Ingeniería Genética - GENETICA

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Ingeniería Genética
Producción intencionada de nuevos genes y alteración de
genomas, mediante la sustitución o adición de material
genético nuevo. La ingeniería genética es un campo de la
ciencia que se dedica a investigar la posibilidad de recombinar
artificialmente genes o grupos de genes para producir nuevas
combinaciones que no aparecen biológicamente. Por ejemplo,
es posible aislar genes que especifican dos proteínas diferentes
a partir de dos especies distintas de organismos, y unirlos entre
sí para dar lugar a una nueva combinación. Los ADNs
resultantes,
llamados
recombinantes,
son
instrumentos
extraordinariamente útiles en la investigación genética.
También pueden tener una utilidad práctica, con aplicaciones
importantes en medicina y agricultura.
La complejidad de los genomas eucarióticos hace que el
estudio de un gen y de su expresión sea muy difícil. Las
técnicas de recombinación permiten actualmente el estudio de
un gen aislado y amplificado mediante su transplante a un
sistema bacteriano. Las posibilidades de conseguir un beneficio
práctico son numerosas. Por ejemplo, la inserción en bacterias
de un gen sintético que codifica la hormona somatostatina
induce a aquellas a la producción de la hormona, es decir, que
el gen sintético se puede replicar, transcribir y traducir por el
huésped.
Además, las técnicas recombinantes pueden ser
adaptadas para la síntesis de vacuna: (la vacuna de la hepatitis
B está siendo obtenida por ingeniería genética, introduciendo
en levaduras el fragmento de ADN que codifica para las
proteínas de la superficie viral). De la misma manera, el gen que
codifica
la
proinsulina
humana
se
ha
recombinado
adecuadamente y se ha hecho reproducir en E. coli. El resultado
es que la bacteria produce proinsulina. Actualmente, se están
consiguiendo muchos logros en ingeniería genética. La
potencialidad de las tecnologías de ADN recombinante para
obtener beneficios es enorme.
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Aislamiento de genes y preparación de ADN complementario
El aislamiento de genes específicos de cromosomas
eucarióticos es un proceso muy difícil y lento, para el cual se
conocen dos métodos principales: Método forzado (shotgun) y
obtención de ADN complementario (ADNc) a partir del ARNm del
gen.
Método forzado (shotgun)
De aislamiento de genes y preparación de ADN
complementario: el ADN celular se trata con una enzima de
restricción de las que producen extremos escalonados. Después
los fragmentos de ADN resultantes se unen en los plásmidos de
E. coli abiertos con la misma endonucleasa de restricción.
El ADNc se inserta en un plásmido o en un vector viral.
Si el ADNc ha de incorporarse a un plásmido, se le debe proveer
de "colas" o extremos cohesivos apropiados.
Eso se consigue añadiendo a los extremos 3' opuestos de
las dos hebras del ADN doble, una serie de residuos
desoxirribonucleotídicos repetidos de la misma clase, por
ejemplo residuos A, gracias a una transferasa terminal.
Seguidamente, el plásmido experimenta una apertura en un solo
punto, dando lugar a su forma lineal, por acción de una
endonucleasa de restricción que produce extremos nivelados.
Luego, se añaden colas de poli T a los extremos 3' del plásmido
lineal, complementarias de las colas del ADNc .
Se mezclan el plásmido lineal y el ADNc y se deja que se
apareen. Entre los productos obtenidos se encuentra un
plásmido circular agrandado que contiene el nuevo gen. A
continuación se forman los enlaces covalentes por adición de
ADN
ligasa.
Transformación. - Esta etapa consiste en introducir la molécula
de ADN recombinante (el inserto y el vector unidos) en una
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célula hospedadora, donde puede ser replicado; por ejemplo, la
inserción de plásmidos en el cromóforo de E. coli. Los
plásmidos recombinados se mezclan con las bacterias. La
colonia o clon de bacterias de E. coli que adquiere el plásmido
recombinado se deja crecer durante muchas generaciones a
gran escala, lo que incrementa el número de plásmidos
recombinados.
De esta forma se ha realizado un clonado de un
determinado gen, es decir, la formación de muchas copias
idénticas que se replican a partir de un solo gen introducido en
una célula huésped. El ADN recombinado, portador de genes
procedentes de dos especies distintas, se denomina ADN
quimérico. Las bacterias que poseen el nuevo gen son capaces
de expresarlo en forma de proteínas que son vertidas al medio
de cultivo, de donde se pueden recuperar sin dificultad para su
uso.
Bibliotecas de ADN.
Los procesos de clonaje molecular y aislamiento de estos
fragmentos se inician con la construcción de una biblioteca de
ADN o un banco de ADN. Éstas están formadas por todas las
moléculas de plásmidos o fagos recombinantes originados al
unir un ADN a un vector. Las bibliotecas deben cumplir la
característica de poder introducirse en células donde cada
recombinante pueda replicarse in vivo.
Existen varios tipos de bibliotecas en función de la naturaleza
de las moléculas utilizadas y del tipo de estudio científico que
se quiera realizar. Así por ejemplo, las bibliotecas del ADN del
genoma se construyen mediante el clonaje de todo el ADN del
genoma
de
un
organismo.
Las bibliotecas de ADNc son un tipo de bibliotecas de ADN, muy
utilizadas para el estudio de genes eucarióticos que codifican
proteínas. Además, son más sencillas y ventajosas que las
bibliotecas genómicas, ya que se obtienen de ARNm maduros y,
por tanto, no contienen intrones ni secuencias que flanquean a
los genes. Éste es un dato importante, al tener en cuenta que
los hospedadores procarióticos, como las bacterias, carecen de
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una maquinaria para el procesamiento del ARN. Los clones de
ADNc permiten el estudio de las distintas poblaciones de
moléculas de ARNm que se encuentran en diferentes tipos
celulares. Las bibliotecas de ADN deben ser grandes para ser
útiles, y la probabilidad de encontrar una secuencia
determinada de un genoma depende de varios factores, entre
ellos el tamaño de los insertos, el tamaño del genoma y la
abundancia
del
ARNm
que
interese.
Aplicaciones de la ingeniería genética. - Actualmente, se presta
mucha atención a los posibles usos prácticos del ADN
recombinado. En general, existe entre la población un cierto
"miedo" a los experimentos genéticos. Pero hay que decir que el
clonado de genes y su expresión en forma de productos
proteicos por células de E. coli o de levaduras hace posible la
producción comercial de muchas proteínas de utilidad práctica
que, de otro modo, son muy difíciles de obtener en abundancia.
Los genes de algunas proteínas necesarias en medicina
han sido clonados. La insulina, que se obtenía a partir de
páncreas de cerdo, se puede hoy obtener de cultivos
bacterianos que contienen el gen humano clonado, con lo cual
proporcionan una insulina con la misma secuencia de
aminoácidos que la humana, cosa que no ocurría con la insulina
porcina. La insulina obtenida en E. Coli se utiliza actualmente
en el tratamiento de la diabetes mellitus. Igualmente ocurre con
la hormona de crecimiento (somatotropina) que se administra a
pacientes
que
padecen
enanismo.
Los interferones, agentes antivirales naturales y potenciales
anticancerígenos, pueden aislarse a partir de leucocitos de la
sangre, pero el rendimiento es de tan solo 1 microgramo por
litro, y por ello son productos muy caros. Los genes de los
interferones pueden ser clonados y expresados en bacterias,
que crecen con facilidad y producen interferón en grandes
cantidades. También podrían producirse en gran cantidad varias
proteínas de utilidad en agricultura. La incorporación de los
genes de las enzimas y de otras proteínas, que participan en la
fijación de nitrógeno en los genomas de las plantas de cultivo
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que normalmente no fijan el elemento, podría tener un éxito
mundial
absoluto.
Modificación genética en bacterias. - Las bacterias son capaces
de adaptarse a cambios de temperatura, presión o nutrientes
del medio, gracias al desarrollo de nuevos procesos
metabólicos y productos génicos que les confieren resistencia
para vivir en esas condiciones. Estos cambios suelen producirse
en los plásmidos bacterianos, los cuales se pueden aislar e
introducir en otras bacterias que asimilarán estas nuevas
propiedades.
Mediante la ingeniería genética y la utilización de plásmidos
bacterianos, los científicos pueden construir nuevas bacterias
para un determinado fin. Es el caso de los trabajos realizados
por Ken Timmis y sus colaboradores, en los que mediante la
utilización de técnicas de recombinación del ADN, han
conseguido combinar las enzimas claves de cinco rutas
distintas de degradación de compuestos contaminantes del
medio ambiente, pertenecientes a tres bacterias diferentes
(Pseudomonas putida, Pseudomonas sp. B13 y Alcaligenes
eutrophus), para originar una nueva bacteria desarrollada sobre
mezclas letales de ciertos compuestos (Clorobencenos, tolueno,
clorofenoles y xileno). La ruta metabólica resultante es estable
y regulada en respuesta a la presencia de ciertos compuestos
aromáticos.
Modificación genética en plantas. - Las plantas han sido
siempre objeto de estudio, con el fin de mejorar sus
características y obtener cultivos que permitan una mejora en
la
alimentación
y
en
la
ornamentación.
Uno de los grandes avances en la biología molecular de las
plantas se ha conseguido mediante la utilización de un plásmido
bacteriano perteneciente a la bacteria del suelo Agrobacterium
tumefaciens. El plásmido Ti, así denominado, puede transformar
una
gran
variedad
de
plantas.
El ADN transformante del plásmido Ti se llama T-ADN y puede
subclonarse en un vector compatible con la bacteria E. coli,
dando lugar a la formación de vectores transbordadores plantaE. coli. Los vectores transbordadores son plásmidos vectores
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que pueden transformarse tanto en células procarióticas como
eucarióticas.
En este caso, el plásmido recombinante pueden transformar
células de A. tumefaciens y, cuando la bacteria infecta a una
planta, transfiere el T-DNA, que se inserta en el genoma de la
célula y por tanto puede ser expresado por la maquinaria
genética de dicha célula. Aunque la inserción solo haya tenido
lugar en una célula, el gen puede heredarse gracias a que
muchas plantas pueden regenerarse a partir de tejidos
diferenciados, que pueden haber sido infectados. Estos
organismos donde se produce la integración estable de genes
extraños se denominan organismos transgénicos. La tecnología
del clonaje del T-ADN es utilizada para conseguir cultivos con
mayores ventajas nutritivas, así como para transmitir al genoma
de muchas plantas genes implicados en la resistencia a
herbicidas, con la ventaja de que no se producen daños en el
medio ambiente. La investigación está principalmente dirigida a
la posible introducción de genes extraños de plantas
resistentes o de origen bacteriano, cuya expresión origine
proteínas capaces de catabolizar dicho herbicida. Actualmente,
también se investiga la posibilidad de que plantas no
leguminosas, como el trigo y el maíz, realicen la fijación
bacteriana del nitrógeno, fenómeno de gran importancia para la
producción
de
alimentos.
Modificación genética en animales. - La manipulación genética
y las técnicas de clonaje molecular constituyen procesos y
herramientas muy utilizados en la investigación básica, como
demuestran
los
siguientes
estudios:
La introducción de un gen humano o de ratón en la mosca del
vinagre (Drosophila melanogaster) permitiría demostrar que los
procesos genéticos que controlan el desarrollo embrionario de
las diferentes especies son muy similares; las formas
corporales de todos los animales se definen por mecanismos
casi idénticos, y estos mecanismos están dirigidos por un grupo
de genes relacionados entre sí, genes HOM en invertebrados y
genes Hox en vertebrados. Teóricamente, la sustitución de un
gen HOM de una mosca por su homólogo Hox permitiría que
éste se expresara cuando y donde lo hubiera hecho el gen HOM;
sin embargo, la técnica actual no nos permite manipular genes
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enteros, por lo que solo se han utilizado secuencias de ADN de
Hox unidas a elementos reguladores inducibles por calor. Con
este experimento se ha conseguido que todas las células de
una mosca en desarrollo expresaran una proteína Hox. Además,
una de esas proteínas es la HOXD4 humana y se sabe que el gen
que la codifica tiene un homeodominio semejante al de la
proteína Deformded de la mosca. Cuando el gen Deformed de
Drosophila se expresa fuera de sus límites normales provoca
anomalías cefálicas, y sorprendentemente, la expresión de la
proteína humana en las células de la mosca en desarrollo causa
las mismas deformidades; aunque este resultado puede ser
debido a que la proteína humana active la expresión del gen
Deformed en la mosca, siendo éste uno de los efectos de la
propia
proteína
Deformed.
