias. Existen tres ramas en la proteómica que tratan de caracterizar el proteoma estudiando distintos aspectos del mismo: •La proteómica de expresión, buscar la relación entre genoma y proteoma •La proteómica estructural se encarga de la caracterización de la estructura tridimensional de las proteínas •La proteómica funcional se encarga de la localización y distribución subcelular de proteínas y de las interacciones que se producen entre las proteínas y otras moléculas con el fin de determinar su función Las aplicaciones de la proteómica son múltiples, pero actualmente se destacan las siguientes: •Identificación de nuevos marcadores para el diagnóstico de enfermedades •Identificación de nuevos fármacos •Determinación de mecanismos moleculares involucrados en la patogenia de enfermedades •Análisis de rutas de transducción de señales Transgénesis La transgénesis se puede definir como la introducción de ADN extraño en un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte a todas las células en los organismos multicelulares. Generalmente, en animales, el ADN extraño, llamado transgén, se introduce en zigotos, y los embriones que hayan integrado el ADN extraño en su genoma, previamente a la primera división, producirán un organismo transgénico; de modo que el transgén pasará a las siguientes generaciones a través de la línea germinal (gametos). Transgénico se refiere a una planta o a un animal en cuyas células se ha introducido un fragmento de ADN exógeno, o sea un ADN que no se encuentra normalmente en ese organismo Entre las aplicaciones de los animales transgénicos se pueden destacar: La posibilidad de estudiar a nivel molecular el desarrollo embrionario y su regulación. Manipular de forma específica la expresión génica in vivo. Estudiar la función de genes específicos. Poder utilizar a mamíferos como biorreactores para la producción de proteínas humanas. La corrección de errores innatos de metabolismo mediante terapia génica. La transgénesis puede efectuarse siguiendo dos estrategias distintas: Transgénesis por microinyección en zigotos Desde que en 1982 se obtuviera un ratón transgénico, la producción de animales transgénicos es cada vez más cotidiana, existiendo ya animales transgénicos de las siguientes especies: ratón, rata, conejo, cerdo, vaca, cabra y oveja. La técnica se realiza, fundamentalmente por microinyección y se realiza de la siguiente forma: En la primera fase, se aíslan un número grande de óvulos fertilizados. Se consigue sometiendo a las hembras a un tratamiento hormonal para provocar superovuladón. La fertilización puede hacerse in vitro o in vivo. En la segunda fase, los zigotos obtenidos se manipulan uno a uno y con una micropipeta a modo de aguja, se introduce una solución que contiene ADN. En la tercera fase, estos óvulos son reimplantados en hembras que actuarán como nodrizas permitiendo la gestación hasta término. Por último, tras el destete de los recién nacidos, éstos se chequean, para ver si ha ocurrido la incorporación del transgén. Transgénesis por manipulación de células embrionarias. Una estrategia más poderosa para la transgénesis implica la introducción de ADN extraño en células embrionarias totipotentes (células ES) o células embrionarias madres (células EM). Estas células se toman del interior de la blástula en desarrollo y se pasan a un medio donde se tratan con distintos productos con lo que se conseguirá que las células no se diferencien, y se mantiene su estado embrionario. Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 7 El ADN extraño se introduce en las células ES mediante diversas técnicas, posteriormente las células transfectadas son reintroducidas en una blástula y ésta reimplantada en una hembra. Con esta técnica los neonatos son quimeras; pero mediante el cruce de éstas se consiguen animales transgénicos con aquellas quimeras que hayan incorporado el transgén en su línea germinal Cuando la integración del transgén ocurre después de la primera división celular, el animal es quimérico, lo que quiere decir que las células de su cuerpo tienen diferentes características, según tengan o no el transgén, así en la "ovecabra" quimera entre oveja y cabra, las células de su piel, unas producían lana y otras pelo Transferencia mediante vectores virales Los retrovirus son capaces de transportar la secuencia génica que se quiera insertar hasta el núcleo de las células receptoras. Sin embargo, como con la microinyección, también aquí el gen se inserta al azar en el genoma. Puesto que el ADN se localiza en distintos lugares en células diferentes, los animales que nacen de esta forma suelen ser mosaicos genéticos o quimeras, no expresan completamente la característica que aporta el nuevo gen insertado porque no todas sus células lo portan, por lo que hay que realizar mezclas y selecciones hasta conseguir el animal completamente transgénico. La transmisión del transgén sólo es posible si el retrovirus se integra en algunas de las células germinales. CLONACIÓN DE ANIMALES Clonar significa crear un ser vivo idéntico a otro, a partir de una célula del organismo original La naturaleza produce de modo natural clones, sin mediación