Terapia génica. - Otra línea de investigación muy interesante en
la biología de mamíferos es la llevada a cabo por una nueva
técnica que permite crear ratones portadores de mutaciones
controladas de cualquier gen conocido. El proceso mediante el
cual se introducen cambios específicos en la secuencia de
nucleótidos de un gen se denomina sustitución dirigida de
genes (gene targeting), y con ella se pretende conseguir
información sobre las etapas del desarrollo embrionario
humano, la constitución de nuestro sistema inmunitario, el
funcionamiento del cerebro y la forma en que ciertos defectos
génicos
se
traducen
en
enfermedad.
Existen más de 5.000 enfermedades humanas, entre ellas el
cáncer, atribuidas a defectos genéticos; la identificación de los
genes y las mutaciones responsables de esas enfermedades
permitiría conseguir las mismas mutaciones en ratones (por
sustitución dirigida de genes). Esto permitiría estudiar con más
claridad los procesos que ocurren entre el funcionamiento
anómalo de un gen y la manifestación de la enfermedad. El
mejor conocimiento de la patología molecular de la enfermedad
ofrecerá la posibilidad de elaborar terapias más eficaces, sobre
todo las dirigidas a corregir defectos. Actualmente, la terapia
consiste en la inserción aleatoria de genes sanos en los
cromosomas, pero éstos no funcionan con la misma eficacia
que los que ocupan su lugar correcto en el cromosoma.
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Diseño de fármacos por ingeniería genética. - Mediante la
tecnología del ADN recombinante se producen actualmente
grandes cantidades de productos génicos terapéuticos a partir
de genes clonados, tales como insulina, interferones,
interleuquinas y hormonas del crecimiento. Además, gracias a
los procedimientos de clonaje, expresión y purificación, se trata
de identificar la proteína clave en un proceso patológico,
aislarla en grandes cantidades, determinar su estructura
tridimensional mediante cristalografía de rayos X, y finalmente
diseñar moléculas que inhiban su función. Actualmente, los
fármacos que se utilizan son poco selectivos y actúan por igual
en todas las especies, con lo cual resultan tóxicos para el
agente patógeno pero también para el hospedador. Uno de los
principales objetivos de la biotecnología es el desarrollo de
fármacos, cuya acción sea más selectiva sobre determinadas
especies. (Véase biotecnología).
Uno de estos casos es la enfermedad del SIDA, en la que
se investiga para desarrollar fármacos selectivos contra el virus
que la produce. Actualmente, se han identificado dos proteínas
claves propias del virus: una proteasa y una transcriptasa
inversa; mediante ingeniería genética se consigue una elevada
producción de estas proteínas en E. coli, y se está investigando
profundamente estas proteínas para obtener fármacos más
efectivos
y
específicos,
con
la
ayuda
de
métodos
cristalográficos y de diseños de fármacos que funcionen como
potentes
inhibidores.
Proyecto Genoma Humano. - Es un proyecto coordinado por
numerosas instituciones, que se inició en 1990 con el fin de
obtener el genoma humano completo. El genoma humano será,
en un futuro, cartografiado y totalmente secuenciado, de forma
que se clonará y se construirá un mapa de cada cromosoma
humano. Mediante el empleo de endonucleasas de restricción
se cortan los clones y se obtienen los mapas de clones
contiguos. Los datos obtenidos acerca del tamaño de los
fragmentos de restricción de cada clon se introducen en un
ordenador, que compara esos tamaños en todos los clones
analizados y determina qué clones presentan sitios de
restricción comunes, por lo que dichos clones pueden ordenarse
según este criterio. Los mapas que se obtengan serán de gran
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valor en investigaciones acerca de la organización génica y
cromosómica, así como en la identificación de genes implicados
en ciertas enfermedades genéticas.
La correlación de estos mapas con datos de secuencias
obtenidas por otros estudios permitiría la secuenciación de todo
el genoma humano. Para que este enorme proyecto obtenga
buenos resultados es necesario que se investigue en el
desarrollo de nuevos vectores de clonaje y en la tecnología
necesaria para analizar un gran número de clones. De hecho, ya
se han obtenido mapas de los cromosomas que pertenecen a
organismos más sencillos, como E. coli y el moho limoso
Dictyostelium. Sin embargo, en los humanos las técnicas de
secuenciación automática deben perfeccionarse, pues el
número de pares de bases de que consta nuestro genoma es de
3.3
x
109.
Herencia biológica.
La ingeniería genética le permite a los científicos arrancar
genes—segmentos de ADN—de un tipo de organismo y
combinarlos con los genes de un segundo organismo. De esta
manera, organismos relativamente simples tales como las
bacterias o levaduras pueden ser inducidos a fabricar grandes
cantidades de proteínas humanas, incluyendo los interferones y
las interleuquinas.
Ellos pueden fabricar también proteínas de agentes
infecciosos tales como el virus de la hepatitis o el virus del
SIDA, para su uso en vacunas. Todo organismo, aún el mas
simple, contiene una enorme cantidad de información. Esa
información se repite en cada una de sus células organizada en
unidades llamadas genes, los cuales están formados por ADN.
Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada
organismo, incluyendo metabolismo, forma, desarrollo y
reproducción.
De ellos depende la continuidad de la vida, porque
constituyen el enlace esencial entre generaciones. Esta
transmición de información genética de los padres a los hijos se
denomina herencia. Desde principios de siglo, la ciencia de la
Ingeniería Genética ha experimentado notables avances.
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La Ingeniería Genética es un término que abarca
distintos caminos para cambiar el material genético. El ADN
(codigo en el organismo vivo) es el cual contiene toda la
información almacenada en una larga cadena de una molécula
quimica que determina la naturaleza del organismo asi sea una
amiba, un arbol de pino, una vaca o un hombre y el cuál
caracteriza las particularidades individuales. A diferencia de los
gemelos el mapa genético de cada uno de nosotros es único.
Los genes individuales son secciones particulares de esta
cadena, quienes determinan las caracteristicas y funciones de
nuestro cuerpo. Los defectos de los genes individuales pueden
causar malfunciones en el metabolismo del cuerpo, y es el
origen de muchas enfermedades genéticas.
En la ingeniería genética se busca el conocimiento de lo
que son los cada uno de los genes de un mapa genético. Esto no
está tan lejos como parece, la capacidad de eliminar el factor
azar de nuestro perfil, genético esta cada vez mas cerca. Según
French Anderson (60 años), pionero de la terapia genética, "ya
existe toda la base científica necesaria, pero no tendremos
hasta dentro de 10 o 5 años la eficiencia y seguridad para llevar
a cabo transferencias genéticas en forma ética". Otro factor
limitante es que todavía el banco de genes no tiene
"depocitados" a la espere de clientes todos los complejos
conjuntos de genes que determinan la inteligencia, el buen
comportamiento y la higiene mental perfecta.
Aclaro que lo ideal de recurrir a la ingenieria genetica es
que la utilicen para prevenir o corregir enfermedades serias y
no para tener un hijo mas inteligente, o para que sea alto y de
ojos
celestes.
El problema es que la ciencia sigue progresando a velocidad de
un tren bala, llegando a menudo a una estación determinada
mucho antes de que hayan podido analizarce y comprenderse a
fondo todas las concecuancias derivadas de los adelantos. Los
descubrimientos en materia genética son asunto de todos los
días, hay bancos de datos que poseen la codificación parcial de
más de la mitad de los genes humanos. Millones de nuevas
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entradas del código genético ingresan al banco público de
genes del Centro Nacional de Información Biotecnológica.
La única terapia genética permitida hoy para su aplicación
en seres humanos es la vinculada a las enfermedades. La
ingeniería genética puede definirse como "La manipulación
deliberada de la información genética, con miras al análisis
genético o al mejoramiento de una especie". Con el
descubrimiento de la estructura del material genético, en 1953,
nace la biología molecular y con ello se inicia una nueva etapa
en la historia de la biología. El año de 1970 marca otra etapa
importante: el comienzo de la manipulación enzimática del
material genético, y por consiguiente, la aparición de la
ingeniería genética molecular, que constituye la más reciente
evolución de la manipulación genética. Los procedimientos que
se utilizan reciben el nombre de métodos del ADN recombinante
o clonación molecular del ADN.
En el pasado se utilizaban en forma empírica los sistemas
biológicos existentes, hoy ya no solamente se seleccionará uno
de esos sistemas para llevar a cabo un proceso, sino que se
diseñarán genéticamente atendiendo a la posibilidad real de
manejar su información genética y la de incorporarles la de
otros organismos. La ingeniería genética de plantas ofrece la
posibilidad de modular la expresión de genes específicos, que
son importantes para un cierto proceso metabólico.
Es posible incrementar la expresión de un determinado
gene al transformar plantas con una gen quimérico con un
promotor fuerte; o disminuir la expresión usando la tecnología
del RNA en sentido inverso (anti-RNA) y así, alterar
cuantitativamente el control de flujo de un proceso específico.
La ingeniería genética tiene un gran potencial. Por ejemplo, el
gen para la insulina, que por lo general sólo se encuentra en los
animales superiores, se puede ahora introducir en células
bacterianas mediante un plásmido o vector.
Después la bacteria puede reproducirse en grandes
cantidades constituyendo una fuente abundante de la llamada
insulina recombinante a un precio relativamente bajo. La
producción de insulina recombinante no depende del, en
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ocasiones, variable suministro de tejido pancreático animal.
Otros usos de la ingeniería genética son el aumento de la
resistencia de los cultivos a enfermedades, la producción de
compuestos farmacéuticos en la leche de los animales, la
elaboración de vacunas, y la alteración de las características
del ganado.
ABERRACIÓN CROMOSÓMICA - Anomalía en el número o en la
estructura, que concierne a uno o varios cromosomas y que es
causa de diversasenfermedades genéticas.
ADN - Molécula de la información genética que tiene 2 funciones
fundamentales:
1) replicarse y transmitirse sin errores, sea desde el cigoto
hasta las 1014 células de un individuo adulto, o para
transmitirse a través de las generaciones; y
2) contener en su secuencia de bases la información de las
decenas de miles de genes que codifican todas las proteínas de
nuestro organismo. Los avances de la biología molecular han
permitido determinar las mutaciones (errores) en genes que
producen proteínas anómalas, o que son expresadas en
cantidades anormales en diversas patologías genéticas. Los
pinguinos no tienen ADN.
ALELO - Gen alelomorfo.
ALELOMORFO - Dícese de un carácter hereditario opuesto a
otro.
Gen alelomorfo, una de entre dos o varias formas de un gen que
ocupa el mismo lugar en un cromosoma particular. SIN.: alelo.
ARN (RNA): Molécula formada por un poli-ribonucleótido de
longitud variable que contiene Uracilo en vez de Timina. Hay
tres tipos: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosomal (ARNr) y ARN
transferente
(ARNt).
ARN mensajero: Molécula de ARN que es el resultado de la
transcripción de una secuencia de ADN. El ARN mensajero
madura en el núcleo y es exportado al citoplasma para ser
traducido
en
proteína.
ARN polimerasa: Complejo enzimático que cataliza la síntesis
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de ARN (transcripción) utilizando como
antisentido de una molécula de ADN.
molde
la
cadena
AUTOSOMA - Variedad de cromosoma que no interviene en la
determinación del sexo. CONTR.: gonosoma.