humana como es el caso de los gemelos monocigóticos que comparten una información genética idéntica Clonación: es la tecnología para producción de individuos genéticamente idénticos. Es un sistema de reproducción en la que no participan ovocitos y espermatozoides en la formulación genética, sino que la carga genética contenida en el ADN de los cromosomas es provista por células somáticas.. El principio de la clonación está en la obtención de organismos idénticos genéticamente, y por tanto morfológica y fisiológicamente, como lo son dos gemelos univitelinos. Esto ha sido el sueño de muchos ganaderos, que han deseado que todo su ganado tuviera las cualidades de algún ejemplar especialmente bueno. Se pueden utilizar dos métodos para conseguir clones de animales: Por DISGREGACIÓN DE CÉLULAS EMBRIONARIAS. Se basa en el mismo principio por el que nacen gemelos de forma natural. Se pueden separar las células de un embrión en diferentes estados de desarrollo, desde el estado de 2 células hasta el estado de mórula. Cada célula separada puede funcionar como un zigoto que puede desarrollarse para dar un individuo completo. Por TRANSFERENCIA NUCLEAR. Transferencia nuclear: Transferencia de núcleos diploides a ovocitos, óvulos o cigotos enucleados: Núcleos transferidos procedentes de células embrionarias no diferenciadas (paraclonación) Núcleos transferidos procedentes de células diferenciadas (adultas o fetales). Fue el método utilizado para donar a la Oveja Dolly. Desde el punto de vista de sus posibles aplicaciones, la importancia de utilizar como donadores individuos adultos radica en su «valor genético probado». Oveja Dolly En 1.997, el Instituto Roslin, en Escocia, clonó por primera vez (después de 277 intentos) en la historia a un mamífero a partir de una célula diferenciada de otro. Dolly, es el primer mamífero de la historia que se ha clonado de un adulto. Antes de Dolly, científicos de diversas partes del mundo habían logrado donar sapos, monos, ovejas y vacas. Pero siempre habían utilizado células de embriones, las cuales tienen la capacidad de dividirse y dar origen a un nuevo ser. En la década de los 70 se descubrió, gracias a un experimento con sapos, que era posible donar individuos completos a partir de células diferenciadas. Clonación: De la ubre de la madre de Dolly, los científicos sacaron una célula, que contiene todo el material genético (ADN) de la oveja adulta. Después, de otra oveja, a la que llamaremos oveja X, le extrajeron un óvulo, el cual serviría de célula receptora. Al óvulo se le sacó el núcleo, eliminando así el material genético de la oveja donante. Se extrajo el núcleo de la célula mamaria y, mediante impulsos eléctricos, se fusionó al óvulo sin núcleo de la oveja X donante. Con los mismos impulsos se activó al óvulo para que comenzara su división, tal y como lo hacen los óvulos fertilizados en un proceso natural de reproducción. Al sexto día, ya se habrá formado un embrión, el cual fue implantado en el útero de una tercera oveja, la madre sustituta, que tras un periodo normal de gestación, dio a luz a Dolly: una oveja exactamente igual a su Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 8 madre genética. Cuanto más diferenciadas estén las células donantes de material genético, más difícil es conseguir la reprogramación de dicho material genético para que pueda iniciar la diferenciación de la célula receptora. Actualmente es posible obtener clones de células totalmente diferenciadas de un animal adulto que actúan como donantes de su material genético, como ocurrió en el caso de la famosa oveja Dolly. “La oveja Dolly fue sacrificada a los 6 años de edad al padecer una grave infección pulmonar “las ovejas pueden vivir entre once y doce años, las infecciones de pulmón son comunes en las ovejas de mayor edad, especialmente las que viven en recintos cerrados” El ganado transgénico que se emplea para producir proteínas terapéuticas, debe contener en el ADN extraño de sus células, además del gen codificante de la proteína, una secuencia o promotorque haga que se exprese dicho gen en unas determinadas células solamente. Por ejemplo, si se quiere que la proteína se produzca junto con la leche, el transgén se fusiona con una secuencia reguladora de una proteína de la leche, con lo que la proteína sólo se formará en las células de glándulas mamarias. Esto es lo que se hizo con la oveja Tracy en 1992, la primera oveja que produjo una proteína humana. Lo mismo se ha hecho para la famosa cerda Genie, que fabrica en su leche la proteína C humana que controla la coagulación sanguínea y es necesaria para los hemofílicos TERAPIA GÉNICA. Estrategia orientada a curar las deficiencias genética, introduciendo una o varias copias de genes normales para sustituir la función de genes ausentes o mutantes en los cromosomas de las células de enfermos, para así curar la enfermedad La terapia génica puede aplicarse aplicando dos estrategias: Insertar una copia sana de un gen en las células del paciente para compensar el efecto del gen defectuoso. No es necesario que se integre en un determinado sitio del cromosoma, es suficiente que sobreviva y se exprese, es decir que