BIOTECNOLOGÍA - Ciencia aplicada, formada por el conjunto de
técnicas derivadas de la biología celular y la bioquímica, que se
emplea con fines industriales y científicos. La biotecnología
engloba las diferentes técnicas de utilización de las
propiedades de los seres vivos en procesos productivos. Su uso,
en un sentido amplio, es muy antiguo: procesos como la
fabricación del vino, del queso, la cerveza o el pan utilizan las
propiedades de microorganismos para su elaboración. Hoy en
día el concepto de biotecnología se encuentra asociado al de
ingeniería genética.
El perfeccionamiento de las técnicas de biología molecular
(manejo de enzimas de restricción, plásmidos, etc) unido a un
extenso conocimiento del genoma de diferentes organismos
biológicos ha hecho posible el "diseño" de los mismos para
diferentes tipos de procesos.
El campo de aplicación de la biotecnología es inmenso.
Así, frente a los más tradicionales como es el sanitario
(fabricación de medicametos, medios diagnósticos, etc.), la
ganadería y la agricultura, aparecen nuevos campos como es la
minería (concentración de gangas), la depuración de aguas
residuales, etc. Actualmente, la biotecnología ha adquirido un
potencial enorme como consecuencia del desarrollo de la
ingeniería genética. Gracias a ésta se podrán "diseñar" los
organismos más adecuados para cada tipo de proceso.
La biotecnología, con la utilización técnicas de genética
molecular, ha permitido la obtención de proteínas tan útiles en
medicina como la insulina humana, la hormona somatotropina u
hormona del crecimiento, utilizada para tratar cierta forma de
enanismo en los niños. Otras veces el interés es económico,
como en el caso de la enzima renina, que se encuentra en el
estómago de los terneros, y que ahora se produce mediante la
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tecnología del ADN recombinante y es usada en la industria
láctea para elaborar queso.
También se ha logrado recientemente la síntesis
bacteriana de la enzima celulasa, producida en la naturaleza por
ciertos hongos, y con la capacidad de catalizar la reacción que
convierte la celulosa en glucosa, una molécula alimenticia de
gran importancia. Otro éxito interesante de la biotecnología es
la
producción
de
vacunas
empleadas
para
combatir
enfermedades virales. De esta manera, se pueden obtener
vacunas a partir de cubiertas de proteínas sintéticas que son
más seguras, al no contener material genético viral.
Biotecnología vegetal - Durante milenios se han empleado
diferentes técnicas en plantas, a fin de mejorar determinadas
características de los cultivos utilizados en la alimentación. En
los últimos cien años los avances han sido muy significativos,
gracias a las técnicas de reproducción, ya que los cruzamientos
controlados de individuos de la misma especie proporcionan
mayores rendimientos de las cosechas, así como los
cruzamientos entre especies diferentes y de la misma familia.
Hoy en día, gracias a la ingeniería genética, podemos obtener
plantas de gran interés, por ejemplo plantas de algodón que
toleran herbicidas, plantas de tabaco resistentes a insectos,
plantas de tomate con frutos que resisten el reblandecimiento,
plantas resistentes a virus, así como cereales más nutritivos y
económicos; todo ello utilizando la tecnología del ADN
recombinante.
La aparición de cultivos transgénicos es bastante reciente
debido, sobre todo, a la dificultad que presenta un genoma de
gran tamaño como el de las plantas. Uno de los ejemplos más
típicos respecto a la transferencia de genes es el caso de la
planta de tabaco resplandeciente. La infección de esta planta
por la bacteria Agrobacterium tumefaciens causa la enfermedad
de agalla de corona, producida por el plásmido Ti bacteriano.
Este plásmido es utilizado como vector para introducir genes en
las células de las plantas.
La incorporación del gen para la enzima luciferasa en el
plásmido Ti, permite determinar visualmente si los genes
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llevados por el plásmido han sido transferidos con éxito a las
células vegetales y si están siendo expresados. La presencia de
los genes bacterianos Bt, manipulados genéticamente, en
plantas de algodón permite controlar las principales plagas de
orugas. Se trata de plantas obtenidas mediante ingeniría
genética y se estima que este tipo de plantas pueden reducir el
uso de insecticidas en el algodón en un 40 o 60 %. La bacteria
B. thuringiensis ha sido muy estudiada con el objetivo de
encontrar estirpes que puedan resistir ataques de insectos
distintos de los desencadenados por las orugas. Una de esas
estirpes ha permitido diseñar un gen que es eficaz contra el
escarabajo de la patata (Leptinotarsa decemlineata).
También se han descubierto genes Bt activos contra
nemátodos parásitos de plantas y contra mosquitos. La
inocuidad y especificidad de las proteínas Bt hace que éstas
sean mucho más eficaces que los insecticidas de uso. Por otra
parte, otro de los aspectos en los que la ingeniería genética
esta investigando es en el control de las malas hierbas, que
compiten con los cultivos en cuanto a humedad, nutrientes o luz
solar, lo que provoca una reducción en el rendimiento potencial
de una plantación.
Para evitar esto, se estudia la posibilidad de crear plantas
capacitadas para tolerar la exposición de un único herbicida de
amplio espectro e inocuo desde el punto de vista ambiental;
esto permitiría reducir la masa total de herbicidas en uso. Otras
investigaciones están dirigidas a conseguir frenar el deterioro
de los frutos y aumentar su tiempo de almacenamiento. En este
sentido, ya se han identificado y aislado algunos genes que
intervienen en la biosíntesis del etileno, la molécula que activa
el
proceso
de
maduración
de
los
frutos.
BIVALENTE - También divalente. En genética par de
cromosomas homólogos unidos entre sí por entrecruzamiento
durante la primera profase de la meiosis de la gametogénesis.
CARÁCTER
Carácter adquirido - Rasgo distintivo que aparece en un
individuo bajo influencia de factores exteriores; el individuo
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está desprovisto cuando nace y la adaptación al medio le hace
surgir.
CARIOTIPO - Conjunto de los cromosomas de una célula
después de haber sido reunidos por pares idénticos y
clasificados según ciertos criterios.
CENTRÓMERO - Granulación que existe en cada cromosoma y
que participa en la formación del huso durante la mitosis.
CHAPERONAS - Nueva familia de fármacos que actúan
corrigiendo
defectos
conformacionales
(defectos
de
plegamiento o formación de agregados) de algunas proteínas
producidas por alteraciones genéticas y que son la causa de
enfermedades como la diabetes insípida nefrogénica, la
enfermedad hepática crónica o el enfisema.
CISTRÓN - Fragmento de gen que forma una unidad funcional.
CITOGENÉTICA
Estudia las estructuras y los mecanismos celulares
relacionados con la genética. Analiza profundamente los
cromosomas, pues se encuentran en el núcleo de la célula y
contienen los genes que son los portadores del material
hereditario. Esta rama de la genética está teniendo un gran
éxito, sobre todo por la utilización de nuevas técnicas, tales
como cultivos in vitro de tejidos y de sangre, que permiten
obtener células en división o mitosis, principalmente en la etapa
de metafase, que es donde mejor se observan los cromosomas,
y así observar los posibles desórdenes estructurales o
numéricos de los cromosomas.
Una de las alteraciones cromosómicas humanas más
importante es el síndrome de Down, que consiste en la
presencia de un cromosoma extra en el par 21. Otras
enfermedades producidas por alteraciones cromosómicas son:
el síndrome de Klinefelter, con la presencia de tres cromosomas
sexuales (XXY); el síndrome de Turner, con un solo cromosoma
sexual (X); o el síndrome de Edward, cuyos individuos poseen un
cariotipo de 47 cromosomas.
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CLONACIÓN - Proceso mediante el cual se obtiene un conjunto
de genes, células o individuos genéticamente idénticos al de la
muestra original. La palabra proviene del inglés cloning, que
significa reproducción, y es muy utilizada en biología, no solo en
el área de la biología molecular sino también en muchos otros
campos, ya que de forma natural muchos organismos
unicelulares, como por ejemplo los protozoos, provienen de un
organismo único por reproducción asexual y son genéticamente
idénticos a él; otros organismos inferiores, como bacterias,
ciertas algas y plantas se reproducen también por clonación.
En otros casos de organismos diferenciados sexualmente,
la clonación se produce cuando hay reproducción sin
fecundación, como ocurre con la división de las células
somáticas de los organismos superiores, o en los procesos de
reproducción partenogénica de algunos insectos y crustáceos.
En todos estos casos, lo que obtenemos es un clon, es decir,
una población de células todas ellas surgidas de una misma
célula única, a través de repetidas divisiones, o bien una
población de individuos producidos por reproducción asexual a
partir de un solo antecesor.
Sin embargo, estos clones también pueden conseguirse en
el laboratorio, de forma artificial, con la utilización de las
modernas técnicas de biología molecular (manejo de enzimas
de restricción, plásmidos, etc.), unido a los avances actuales de
la biología reproductiva.
Las aplicaciones de este proceso pueden verse en el
campo sanitario, con la obtención de productos génicos
terapéuticos a partir de genes clonados, como por ejemplo la
insulina, empleada para tratar las enfermedades diabéticas, y
en la ganadería y agricultura, con la obtención de animales y
plantas totalmente íntegros, como el conocido caso de la
clonación de la oveja "Dolly", que se convirtió en la protagonista
del mundo científico en 1997, y que fue la principal causa de los
numerosos debates acerca de los beneficios y peligros que
conllevaría la práctica de la clonación en los seres humanos.
18
Clonación de genes
La
técnica
que
permite
clonar
el
ADN
(ácido
desoxirribonucleico) que forma los genes se denomina
tecnología del ADN recombinante, y permite producir
segmentos idénticos de genes en grandes cantidades.
Básicamente consiste en la obtención del inserto de ADN que
interesa, mediante la utilización de las endonucleasas de
restricción; después, se promueve la unión de éste a un ADN
vector (que puede ser un plásmido o un ADN viral), el cual actúa
como vehículo de clonaje, ya que transporta el inserto de ADN a
una molécula hospedadora donde puede ser replicado; y
finalmente, la transformación, que se produce en una célula
procariótica o eucariótica.
Aplicaciones de la clonación de genes - Las primeras
aplicaciones prácticas de la clonación molecular tuvieron lugar
en plantas, por ser más fácil su manipulación. Numerosos
árboles frutales y plantas ornamentales han sido modificados
mediante la introducción de genes obtenidos por clonación, con
el fin de mejorar sus características y obtener una mejora en la
alimentación y en la ornamentación.
En otros casos, se han conseguido cultivos de cereales con
mayores ventajas nutritivas y económicas; plantas con genes
implicados en la resistencia a herbicidas, sin producir daños en
el medio ambiente; y actualmente se investiga la posibilidad de
que plantas no leguminosas, como el trigo y el maíz, realicen la
fijación bacteriana del nitrógeno, fenómeno de gran importancia
para la producción de alimentos. Y todo ello, utilizando las
técnicas de recombinación del ADN.
También mediante esta tecnología se producen
actualmente grandes cantidades de productos génicos
terapéuticos, a partir de genes clonados y expresados en
bacterias que crecen con facilidad y producen el producto
deseado en grandes cantidades.
19
Entre esos productos se encuentran insulina, interferones,
interleuquinas y hormona del crecimiento, ésta última utilizada
para tratar cierta forma de enanismo en los niños.
Además, gracias a los procedimientos de clonaje,
expresión y purificación, se trata de identificar la proteína clave
en un proceso patológico, aislarla en grandes cantidades,
determinar su estructura tridimensional mediante cristalografía
de rayos X, y finalmente diseñar moléculas que inhiban su
función.
La clonación molecular permite también construir nuevas
bacterias para un determinado fin, y así por ejemplo, se han
combinado las enzimas claves de varias rutas distintas de
degradación de compuestos contaminantes del medio ambiente,
pertenecientes a tres bacterias diferentes, para originar una
nueva bacteria que las tiene todas, y se desarrolla sobre
mezclas letales de numerosos compuestos.
Clonación de mamíferos: El primer mamífero superior
desarrollado por clonación de una célula adulta es una oveja, a
la que bautizaron con el nombre de "Dolly", obtenida en febrero
de 1997 por los investigadores del Instituto Roslin de
Edimburgo, Escocia. Este equipo de investigación ya era
conocido por conseguir ovejas clónicas a partir de células
obtenidas de embriones y cultivadas en el laboratorio, antes de
ser implantadas nuevamente en otros animales. Sin embargo, el
caso de la oveja Dolly es novedoso, por cuanto han utilizado
células de seres vivos adultos, mucho más complejas que las
células embrionarias para producir seres vivos genéticamente
iguales. Aunque esto ya se había practicado con éxito en
anfibios y ratones, el caso de las ovejas produjo una gran
conmoción en la población, por tratarse de organismos
superiores, de muchas más similitudes con los seres humanos.
El evento tuvo lugar gracias a la aplicación de una novedosa
técnica de transferencia nuclear de ADN.
La oveja fue desarrollada a partir del núcleo (con su
dotación completa de cromosomas) de una célula de la glándula
mamaria, el cual fue extraído e implantado en otra célula
(óvulo) a la que se le había eliminado su propio núcleo, la cual
20
sería
después
implantada
en
una
madre
adoptiva,
desarrollándose el embarazo. Las células de la glándula
mamaria fueron previamente sometidas a una escasez
prolongada de nutrientes, con el objetivo de que sus genes
entraran en una fase de inactivación; de esta manera, se
intentaba reproducir la misma fase del ciclo de división celular
que tenían las células de los óvulos receptores. Una vez se
produjo la transferencia nuclear, el ADN inactivado se
reprogramó y recuperó así su capacidad para crear todos los
órganos y tejidos diferenciados de un organismo vivo.
No obstante, el experimento se llevó a cabo con éxito en
tan sólo uno de los 277 óvulos utilizados para su realización, y
que culminó con el nacimiento de la oveja Dolly. Por lo tanto,
aún queda mucho por conocer sobre la totalidad de los factores
implicados en el proceso. Los científicos opinan que los
ganaderos podrían beneficiarse de esta técnica al conseguir
clones a partir de animales adultos de sus ganaderías que han
demostrado ser más productivos y resistentes a enfermedades
que otros.
La ventaja para los ganaderos de poder emplear células
adultas en lugar de embriones es que permite conocer, con
antelación, la capacidad productiva y de resistencia a
enfermedades de los animales resultantes. El empleo de esta
tecnología abre las puertas para investigar el cáncer, la biología
del
desarrollo
y
los
mecanismos
moleculares
del
envejecimiento, entre otros muchos aspectos de la ciencia.
Por otra parte, unos científicos de Oregón (EE.UU.) han
conseguido clonar dos monos, uno macho y otro hembra, con
una técnica diferente a la utilizada con la oveja Dolly, ya que los
monos fueron clonados a partir de células embrionarias
obtenidas por procedimientos de fecundación "in vitro", y no a
partir de células adultas. Uno de los objetivos de esta
investigación era conseguir animales exactos, eliminándose así
el factor de la variabilidad genética, y poder estudiar la
elaboración de nuevos medicamentos y vacunas efectivas
contra el SIDA.
21
Clonación y terapia génica - La clonación, combinada con
otros medios utilizados en biotecnología, podría realizar
importantes aportaciones a la terapia génica, y principalmente
a la terapia génica de la línea germinal. Ello permitiría convertir
a un embrión con fallos genéticos en un gemelo completamente
sano con los defectos genéticos corregidos, y así prevenirle de
enfermedades mortales o debilitantes, como por ejemplo de la
fibrosis quística o la anemia falciforme.
Se trata de una línea de investigación muy interesante en
el campo de la biología de mamíferos, pero que todavía no es
objeto de investigación en humanos. El procedimiento consiste
básicamente en cultivar las células del embrión inicial, que se
encuentran en un estadío temprano, e introducirlas un vector
que porte el gen funcional que se desea corregir. Luego, el ADN
de una de esas células modificadas se implantaría dentro de un
óvulo al que se le ha extraído su propio núcleo, comenzando el
embarazo de nuevo. De esta manera, se ha reemplazado el
embrión original por un clon más sano de sí mismo.
No obstante, a este respecto hay que tener en cuenta los
problemas éticos que el proceso pueda conllevar, pues también
podría realizarse con fines eugenésicos, racistas, etc. Además,
algunos científicos piensan que crear embriones con la sola
finalidad de realizar diagnósticos genéticos y destruir gemelos
idénticos en beneficio de los demás puede ser moralmente
sospechoso. Una aplicación de la terapia génica con
perspectivas de futuro más cercanas, es su utilización para
combatir la hepatitis, que afecta a una gran parte de la
población.
En los últimos años, se están realizando importantes
investigaciones sobre la posibilidad de utilizar terapia génica
contra el virus de la hepatitis C, ya que no todos los pacientes
responden correctamente al tratamiento con interferón. La
terapia génica consiste en usar fragmentos de virus con
capacidad para inhibir y que puedan multiplicarse. Los
experimentos realizados en tubos de ensayo han logrado frenar
al 98 % de los virus, y se espera su aplicación en humanos en
pocos años. Otra línea de investigación futura consiste en la
utilización de virus modificados por ingeniería genética, para
22
ser utilizados como vectores que transporten genes específicos
en el interior de las neuronas, de forma que puedan aportar
genes terapéuticos al cerebro humano, y así poder tratar
numerosas enfermedades neurológicas, como el Parkinson o la
enfermedad de Alzheimer.
Algunas técnicas de este tipo ya se han puesto de
manifiesto con éxito en animales de experimentación. Por otra
parte, el empleo de animales de experimentación permite
introducir, controladamente, genes humanos en sus células, y
así conseguir información sobre la forma en que ciertos
defectos génicos se traducen en enfermedad.
Existen más de 5.000 enfermedades humanas, entre ellas
el cáncer, atribuidas a defectos genéticos. Actualmente, la
terapia consiste en la inserción aleatoria de genes sanos en los
cromosomas, pero éstos no funcionan con la misma eficacia
que los que ocupan su lugar correcto en el cromosoma. Un caso
particular, en esta línea de investigación, es el de oveja "Polly";
una oveja clonada que, antes de la clonación, fue tratada por
ingeniería genética para que portara en su genoma el gen
humano que codifica la proteína factor IX, un componente de la
sangre que constituye el principal tratamiento para la hemofilia.
Ahora se espera que estos animales secreten la proteína
terapéutica en su leche. Las clonaciones de las ovejas y de los
monos han levantado intensos debates entre los científicos y en
la sociedad en general, debido a que nunca se habían clonado
especies de animales, sobre todo en el caso de los monos, tan
estrechamente relacionadas con el género humano, y se temen
las repercusiones éticas de una supuesta futura investigación
en el hombre. Actualmente, existe una legislación establecida
por 19 países, entre ellos España, que prohíbe la creación de
seres humanos mediante técnicas de clonación.
Las aplicaciones potenciales de la clonación humana se
centrarían básicamente en el diagnóstico y curación de
defectos genéticos, y ayudarían a solucionar ciertos problemas
a las personas que se someten a una fecundación in vitro, pues
aumentaría las probabilidades de conseguir un embarazo.
23
Muchos
científicos
sólo
consideran
lícita
esta
manipulación genética si es utilizada exclusivamente para fines
terapéuticos.
CÓDIGO GENÉTICO - (ACTG)
Instrucciones contenidas en un gen que le dicen a la
célula cómo hacer una proteína específica. A, T, G, y C son las
"letras" del código genético y representan las bases
nitrogenadas
adenina,
timina,
guanina
y
citosina,
respectivamente. Estas bases junto con un azúcar y un enlace
fosfato constituyen los nucleótidos que son la unidad
fundamental del ADN. En cada gen se combinan las cuatro
bases en diversas formas, para crear palabras de 3 letras que
especifican cuál aminoácido es necesario en cada paso de la
elaboración de la proteína.
CODON - Tres bases en una secuencia de ADN o ARN, las cuales
especifican un solo aminoácido.
CROSSING-OVER - Cruzamiento de dos cromosomas, en el
transcurso de la formación de las células reproductoras, que
permite nuevas combinaciones de caracteres hereditarios. SIN.:
entrecruzamiento.
Deleción - Es una mutación estructural en la que se produce
pérdida de material génico. Su efecto depende de si el individuo
es heterocigoto u homocigoto respecto a la variación
estructural. En general, cuanto mayor es la deficiencia o
deleción, mayor es el desequilibrio génico producido, pudiendo
llegar a ser inviable el gaineto o cigoto portador del cambio. Si
sobreviven, la deleción se transmite a la descendencia como un
factor mendeliano.
DERIVA
Deriva genética - En una población limitada, evolución debida al
azar.
DISEÑO DE FARMACOS - Mediante la tecnología del ADN
recombinante se producen actualmente grandes cantidades de
productos génicos terapéuticos a partir de genes clonados,
tales como insulina, interferones, interleuquinas y hormonas del
24
crecimiento. Además, gracias a los procedimientos de clonaje,
expresión y purificación, se trata de identificar la proteína clave
en un proceso patológico, aislarla en grandes cantidades,
determinar su estructura tridimensional mediante cristalografía
de rayos X y, finalmente, diseñar moléculas que inhiban su
función. Actualmente, los fármacos que se utilizan son poco
selectivos y actuan por igual en todas las especies, con lo cual
resultan tóxicos para el agente patógeno pero también para el
hospedador.
Uno de los principales objetivos de la biotecnología es el
desarrollo de fármacos cuya acción sea más selectiva sobre
determinadas especies. Uno de estos casos es la enfermedad
del SIDA, en la que se investiga para desarrollar fármacos
selectivos contra el virus que la produce. Actualmente, se han
identificado dos proteínas claves propias del virus: una proteasa
y una transcriptasa inversa, que mediante ingeniería genética
se consiguen en una elevada producción en E. coli, y que se
están investigando profundamente para obtener fármacos más
efectivos
y
específicos
con
la
ayuda
de
métodos
cristalográficos y de diseños de fármacos que funcionen como
potentes inhibidores.
DOMINANTE - Dícese de un carácter hereditario que, cuando se
posee, siempre se manifiesta en el fenotipo.
DUPLICACIÓN - Mecanismo por el cual a partir de una sola
molécula de ADN es posible obtener dos moléculas idénticas de
ADN. Las dos hebras de ADN son separadas por una
enzima(helicasa); entonces, la célula suministra los nucleótidos
que se alinean y son enlazados por otra enzima (DNAplimerasa), esto ocurre a lo largo de cada hebra separada de
DNA, que sirve de molde para una nueva. Es por tanto, la
presencia repetida de un segmento cromosómico.
Puede ser directa o inversa según el segmento
cromosómatico se repita en el mismo orden o invertido. Los
segmentos repetidos pueden estar más o menos distantes
dentro del cromosoma, o bien seguidos. En este último caso, la
duplicación se llama en tándem. La duplicación puede
producirse por una serie de roturas y reuniones. El efecto de
una duplicación depende de los genes a los que afecte. Los
25
genes duplicados producirán generalmente las mismas
consecuencias en el fenotipo que si estuvieran en su posición
normal, y la transmisión de las duplicaciones es mendeliana.
ECUATORIAL
Placa ecuatorial - Pllano mediano de una célula en el que los
cromosomas fisurados se agrupan durante la mitosis, antes de
separarse en dos grupos iguales.