pueda producir la proteína necesaria que el gen defectuoso no hace. Se puede considerar como el primer caso de terapia génica (1990). Se trataba de una niña que había heredado un gen defectuoso de cada progenitor y sufría una Inmunodeficiencia combinada grave (SCID), al faltarle una enzima, la desaminasa de adenosin (ADA), enzima necesaria para el correcto funcionamiento del sistema inmune. Se había convertido en lo que se denomina "niña burbuja" con pocas posibilidades de supervivencia. Se le extrajeron leucocitos y en ellos se insertaron copias normales del gen defectuoso y se devolvieron los leucocitos tratados a la sangre de la paciente. La experiencia fue un éxito y en la actualidad Ashanti desarrolla una vida completamente normal y únicamente precisa esporádicos tratamientos de recuerdo (terapia ex vivo) Introducir un gen especialmente diseñado, sería una segunda estrategia, con la que se les daría una nueva propiedad a las células. Por ejemplo, introducir en los linfocitos un gen que produzca un inhibidor de la replicación del virus del SIDA. Comentario a la clonación: Las alteraciones del patrimonio genético en animales plantean problemas éticos. Entre las consecuencias que se han barajado para considerar ilícita la clonación es el factor medioambiental. A la larga supondría un detrimento de la variabilidad genética y de adaptación de las especies. Debemos evitar el abuso de la naturaleza, protegerla de los efectos de una manipulación irracional e injustificada por parte del hombre. Algunos investigadores consideran que el uso y manipulación del genoma de animales y vegetales puede ser uno de los principales instrumentos para acabar con el hambre del mundo o aportar excelentes fábricas vivas de sustancias químicas muy valiosas para el hombre. Como principio ético debemos decir que estas alteraciones deben estar orientadas al servicio del hombre o la naturaleza de forma directa o indirecta, y como consecuencia el investigador no puede actuar con la intención de dañar con la manipulación del genoma, ni al propio animal ni a los seres humanos. Dentro de las investigaciones sobre clonación humana se distinguen dosclonación tipos según su finalidad: La reproductiva, cuyo objetivo sería crear personas idénticas, La terapéutica, que se limita a la cría de embriones para, a partir de ellos, obtener células troncales con las que tratar enfermedades La terapéutica Las células troncales embrionarias poseen la peculiaridad de que pueden dar lugar a cualquiera de los doscientos tejidos del cuerpo humano, lo que promete revolucionar el campo de los trasplantes y el tratamiento de enfermedades como las de Alzheimer y Parkinson. Sin embargo, la experimentación con esas células plantea problemas éticos, pues su extracción supone la muerte del embrión, por lo cual los antiabortistas consideran que equivale a la interrupción de un embarazo. Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 9 La mayoría de los científicos, en cambio, consideran que sólo se podría hablar de aborto si los embriones se extrajeran del útero de la madre, cosa que no ocurre, puesto que para este tipo de investigaciones se emplean embriones desechados en tratamientos de fertilización in vitro. No obstante, lo ideal, según los expertos, sería la cría de embriones mediante la clonación de células de los propios pacientes, lo que eliminaría toda posibilidad de rechazo. Las células troncales embrionarias pluripotentes fueron aisladas por primera vez en 1998 por un equipo de la Universidad de Madison (Wisconsin, EEUU). La reproductiva Por el contrario, la clonación reproductiva tiene el objetivo de reproducir seres humanos completos, viejo sueño de los defensores de la superioridad de unas razas sobre otras y de la eugenesia, como el médico nazi Joseph Mengele, autor de horrendos experimentos con gemelos prisioneros en el campo de concentración de Auschwitz. En nuestros días, otros científicos siguen abogando por las virtudes de esa técnica, como Panos Zavos, en EEUU, y Severino Antinori, en Italia, que en 2001 anunciaron su intención de donar un ser humano. Razones para clonar Dentro de una "casuística-ficción" podrían plantearse las razones que trataran de justificar la donación en humanos: a) El deseo de una persona de perpetuarse a sí mismo mediante la técnica de clonación por transferencia de núcleo de célula diferenciada. El colmo de la clonación sería el de una mujer que pudiera ser "madre de sí misma" b) Reproducir a un ser querido malogrado. Este podría ser el caso de unos padres que, ante la muerte inminente de un hijo (por ejemplo, en accidente) deciden su clonación transfiriendo el núcleo de una de sus células. c) Un caso similar al anterior, pero aplicado al deseo de repetir un "genotipo valioso" ya probado, por ejemplo de un científico, un artista, etc. d) Obtención del individuo clónico como reservarlo para el caso de que fuera necesario en el futuro un posible trasplante de órganos. e) Se podría utilizar la transferencia de núcleos para evitar una enfermedad de tipo mitocondrial transmitida por vía materna. Para ello, se obtendría por fecundación "in vitro “ un embrión de la pareja del