ENDONUCLEASAS DE RESTRICCIÓN - El descubrimiento de
estas enzimas capaces de reconocer y cortar el ADN en puntos
determinados, fue la pista que orientó hacia el modo en que se
podían recombinar los genes en el laboratorio. Si se quieren unir
dos ADNs, cada uno de los cuales procede de una especie
diferente, podemos utilizar dichas enzimas como herramientas.
Cada ADN se trata con una endonucleasa de restricción que
origina en este caso un corte escalonado en las dos hebras
dobles de ADN. Los extremos escalonados del ADN1 y el ADN2
son complementarios, con lo cual, una condición que tienen que
tener los dos ADNs que se quiere unir es que tengan un pequeño
fragmento igual en sus secuencias.
Los dos DNAs así cortados se mezclan, se calientan y
enfrían suavemente. Sus extremos cohesivos se aparearán
dando lugar a un nuevo ADN recombinado, con uniones no
covalentes. Las uniones covalentes se consiguen añadiendo
ADN ligasa y una fuente energética para formar los enlaces.
(Corresponde a la forma A del esquema).
Otra enzima clave para unir ADNs es la transferasa
terminal,
que
puede
adicionar
muchos
residuos
de
desoxirribonucleótidos sucesivos al extremo 3' de las hebras
del ADN. De este modo pueden construirse colas de poli G
(nucleótidos de guanina) en los extremos 3' de las dos hebras
de ADN dúplex y colas de poli C (nucleótidos de citosina) en los
extremos 3' del otro ADN. Como estas colas son
complementarias, permitirán que los dos ADNs se unan por
complementareidad. Posteriormente, se forman los enlaces
covalentes por la ADN ligasa.
ENFERMEDADES HEREDITARIAS - Son causadas por falta,
deficiencia o distorsión de proteínas que a su vez han sido
26
provocadas por errores en la información genética contenida en
la secuencia de ADN. La genética molecular nacida de la
conjunción de la genética y las técnicas de biología molecular
ha permitido analizar directamente los genes y proteínas que
están involucradas en enfermedades hereditarias. La mayoría
de las enfermedades hereditarias carecen de causa primaria
conocida, es decir no se ha caracterizado el gen/la proteína
deficiente que las produce, aunque a la fecha decenas de genes
y proteínas han sido identificados como causa o predisposición
de algunas de ellas. Ejemplos como los genes cuyas mutaciones
provocan la mucoviscidosis (CFTR), la enfermedad de
Huntington (HD) u otros genes que predisponen a la diabetes
(INS, DQB, GCK). La comparación entre los genes normales y
mutados dan una explicación del mecanismo causal en estas
enfermedades.
EPISOMA - Partícula celular del citoplasma, portadora de
información
genética.
EPISTASIS - Carácter dominante de un gen sobre otro no alelo.
FACTOR - Agente causal hereditario que determina cierto
carácter en la descendencia.
GEN o GENE - Unidad básica de material hereditario, que ocupa
un locus en un cromosoma, y determina la aparición de los
caracteres hereditarios en plantas y animales. Germen
transmitido de un carácter o rudimento del mismo, invisible
hasta que, en 1932, fue fotografiado por el biólogo
norteamericano John Belling. Se han localizado en los
cromosomas. Por ello transmiten los padres a los hijos sus
cualidades propias a través del núcleo de las células
germinativas, en las cuales previamente se ha realizado la
segregación de caracteres, ya que es imposible acumular en un
individuo todas las cualidades de dos. Los genes son
subdivisiones funcionales del ADN.
En biología clásica se definían como una parte del
cromosoma que determinaba o especificaba un carácter, por
ejemplo, el color de los ojos. Hoy sabemos que un gen codifica
para una proteína determinada o para un ARN determinado. Los
genes que codifican para cadenas polipeptídicas o para RNAs
27
se denominan genes estructurales, ya que determinan la
estructura de algún producto final del gen, tal como una enzima
o una molécula de RNA estable.
El ADN contiene además otros segmentos o secuencias,
cuya función es exclusivamente reguladora: segmentos que
delimitan el comienzo y el final de los genes estructurales y
segmentos que participan en la puesta en marcha de la
transcripción de genes estructurales. Por lo tanto, los
cromosomas contienen genes estructurales y secuencias
reguladores. Mediante diversos procedimientos genéricos se
han podido realizar mapas que muestran la disposición
secuencial de muchos genes en los cromosomas.
El sitio del cromosoma en que se localiza un gen
determinado se llama locus genético y cuando un gen que
ocupa un locus determinado puede existir en dos o más formas
diferentes, éstas se llaman alelos. Algunos genes están
repetidos muchas veces en los cromosomas. Así, por ejemplo,
los genes que codifican para las histonas tienen múltiples
copias, ya que los embriones tempranos deben fabrican
histonas muy rápidamente durante este período de rápido
crecimiento.
La mayor parte de los genes eucarióticos que han sido
estudiados tienen una característica estructural distintiva, que
no se da en los procariontes, y consiste en que sus secuencias
de ADN contienen uno o más segmentos de ADN que no
codifican para la secuencia de aminoácidos del polipéptido.
Estos segmentos que no se traducen se denominan intrones,
mientras que los segmentos codificadores del gen se llaman
exones.
GENÉTICA - Ciencia que se ocupa del estudio de la herencia
biológica, y estudia la forma en que los genes actúan y se
transmiten de ascendientes a descendientes. Los seres vivos se
encuentran en un continuo estado de adaptación a los cambios
que se producen constantemente en su ambiente. Las múltiples
combinaciones que se pueden establecer entre las cuatro bases
nitrogenadas del ADN (adenina, timina, guanina, y citosina) son
la causa de los cambios producidos en la composición genética
de las poblaciones y de la diversidad de los seres vivos. Estos
28
cambios dan como resultado final el proceso de evolución de
las especies, y como consecuencia de ésta los descendientes
pueden ser muy distintos de sus antepasados. De creciente
importancia son los estudios genéticos encaminados a prevenir
la aparición de defectos físicos de tipo hereditario en los
descendientes
antes
de
su
nacimiento.
Historia de la genética –
La Historia de la Genética: es casi tan antigua como la
Humanidad. Desde bien temprano, el hombre ha podido observar
que un organismo vivo solo engendra otro semejante, y que
tanto el macho como la hembra eran necesarios para producir
hijos, a los que trasmitían una serie de características, tales
como el color de los ojos, el color del pelo, una nariz grande,
etc; además, en la organización social de la humanidad, la
herencia biológica ha sido siempre un factor muy importante,
determinando la posesión de tierras, de riquezas y de poder.
Los antiguos egipcios ya sabían cómo producir frutos por
fecundación artificial, mediante el cruzamiento de las flores
masculinas de una palmera datilera con las femeninas de otras.
Desde épocas muy remotas, el hombre ha manipulado animales
domésticos y plantas, mediante la reproducción selectiva, para
mejorar ciertas características en beneficio de una mejor
alimentación.
La observación de ciertos animales o plantas daba lugar a
la fabulación de leyendas que intentaban dar una explicación
sobre la existencia de ciertos individuos. Así por ejemplo, los
primeros naturalistas explicaban que el camello y el leopardo se
apareaban de vez en cuando, para dar lugar a un animal tan
extraordinario y tan poco común como la jirafa; y de hecho, la
jirafa común aún lleva el nombre científico de Giraffa
camelopardalis.
Las primeras teorías sobre la herencia fueron expuestas
por Hipócrates (460-377 a.C.), para el cual existían una especie
de semillas repartidas por todo el cuerpo y que se transmitían a
los hijos en el momento de la concepción, por lo que éstos se
parecían a sus padres. Un siglo después, Aristóteles rechazó
estas teorías y propuso otras que permanecieron durante
mucho tiempo vigentes. Según él, el semen de los machos podía
29
contener partículas heredadas de generaciones pasadas; en la
fecundación se producía una mezcla del flujo masculino con lo
que él llamó el semen femenino (flujo menstrual), y a partir de
esa mezcla se formaba la carne y la sangre de los individuos.
Hasta el siglo XVII no aparece la teoría de la generación
espontánea, según la cual algunas formas de vida, como
moscas o gusanos, pueden surgir espontáneamente en el polvo
o en el cieno.
Así, los ratones se desarrollan a partir de los granos
húmedos y los piojos de las plantas se condensaban a partir de
una gota de rocío. Esta teoría permaneció vigente hasta que
Pasteur, en 1864, demostró que los microorganismos aparecían
por causa del aire contaminado y no espontáneamente, como
sostenían sus opositores.
En 1672, el holandés Reiner Graaf describió los folículos
producidos por los ovarios, que hoy en día llevan su nombre,
pero fue en 1827 cuando Karl Ernst von Baer descubrió el huevo
(óvulo) en el interior de los folículos de De Graaff. Por aquella
época había dos tendencias: por una parte, los espermistas, que
afirmaban que en el líquido seminal del macho visto en el
microscopio existían unas criaturas diminutas denominadas
humúnculos u hombrecitos, y por otra parte, los ovistas, que
afirmaban que era el huevo femenino el que contenía el futuro
ser humano en miniatura, y los animáculos del macho sólo
servían para estimular el crecimiento del huevo.
Los posteriores estudios realizados están muy ligados a la
explicación de la evolución de las especies. Así por ejemplo,
Lamarck en 1809, admite la influencia del medio sobre el
desarrollo de los órganos de los animales y sostiene que esos
caracteres adquiridos se hacen hereditarios, como ocurre con
el cuello largo de la jirafa. La evolución, según Darwin, se
produce cuando la selección natural actúa sobre los caracteres
que pueden ser heredados, por tanto las mutaciones son para él
responsables de la evolución de las especies.
La hipótesis más aceptada en el siglo XIX fue la de
herencia por mezcla, de tal forma que al unirse los óvulos y
espermatozoides se produce una combinación, cuyo resultado
es una mezcla equitativa de ambos.
30
Por ejemplo, la descendencia de un animal de pelo blanco
con otro de pelo negro sólo podría ser gris, y su progenie
también lo sería pues, al mezclar el material hereditario blanco
y gris, éste ya no podría volver a separarse. Evidentemente,
esta teoría era incompatible con los estudios sostenidos por
Darwin sobre la selección natural y las variaciones hereditarias.
Sin embargo, fue también durante la primera mitad del siglo
XIX, cuando se realizaron los primeros estudios de la
transmisión de los caracteres biológicos en plantas.
Gregor Mendel es el verdadero fundador de la genética y
sus experimentos de hibridación, realizados en el jardín de un
monasterio del que llegó a ser abad, llevaron a una nueva
comprensión del mecanismo de la herencia biológica y al
nacimiento de la genética como ciencia. Así, el concepto de
mezcla fue reemplazado por el concepto de unidad. Mendel
realizó sus experimentos con el guisante común (Pisum
sativum), una planta fácil de cultivar y de rápido crecimiento.
Mendel demostró que la herencia de los caracteres, por él
estudiados, era debida a la trasmisión, efectuada según unas
leyes establecidas por él mismo, llamadas leyes de Mendel, de
unas unidades que se redistribuyen en cada generación, a las
cuales denominó Elemente y que hoy son conocidas como
genes. (Véase Genética mendeliana).
Mendel publicó sus resultados en 1866, pero éstos pasaron
desapercibidos durante 35 años, hasta que en 1900 su trabajo
fue redescubierto independientemente por tres científicos a la
vez (De Vries, Correns y Tschermak). A partir de entonces, fue
también comprobada por otros investigadores mediante
experimentos realizados tanto en plantas como en animales.
Gracias a los avances en microscopía, en algunas disciplinas
como la citología, se realizaron grandes progresos.
De tal forma que durante este período, se descubrieron los
cromosomas
y
también
se
observaron
sus
primeros
movimientos durante la mitosis celular, así como el proceso por
el cual se forman los gametos, que son los portadores de la
información genética que se trasmite a la siguiente generación
(ver Gametogénesis). Los experimentos realizados en la mosca
de la fruta (Drosophila melanogaster) realizados por Thomas
31
Hunt Morgan y sus colaboradores, ayudó a establecer la teoría
cromosómica de la herencia. Estos investigadores propusieron
que los factores hereditarios se disponían de forma lineal en los
cromosomas. Posteriores investigadores contribuyeron a la
afirmación de que los genes están en los cromosomas y, por
tanto, los genes que están en el mismo cromosoma tienden a
heredarse juntos, por lo que se denominan genes ligados.
Posteriormente, se aceptó que los genes son los responsables
de la síntesis de proteínas, sosteniendo la teoría un gen-una
enzima, y por tanto, al alterar la secuencia de nucleótidos de un
gen faltaría una enzima determinada (véase Biosíntesis de
proteínas en la voz Biosíntesis).
En 1954, Watson y Crick descubren la estructura del ADN,
que representa el soporte del material hereditario. A partir de
este momento se realizan numerosos estudios sobre
replicación, biosíntesis de proteínas, biosíntesis de ARN, etc.
Posteriormente, Francis Jacob y Jaques Monod demostraron la
existencia de un sistema de regulación genética, en el que
intervienen los denominados genes estructurales, genes
reguladores y genes operadores (véase La hipótesis del operón
en la voz Genética molecular).
La aportación de los conocimientos genéticos combinados
con los de otras ciencias, como bioquímica, fisiología, etc., han
supuesto decisivos avances para la comprensión del fenómeno
de la vida y la evolución de los seres vivos. La genética
molecular y la ingeniería genética permiten modificar a voluntad
el material genético de un organismo vivo.
Genética cuantitativa - Estudia los caracteres continuamente
variables, tanto en cantidad como en extensión. Estos
caracteres pueden estar bajo la influencia de numerosos genes
(herencia poligénica), así como de las influencias del medio.
Cuando se combinan ambos casos se tiene una herencia
multifactorial. El efecto de esos genes sobre un determinado
carácter puede ser diferente, además, los genes pueden
interactuar entre sí. Ejemplos de caracteres estudiados por la
genética cuantitativa son el peso, la altura o el grado de
pigmentación.
32
Genética humana - Estudia la herencia biológica del hombre.
Básicamente, se trata de un estudio entre las semejanzas y
diferencias hereditarias de los humanos, las causas que lo
producen y la forma de transmisión. Es bien sabido que muchas
enfermedades tienen un componente genético muy importante,
entre ellas el cáncer; por ello, existe un gran interés en el
estudio e identificación de genes implicados en enfermedades
específicas. Sin embargo, las limitaciones que existen en el
estudio de la genética humana son grandes, en relación con
otras especies. Los experimentos de cruce, llevados a cabo tan
fácilmente con guisantes, no son posibles con seres humanos.
Por ello, numerosas interpretaciones admitidas en el
estudio de la genética humana proceden de experimentos
realizados en animales y plantas. Uno de los grandes booms de
la genética se está produciendo actualmente con el
denominado Proyecto Genoma Humano, proyecto coordinado
por numerosas instituciones que se inició en 1990 con el fin de
obtener el genoma humano completo (construir un mapa de
cada cromosoma), y en abril del año 2000 ya se había
conseguido secuenciar todo el genoma completo, el cual está
formado por 50 millones de fragmentos de ADN; ahora queda la
tarea más difícil que es la de ensamblar esos 50 millones de
fragmentos. La genética humana consta básicamente de tres
bloques muy importantes: genética de poblaciones, genética
bioquímica y citogenética.
Genética de poblaciones - Estudia los caracteres
hereditarios y su frecuencia en grandes muestras de
poblaciones de una especie. Incluye los estudios de frecuencias
génicas, genotipos, fenotipos y sistemas de cruces. Mediante el
cálculo
estadístico,
se
han
establecido
importantes
conclusiones respecto a la heredabilidad o la frecuencia de
ciertos caracteres en una determinada población. En 1908, un
matemático inglés y un médico alemán establecieron la ley de
Hardy-Weinberg, según la cual en una población ideal, con un
apareamiento al azar, sin mutaciones, selección ni migración
diferencial, la frecuencia de alelos para un locus determinado
se mantendría igual en sucesivas generaciones; la frecuencia
de los genotipos alcanza el equilibrio. Por lo tanto, si dos alelos
de un gen autosómico (A y a) se presentan en una población con
33
una frecuencia p y q respectivamente y p + q = 1, en la próxima
generación la frecuencia de los genotipos AA, Aa y aa será p2,
2pq y q2 respectivamente, y permanecería constante de
generación
en
generación.
Son
muy
numerosas
las
consecuencias que se derivan de este equilibrio genético. Una
nueva dimensión de la genética de poblaciones comprende el
estudio de los factores que intervienen en la evolución biológica
y concretamente en la humana (véase Evolución humana).
Genética bioquímica –
Estudia la variación hereditaria con respecto a las
características bioquímicas. De los caracteres más estudiados
han sido los grupos sanguíneos y los antígenos implicados en
rechazo de transplantes, puesto que ambos están determinados
por componentes genéticos.
La inmunogenética es precisamente la rama de la genética
que estudia las relaciones entre la inmunidad y los factores
genéticos en la enfermedad. Los grupos sanguíneos constituyen
un estudio muy importante en la genética humana, por su
contribución al establecimiento de los principios genéticos y
por su importancia clínica en las transfusiones sanguíneas y en
los casos de incompatibilidad entre la madre y el feto. Adquiere
también gran importancia el estudio de las proteínas
plasmáticas, que permiten establecer diferencias hereditarias
entre los individuos. Existen, en el organismo, muchos
trastornos bioquímicos, debidos a la ausencia de una
determinada enzima o a algún defecto en su elaboración. Estos
procesos metabólicos están genéticamente regulados y
actualmente son objetos de importantes estudios. Entre las
enzimopatías más destacadas se encuentran la galactosemia y
la alcaptonuria.
Genética fisiológica - También llamada fenogenética, estudia
los efectos fenotípicos del material genético, es decir, los
efectos que produce sobre los caracteres y la morfología de los
seres
vivos.
Genética mendeliana - Realiza un estudio científico de la
herencia, en relación y concordancia con las leyes de Mendel.
Los descubrimientos de Mendel dieron lugar al nacimiento de la
34
Genética y hoy siguen vigentes muchas de sus afirmaciones, si
bien se han encontrado excepciones y variantes. Mendel
formuló dos grandes principios: el principio de la segregación,
según el cual las características hereditarias son determinadas
por los genes, que se presentan en pares, un miembro de cada
par heredado de cada padre; y el principio de la distribución
independiente, según el cual los alelos de un gen segregan
independientemente de los alelos de otro gen. Mendel no
conoció las estructuras biológicas responsables de la herencia;
se conocieron años después, cuando la teoría cromosómica de
la herencia vino a afirmar la responsabilidad de los genes en la
transmisión de los caracteres hereditarios, y la localización de
dichos genes en el interior de los cromosomas del núcleo
celular.
Genética molecular - Estudia los aspectos moleculares que
subyacen a los mecanismos de la herencia, su expresión,
regulación, variación y evolución. Su método experimental
consiste en aislar fragmentos de ADN, localizar en ellos los
genes a estudiar, establecer en ellos la secuencia de sus bases,
y estudiar las secuencias codificantes, las no codificantes, y las
reguladoras, así como las proteínas que controlan la expresión
de dichos genes. Contrariamente a la genética mendeliana y a
la genética clásica, la genética molecular parte del genotipo y
deduce el fenotipo.
Información genética - Información contenida en una secuencia
de nucleótidos de ácidos nucleicos, ADN. o ARN.
GENOMA - Conjunto de genes que especifican todos los
caracteres de un organismo. O sea, es todo el material genético
de un ser vivo. Es el juego completo de instrucciones
hereditarias para la construcción y mantenimiento de un
organismo, que pasa a la siguiente generación. En la mayoría de
los seres vivos, está hecho por un químico llamado ADN. El
genoma contiene genes que son parte del ADN y están
empacados en cromosomas que afectan características
específicas del organismo; por ejemplo, el color de los ojos o la
forma de la nariz. Imagine esta relación como un juego de cajas
chinas, una dentro de otra. La más grande representa al
genoma. En su interior, una más pequeña contiene los
35
cromosomas y en el interior de ésta se encuentra la caja que
representa a los genes. Dentro de ésta, finalmente, está la más
pequeña, el ADN. En resumen, el genoma se divide en
cromosomas que contienen genes y los genes son pedazos de
ADN. En total, el humano tiene tres mil millones de pares de
bases del genoma. Los científicos creen que su descripción
completa abre las puertas a una nueva percepción del hombre
como sujeto de experimentación en sí mismo, para alcanzar la
vida eterna, libre de enfermedades. Los gobiernos implicados en
su desciframiento aseguran que el estudio y la aplicación de
sus potencialidades tiene implicancias sociales, políticas,
económicas y culturales.
Genoma Humano - Está formado por 23 pares de cromosomas,
que se encuentran dentro del núcleo de cada una de las células,
y está formado por el DNA (3000000000 pares de bases, cada
hebra) y proteínas.
GENOTIPO - Conjunto de factores hereditarios constitucionales
de un individuo o de una especie.
HERENCIA - Transmisión de caracteres genéticos de una
generación
a
las
siguientes.
Herencia mendeliana - Forma en que se transmiten los genes y
por ende los rasgos de padres a hijos. Entre los ejemplos de
herencia mendeliana están la autosómica dominante, la
autosómica recesiva y los genes ligados al sexo.
HETEROCIGOTO o HETEROCIGÓTICO - Dícese de un sujeto o de
uno de sus caracteres cuyos alelos son diferentes.
HETEROCROMOSOMA - Cromosoma del cual depende el sexo
del cigoto.
HETEROSIS - En un cruzamiento de razas, valor medio de los
descendientes, superior al valor medio de las razas que se
cruzan.
HIBRIDACIÓN - Fecundación entre dos individuos de razas o,
más raramente, de especies diferentes; proceso de generación
de una molécula, célula u organismo combinado con material
36
genético procedente de organismos diferentes. En las técnicas
tradicionales,
los
híbridos
se
producían
mediante
el
cruzamiento de variedades distintas de animales y plantas por
alineación o apareamiento de bases de dos moléculas de ADN
de cadena sencilla que son homólogas o complementarias. La
tecnología de fusión celular y la manipulación transgénica son
las nuevas modalidades de hibridación introducidas por la
manipulación genética.
HOMOCIGOTO u HOMOCIGÓTICO - Dícese del organismo cuyos
genes alelomorfos, para un mismo carácter, son iguales.
INGENIERÍA
Ingeniería genética: conjunto de técnicas que permiten la
recombinación fuera de un organismo de cromosomas
pertenecientes a organismos diferentes.
Inversión - Se produce por un mínimo de dos roturas y dos
reuniones. En las inversiones no hay ganancia ni pérdida de
material genético y por lo tanto no hay alteración del equilibrio,
pero existen inversiones con efecto fenotípico que en un
principio se achacaron a pequeñas deleciones en los puntos de
rotura. Luego, al conseguirse reproducir la inversión
experimentalmente y su reversión a la estructura primitiva, se
ha visto que se recupera el efecto fenotípico primitivo, por lo
tanto no se había perdido material genético. Por eso se achacan
los cambios fenotípicos a un efecto de posición.
ISOGAMIA - Fusión entre dos gametos semejantes, que se
efectúa en diversas especies de algas y de hongos inferiores.
LETAL - Dícese de un gen que, en estado homocigoto, produce
la muerte más o menos precoz de quien lo lleva.
LIGADO - Dícese de cualquiera de los caracteres adscritos a un
determinado cromosoma, especialmente los sexuales, que se
distinguen por peculiaridades de la herencia.
LINKAJE - Asociación constante, en una especie animal o
vegetal, de dos características individuales que no tienen
ningún vínculo lógico.