que se transferiría un núcleo al ovocito de una mujer que no fuera portadora de dicha enfermedad mitocondrial y el nuevo embrión así producido sería implantado en el útero de la madre original. De esta manera, la pareja tendría "su propio hijo" en todo excepto en la información citoplasmática. En este caso el individuo obtenido no tendría que ser necesariamente clónico de nadie. f) En técnicas de reproducción asistida, se podría intentar clonar dicho un embrión único por separación de sus blastómeros (gemelación), transfiriendo al útero de la madre los tres o cuatro embriones clónicos obtenidos con objeto de aumentar la probabilidad de llegar a obtener una gestación. En este supuesto podría suceder que sólo se produjera una gestación, que daría lugar a un único individuo, o bien que hubiera una gestación múltiple que daría lugar a gemelos monocigóticos, aunque producidos artificialmente Los individuos clónicos obtenidos por partición de embriones o separación de blastómeros (gemelación) serían iguales en su información genética nuclear, tendrían el mismo citoplasma y se desarrollarían en el mismo ambienteintrauterino. Representan, por tanto, el mayor grado de identidad. Los individuos clónicos Obtenidos por transferencia de núcleos tendrían la misma información genética nuclear, distinto citoplasma y distinto ambiente intrauterino durante la gestación; por lo tanto, se parecerían entre sí menos que los gemelos monocigóticos. Ventajas y posibles e inconvenientes de los transgénicos vegetales u organismos genéticamente modificados (OGM) En cuanto a las aplicaciones en agronomía y mejora vegetal en sentido amplio, poseen tres ventajas esenciales: • Una gran versatilidad en la ingeniería, puesto que los genes que se incorporan al organismo huésped pueden provenir de cualquier especie, incluyendo bacterias • Se puede introducir un solo gen en el organismo sin que esto interfiera con el resto de los genes; de este modo, es ideal para mejorar los caracteres monogénicos, es decir, codificados por un sólo gen, como algunos tipos de resistencias a herbicidas. • El proceso de modificación genética demora mucho menos que las técnicas tradicionales de mejoramiento por cruzamiento; la diferencia es de años, en frutales, a meses. Ventajas para los consumidores • Producción de nuevos alimentos • Posibilidad de incorporar características nutricionales distintas en los alimentos • Vacunas indiscriminadas comestibles, por ejemplo: tomates con la vacuna de la hepatitis B Ventajas para los agricultores • Aumento de la productividad y la calidad aparente de los cultivos • Resistencia a plagas y enfermedades conocidas; por ejemplo, por inclusión de toxinas bacterianas, como las de Bacillus thuringiensis específicas contra determinadas familias de insectos • Tolerancia a herbicidas, salinidad, sequías y temperaturas extremas. • Rapidez. El proceso de modificación genética demora mucho menos que las técnicas tradicionales de mejora por cruzamiento, que requiere varias generaciones para eliminar otros genes que se introdujeron en el mismo cruzamiento • Plantas como biorreactores. Las plantas crecen fácilmente y pueden generar gran cantidad de biomasa en corto tiempo. Basándose en esa característica se está evaluando el uso de plantas transgénicas para la producción comercial de proteínas y diversas sustancias químicas. Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011 10 Ventajas para el ambiente • Algunas variedades transgénicas han permitido una simplificación en el uso de productos químicos, como en el caso del maíz Bt, donde el combate de plagas ya no requiere el uso de insecticidas químicos Inconvenientes • Resistencia a los antibióticos. Para localizar las células en que se ha incorporado y activado el gen introducido, un método común es la introducción de genes que determinan cierta resistencia a unos antibióticos, de modo que al añadir el antibiótico sobreviven solo las células resistentes, con el gen de resistencia incorporado y activo, y probablemente también con el gen que se desea introducir. Dicho método se utiliza con el fin de verificar que el gen de interés haya sido efectivamente incorporado en el genoma del organismo huésped. Estos genes acompañantes son denominados marcadores, y no son necesarios para el resultado final, solo simplifican el proceso para lograrlo.Se teme que la inclusión de estos elementos en los alimentos transgénicos podría hacer que la resistencia a los antibióticos se transmitiera a las bacterias de la flora intestinal, y de esta a organismos patógenos. No obstante, por orden de la FAO los alimentos transgénicos comercializados deberían carecer de los mencionados genes de resistencia. • Posibilidad de generación de nuevas alergias • Contaminación de variedades tradicionales • El polen de las especies transgénicas puede fecundar a cultivos convencionales, obteniéndose híbridos y transformando a estos cultivos en transgénicos. Este fenómeno ya ocurre con las variedades no transgénicas hoy en día. • Muerte de otros insectos o polinizadores • Impacto ecológico de los cultivos • Pérdida de la biodiversidad Jose Seijo Ramil Ingeniería genética 2010-2011