37
LOCUS - Posición absoluta que ocupa un determinado gen en un
cromosoma. El ADN se organiza en cromosomas, por lo que se
puede asignar un lugar (o locus) a cada gen en el conjunto de
cromosomas de un individuo. Para un gen dado, un individuo
diploide tiene dos loci (plural de locus) en los dos cromosomas
homólogos, punto de un cromosoma ocupado por un gen.
MANIPULACIÓN
GENÉTICA
Formación
de
nuevas
combinaciones de material hereditario por inserción de
moléculas de ácido nucleico, generadas fuera de la célula, en el
interior de cualquier virus, plásmido bacteriano u otro sistema
vector fuera de la célula. De esta forma se permite su
incorporación a un organismo huésped en el que no aparecen de
forma natural pero en el que dichas moléculas son capaces de
reproducirse de forma continuada. Al referirse al proceso en sí,
puede hablarse de manipulación genética, ingeniería genética o
tecnología de ADN recombinante.
También admite la denominación de clonación molecular
o clonación de genes, dado que la formación de material
heredable puede propagarse o crecer mediante el cultivo de una
línea de organismos genéticamente idénticos.
MATERIAL
Material hereditario, conjunto de estructuras que en los
organismos vivos constituyen el soporte de la herencia. (Está
formado por ADN. o ARN.)
MENDELISMO - Teoría derivada de los trabajos de Mendel,
relativa a la transmisión de ciertos caracteres hereditarios y
resumida en las leyes de Mendel. (El mendelismo condujo a la
teoría cromosómica de la herencia y a la noción de gen.)
MENSAJERO - [a.r.n. mensajero]
Mongolismo
MONOSOMÍA - Condición de un organismo diploide que ha
perdido un cromosoma de su dotación cromática.
MUTACIÓN - Cualquiera de los cambios que aparecen
bruscamente en el genotipo de un ser vivo, que se transmiten
por herencia a los descendientes. El material genético puede
sufrir alteración cualitativa o cuantitativa, o redistribución.
38
MUTACIONES - Cambios bruscos en el genotipo de un
organismo, no debido a recombinación. La alteración puede ser
cuantitativa, cualitativa, o de redistribución. La aparición de
estos cambios había sido observada por los biólogos desde
hacía muchos años, pero su interpretación correcta se debe al
botánico De Vries, que en 1901 les dio el nombre de
mutaciones. De Vries, que estudió las mutaciones en la planta
Oenothera lamarkiana, consideró que consistían siempre en
cambios bruscos del genotipo, pero posteriormente las
detalladas investigaciones de Morgan y su escuela en
Drosophilla melanogaster demostraron que existen mutaciones
de muy diversos grados, ya que los cambios provocados por
ellas pueden incluso ser tan pequeños que no resulta fácil
descubrirlos.
El estudio de las mutaciones es de gran importancia
porque constituyen una de las bases fundamentales del proceso
evolutivo. La estabilidad de las moléculas hereditarias es muy
relativa. La variabilidad de formas de vida que existen, ha sido
posible gracias a la aparición de errores en el material
hereditario, lo que ha permitido la diversificación de los
organismos. Además, las mutaciones son para muchos seres la
manera de defenderse de las agresiones del medio en que viven
o de adaptarse mejor a las condiciones ambientales.
La parte negativa de las mutaciones es que muchas veces
son responsables de determinadas enfermedades que no sólo
van a afectar al organismo que sufre la mutación, sino que
pueden afectar también a su descendencia. Si la mutación se da
en una célula de un individuo en desarrollo, todas las células a
las que dé origen la mutada serán de diferente constitución
genética, formándose un mosaico (individuo en el que coexisten
varios tipos de células genéticamente distintas, que derivaron
de un mismo cigoto).
Aunque las causas de las mutaciones en el hombre son en
gran parte desconocidas, entre los factores que se han
señalado
se
encuentran
factores
ambientales
como
radiaciones, virus y productos químicos. Clásicamente se han
venido distinguiendo varios tipos de mutaciones de acuerdo con
la
forma
de
sufrir
cambios
el
material
genético.
39
Mutaciones ancuploides o desequilibradas - El número
cromosómico resultante no es múltiplo de números haploides.
Para designar este fenómeno, se nombra primero su
constitución cromosómica básica y luego un calificativo
compuesto por un prefijo que indica la ploidía del cromosoma
que no está en cantidad euploide, seguido del sufijo sómico.
Para el ejemplo anterior, el individuo AABCCC sería un
diploidemonosómico para B y trisómico para C. Como ejemplo
clásico de mutación aneuploide tenemos la trisomía del
cromosoma 21 humano, que da lugar al síndrome de Down o
mongolismo. La monosomía del cromosoma sexual X da lugar al
síndrome de Turner, caracterizado por estatura corta, resistente
al tratamiento, infantilismo genital, gónadas sin células
germinales, anormalidades renales, esqueléticas y cardiacas.
Mutaciones cariotípicas o genómicas.
- También denominadas mutaciones numéricas, afectan al
cariotipo o dotación cromosómica en su conjunto y se deben a
la aparición de un número de series haploides distinto del
normal (triploide, tetraploide, heteroploide, etc.) o aumento o
disminución de algún cromosoma. Supongamos un individuo
cuya dotación cromosómica haploide es de tres cromosomas A
B C. Un individuo diploide normal tendrá dos juegos
cromosómicos completos y su dotación será AA BB CC. Por una
mutación numérica se pueden producir células, tejidos u
organismos enteros con tres o más juegos completos.
Esos
individuos
se
denominan
autoploides
o
autopoliploides. Según su grado de ploidía, éstos podrán ser
triploides, tetraploides, pentaploides, etc., según tengan tres,
cuatro, cinco, etc., juegos de cromosomas. Las mutaciones
autoploides son mucho más frecuentes en plantas. Éste sería un
cambio euploide, porque cada juego de cromosomas está
completo
y
es
equilibrado
en
sus
genes.
Mutaciones cromosómicas - Caracterizadas por cambios en la
estructura de los cromosomas, las cuales lógicamente son
observables microscópicamente.
Tales cambios pueden consistir en la pérdida de un trozo
(delección), o en su adición, con lo cual existe un segmento
repetido (duplicación) o bien en el traslado de una porción de un
40
cromosoma a otro no homólogo (translocación), e incluso que
un trozo de cromosoma invierta su posición (inversión).
Mutaciones espontáneas - Son mutaciones que tienen lugar por
errores en el manejo interno del material genético en las
células, es decir, que ocurren de un modo natural.
Tienen lugar en la naturaleza con frecuencia relativamente
baja, ya que, a pesar de las continuas mutaciones espontáneas
que sufren los seres vivos, la identidad de los organismos se
transfiere de generación en generación con una fidelidad
extraordinaria. Esto se consigue gracias a la notable capacidad
de ciertas enzimas para proteger y reparar la secuencia de
bases específica de los cromosomas de cada organismo.
El papel de las enzimas reparadoras es muy importante, ya
que la mayor parte de las mutaciones que se producen son
automáticamente
reparadas
por
ellas.
Mutaciones estructurales - Cuando el cambio estructural se
verifica en un solo cromosoma, se llama intracromosómico.
Si afecta a dos o más cromosomas, es intercromosómico.
Mutaciones génicas - En las cuales el cambio afecta a la
constitución química de los genes. Lógicamente, por tratarse de
cambios moleculares, este tipo de mutaciones a diferencia de
las anteriores no son observables ni siquiera con el microscopio
electrónico. Actualmente sólo se consideran verdaderas
mutaciones las génicas.
Mutaciones inducidas - Son aquéllas que se producen por
influencia de factores externos. Los principales son radiación
ultravioleta, radiaciones ionizantes y mutágenos químicos.
Mutaciones puntuales - Son cambios que afectan a un gen o,
como mucho, a varios genes vecinos al mismo tiempo. También
se llaman mutaciones génicas. El gen primitivo se llama alelo
salvaje y el mutado alelo. En el hombre existen numerosas
enfermedades cuya base genética es una mutación de este tipo.
Ejemplos de ello los tenemos en la hemofilia, la talasemia y el
albinismo.
41
Las mutaciones que se originan cuando una base es
reemplazada por otra incorrecta se llaman mutaciones por
sustitución. Cuando no producen cambios en las propiedades
biológicas de la proteína para la que codifica el gen, la
mutación se llama silenciosa. Las mutaciones por inserción y
por supresión son mucho más numerosas y letales. En el punto
en que se produce la ganancia o la pérdida de una base tendrá
lugar un desplazamiento de la pauta de lectura de ADN, en
consecuencia, el producto polipeptídico tendrá la secuencia
aminoácida correcta hasta llegar al lugar de la mutación, pero a
partir de este punto, poseerá una secuencia aminoácida
falseada. Este fenómeno se conoce como corrimiento de
armazón.
MUTAGÉNESIS
Mutagénesis y carcinogénesis - El cáncer consiste en una
alteración del ciclo vital de las células, que pasan a dividirse de
forma incontrolada y adquieren ciertas transformaciones que
pueden conducir a poblaciones celulares que invaden y alteran
regiones y órganos del cuerpo. El cáncer se produce como
consecuencia de una perturbación en el funcionamiento de
ciertos genes.
La destrucción de genes reguladores del crecimiento
celular es una de las causas del cáncer; otra es la intrusión del
genoma o de parte del genoma de ciertos virus llamados
oncogénicos en el genoma humano. La exposición continua de
los seres humanos a ciertos agentes químicos, en especial en el
lugar de trabajo, da lugar a un aumento de la incidencia de
determinados tipos de cáncer. Se está dedicando actualmente
un gran esfuerzo a la evaluación de la posible implicación en la
génesis del cáncer de gran cantidad de sustancias: productos
químicos industriales, aditivos de alimentos, cosméticos,
colorantes, gases liberados por los tubos de escape, etc.
MUTÁGENO
Mutágenos químicos - Pueden actuar de varias maneras, por
ejemplo reaccionando y alterando las bases del ADN (ácido
nitroso, hidroxilamina, gas mostaza, epóxidos, dietilsulfonato),
sustituyendo las bases durante la replicación (5-bromouracilo y
2-aminopurina) o distorsionando las moléculas de ADN por
42
introducirse en ellas, causando pérdida o adición de bases
(acridina).
MUTANTE - Dícese del individuo que presenta en su genotipo
caracteres producidos por medio de una mutación y que, por
consiguiente, se diferencia genéticamente de sus progenitores.
Dícese del nuevo gen, cromosoma o genoma que ha surgido por
mutación de otro preexistente.
NUCLEICO - Se dice de los ácidos fosforados, que son uno de
los constituyentes fundamentales del núcleo de la célula.
Existen
dos
tipos
de
ácidos
nucleicos:
el
ácido
desoxirribonucleico (A.D.N.) y el ácido ribonucleico (A.R.N.). El
primero, vector de la herencia, y, como tal, presente en los
cromosomas, está formado por una doble hélice de azúcares y
grupos fosforados, a la cual están fijados pares de bases, una
púrica y otra pirimídica, unidas entre sí por un puente de
hidrógeno. La secuencia de estas bases (en número de cuatro)
constituye la información genética propiamente dicha. El A.R.N.
es análogo al A.D.N., pero consta de una sola hélice y en él el
azúcar y las bases son distintos.
Hay tres variedades de A.R.N:
El A.R.N m (mensajero), que transmite la información
genética al citoplasma.
El A.R.N r (ribosómico) que descifra el código genético del
A.R.N. mensajero y ayuda a la construcción y mantenimiento del
ribosoma .
El A.R.N t de (transferencia) que transfiere los
aminoácidos del medio celular hasta la cadena de montaje de
las proteínas.
Obtención de "ADN complementario" (ADNc) a partir del ARNm
del Gen A través de la enzima transcriptaza inversa- De
aislamiento de genes y preparación de ADN complementario: se
aísla de las células el ARNm que codifica para la proteína que
nos interesa, buscando las células que puedan contener mayor
cantidad de ARNm del que necesitamos. Por ejemplo, los ARNm
43
que codifican para las cadenas de la hemoglobina pueden
aislarse de reticulocitos y eritrocitos en gran cantidad. Los
ARNm que codifican para la proinsulina se aíslan de células
pancreáticas humanas.
El ARNm así obtenido se utiliza ahora como patrón para la
síntesis de un ADNc, utilizando la transcriptasa inversa. Sin
embargo, es necesario construir primero el ADN cebador sin el
cual la transcriptasa inversa no puede actuar.
Todos los ARNm contienen una cola de poli A (nucleótidos
de adenina) en el extremo terminal 3'. Al ARNm se le añade una
molécula de poli T (nucleótidos de timina), que aparea sus
bases con la cola de poli A del ARNm.
El pequeño trozo de ADN así obtenido actúa como cebador
de la transcriptasa inversa y así se puede transcribir el ARNm
en una cadena complementaria de ADN. Para que el proceso se
pueda dar, hay que proporcionar al sistema los nucleótidos
correspondientes: dATP, dTTP, DGTP y dCTP. A continuación se
elimina del híbrido el ARNm, y el ADNc monohebra se replica
por acción de la ADN polimerasa l dando lugar a un ADNc doble,
específico par la proteína que queremos obtener. Este ADN así
obtenido no contiene intrones ni señales de iniciación y
terminación.
Obtención de "ADN recombinante - (molécula de ácido
desoxiribonucleíco, generalmente de origen bacteriano, al que
se le ha insertado un gen procedente de otra especie).
Comprende las siguientes etapas: obtención del inserto de ADN
que interese, mediante la utilización de las enzimas de
restricción; unión de éste a un ADN vector; y la transformación
en
una
célula
procariótica
o
eucariótica.
Obtención de plantas transgénicas - Se utilizan principalmente
dos procedimientos para obtenerlas: la técnica mediada por la
bacteria
Agrobacterium
y
el
método
del
cañón.
Agrobacterium posee un plásmido inductor de tumores, en el
cual se inserta el ADN portador del caracter deseado.
Cuando la bacteria infecta a las células de la planta
transfiere el ADN. En el método del cañón se disparan partículas
metálicas bañadas en ADN sobre las células vegetales. En
ambos casos, las células incorporan el ADN en sus cromosomas
44
y regeneran una planta completa. Uno de los aspectos más
interesantes de la tranferencia genética se refiere a la
resistencia a enfermedades y, en este sentido, se investiga en
la línea de conseguir plantas resistentes a virus, ya que
actualmente no hay manera de tratar directamente los cultivos
infectados con virus. También existen importantes limitaciones
en el campo de la ingeniería genética, ya que los ingenieros
genéticos no consiguen modificar características expresadas
por más de tres a cinco genes, por lo que la dificultad para
aislar genes deseados es muy elevada en algunos casos, y
además, algunos cultivos no responden a los métodos actuales
de transferencia de genes. No obstante, las investigaciones
siguen progresando y cada vez se consiguen mejores
resultados.
Por otra parte, la biotecnología puede ser una solución de futuro
para el problema de la alimentación humana, puesto que la
producción
anual
de
alimentos
deberá
aumentar
considerablemente para satisfacer las necesidades de una
población que va en aumento, se necesitarán productos
alimenticios económicos y de gran calidad.
ONCOGÉN - Gen celular desencadenante del tumor canceroso.
OPERÓN - Conjunto de genes vecinos de un cromosoma, que
concurren en el cumplimiento de una misma función celular en
el momento en que ésta es útil.
PLÁSMIDO - Acúmulo de A.D.N. que se replica en el citoplasma
bacteriano independiente de la replicación del cromosoma e
interfiriendo en el código genético de éste. Son pequeños ADNs
de cadena doble y circular, que se encuentran en el citoplasma
de la mayoría de las bacterias. Cada plásmido contiene entre
2.000 y 100.000 pares de bases. En una sola bacteria puede
haber 20 o más copias de plásmidos pequeños y uno o dos
plásmidos grandes.
Cada plásmido contiene varios genes que se replican,
transcriben y traducen independientemente de los genes del
cromóforo bacteriano, pero simultáneamente en el tiempo. Los
45
plásmidos pasan de una célula a otra, y también de una especie
bacteriana a otra.
Por ejemplo, las resistencias de las bacterias a determinados
antibióticos se adquieren gracias a ciertos genes que muchas
veces se transfieren de unas a otras bacterias incluidas en
plásmidos. Se pueden unir genes extraños a los plásmidos con
mucha facilidad, y después ser transportados como pasajeros al
interior de las células de E. coli.
RESUMEN
Es posible extraer genes específicos de los cromosomas de
su portador natural e insertarlos en los cromosomas de otras
especies
que duplicarán el gen a medida que se
reproduzcan, dando lugar a cantidades enormes del producto
genético que entonces puede ser cosechado.
Cuando el ADN original, que contiene un gen de interés , se
inserta en un ADN anfitrión, el producto es una
recombinación del ADN.
PASOS EN LA RECOMBINACIÓN:
1. Fragmentar los cromosomas que contienen el gen de
interés
2. Una enzima de restricción corta el ADN en lugares
específicos, llamadas extremidades llamadas pegajosas (
porque sus bases no apareadas tienden a unirse con otros
fragmentos que tienen una secuencia complementaria de
nucleótidos )
3. Cada pedazo de cromosoma se inserta en un cromosoma
anfitrión de una célula diferente. La célula que fabrica el
producto genético, contiene un fragmento de ADN con el
gen de interés.
4. Los fragmentos se transfieren a células bacterianas en
donde se pueden hacer muchas copias exactas con la
clonación ( un clon es un grupo de organismos idénticos
con un ancestro común ).
5. La transferencia requiere un vector que es un organismo
utilizado para transferir el ADN original al ADN anfitrión.
46
6. El más común utilizado es la bacteria echericia coli. La
cual contiene un cromosoma circular y un pequeño circulo
de ADN llamado plasmido.
7. Los plasmidos, se empalman con los fragmentos de ADN y
mediante una enzima de restricción transportan este ADN
insertado a nuevas células bacterianas anfitrionas para su
clonación. Puesto que los plasmidos contienen genes de
resistencia a los antibióticos, se seleccionan las células
que contienen plásmidos mediante su exposición a
antibióticos ( cultivo y antibiograma )
Las células que contienen el gen de interés, se identifican
mediante la selección del producto genético o gracias con su
correspondencia en la secuencia básica en el ADN . Esta
técnica de Ingeniería Genética se ha utilizado para obtener
grandes cantidades de proteinas útiles, tales como la Insulina,
la creación de plantas resistentes a la plaga, ganados con
aumento en la cantidad de leche.
Terapia de reposición Genética
En la terapia de reposición genética se reemplazan los genes
defectuosos por genes normales. Útil en ciertos transtornos
metabólicos, transtornos con manifestación relegada o tardía
como la enfermedad de Alzheimer corea de Huntington y otra
enfermedades de origen genético que sean susceptibles de
realizarse la TRG.
POLIMERÍA - Forma particular de herencia en que diversos
genes alelos pueden sumar sus efectos para dar una gama de
variantes en el grado de intensidad de un carácter hereditario
determinado.
POLIPLOIDE - Dícese del núcleo de una célula que posee un
número de cromosomas que es múltiplo de la dotación
cromosómica normal.
RADIACIÓN
Radiación ionizante - Se destaca las radiaciones cósmicas, las
de isótopos radiactivos y los rayos X. Pueden inducir cambios
en la complementación de las bases y roturas en las moléculas
y en los cromosomas. La frecuencia de mutaciones provocadas
47
es proporcional a la dosis de radiación recibida por el
organismo y existen diferencias de sensibilidad entre unos y
otros tejidos.
Radiación ultravioleta - El efecto de la luz ultravioleta (longitud
de onda entre 200 y 400), que constituye una parte importante
del espectro solar, es de los más conocidos y consiste en una
excitación de los electrones en las bases del ADN que puede
dar lugar a dos tipos de consecuencias: 1. Cambio de una base
por su forma tautomérica. 2. Formación de dímeros de timina,
por reacción de dos timinas adyacentes. Este hecho distorsiona
la doble hélice del ADN, pudiendo producir roturas en la cadena
complementaria. Puede causar mutaciones groseras y afectar,
no a pequeñas zonas de unos pocos pares de bases, sino a
regiones más largas de ADN e incluso llegar a producir cambios
estructurales cormosómicos.
RECESIVO - Se dice del gen o carácter hereditario que no se
manifiesta en el fenotipo del individuo que lo posee, pero que
puede aparecer en la descendencia de éste.
RECOMBINACIÓN GÉNICA - Proceso por el que se produce una
nueva asociación de caracteres en un individuo descendiente
de padres que los portaban por separado.
REDUCCIÓN CROMÁTICA o cromosómica - Disminución de la
mitad del número de cromosomas de una célula que tiene lugar
durante una de las divisiones previas a la formación de las
células reproductoras.
REORDENACIÓN CROMOSÓMICA - Cambio de estructura de uno
o más cromosomas, que lleva aparejado la adquisición, la
pérdida o el desplazamiento de segmentos cromosómicos.
SECUENCIA
Secuencia de ADN - orden de encadenamiento de las bases
nitrogenadas de los nucleótidos que constituyen el ADN y que
cifra toda la información genética. Cuando es codificante
(exón), define el orden de los aminoácidos que forman la
proteína correspondiente.
48
SIMPORTADOR
Simportador o proteína simportadora. Aquella proteína
transportadora que lleva a cabo el transporte de dos sustancias
a la vez o secuencialmente en la misma dirección.
SIMPORTE. Tipo de transporte a través de membrana en el que
se transportan dos solutos a la vez o secuencialmente y en la
misma dirección. A la proteína que lleva a cabo este tipo de
transporte se le conoce como simportadora.
SISTEMA
Sistema inmune - Conjunto de defensas que funcionan para
repeler los gérmenes patógenos y destruir los agresores que
hayan conseguido entrar en el organismo.
SOMACIÓN - Variación que afecta sólo al soma de
organismo, por consiguiente, no transmisible por herencia.
un
TERAPIA
Terapia somática celular ( T.S.C ) Uno o más tejidos son
sometidos a la adición de uno o más genes terapéuticos,
mediante tratamiento directo o previa extirpación del tejido.
Esta técnica se ha utilizado para el tratamiento de cánceres o
enfermedades sanguíneas, hepáticas o pulmonares.
TETRAPLOIDE - Dícese de los individuos mutantes cuya
dotación cromosómica es doble de la de sus progenitores.
TIMINA - Una de las cuatro bases nitrogenadas contenidas en
los ácidos nucleicos y que intervienen en el código genético.
TRANSDUCCIÓN - Tipo particular de intercambio genético, que
se realiza por mediación de un bacteriófago.
TRANSLOCACIÓN - Aberración cromosómica por la cual un
segmento de cromosoma se separa y se fija sobre un
cromosoma no homólogo. Son transposiciones de un segmento
cromosómico que se coloca en otra posición dentro del mismo
cromosoma. Se necesita un mínimo de tres roturas. La
translocación puede producirse también entre dos cromosomas
distintos. Este es el caso de la mutación que da lugar a la
leucemia nucleoide crónica, en la que se ha producido una
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translocación del brazo largo de los cromosomas 9 y 22. Las
translocaciones, en el caso de que no sean letales, se heredan
de forma mendeliana.
TRIPLOIDE - Dícese del organismo cuyas células poseen tres
dotaciones cromosómicas en lugar de dos.
TRISOMÍA - Anomalía caracterizada por la aparición de un
cromosoma superfluo en un par. (El mongolismo se debe a una
trisomía.)
X - Cromosoma sexual (gonosoma), que se presenta en número
de un ejemplar en el hombre y en número de dos en la mujer.
Y - Cromosoma sexual (gonosoma) presente únicamente en el
hombre, que posee un par celular. ( haploide )