Ingeniera_Gentica

INGENIERÍA GENÉTICA
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Fundamentos básicos de la ingeniería genética
Desnaturalización e hibridación del ADN
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Nuevas disciplinas surgidas de la ingeniería genética
Aplicaciones de la ingeniería genética
1. Fundamentos básicos de la ingeniería genética
La ingeniería genética es un conjunto de técnicas que permiten manipular el
genoma de un ser vivo. Normalmente, se introducen genes en el genoma de un
individuo con diversos fines, obteniéndose, de este modo, seres transgénicos.
La base de estas técnicas son las denominadas enzimas de restricción, capaces
de cortar el ADN en puntos concretos para separar los segmentos que interesan.
Estas enzimas se localizan de forma natural en las bacterias y su función es destruir
el ADN de los virus que las parasitan. Así, Escherichia coli, una bacteria muy
común, presente en el intestino grueso humano y ampliamente utilizada en
investigación, posee una enzima de restricción denominada ECO RI, que corta el
ADN que porta la siguiente secuencia:
5’ GAATTC 3’
3’ CTTAAG 5’
Esta secuencia se conoce como diana de ECO RI y, tras actuar la enzima, se separa
del siguiente modo:
5’ G
AATTC 3’
3’ CTTAA
G 5’
Se generan, de esta forma, los denominados extremos cohesivos. Entre ellos,
puede intercalarse un fragmento de ADN de otra procedencia que haya sido cortado
también con ECO RI.
El ADN resultante del proceso anterior recibe el nombre de ADN recombinante.
Se ha formado al integrarse un segmento de ADN en otro ADN diferente.
En la producción de ADN recombinante suelen utilizarse plásmidos. Además de su
cromosoma circular, las bacterias suelen presentar en su citoplasma pequeñas
moléculas de ADN, también circular, los plásmidos, que portan unos pocos genes y
son susceptibles de ser intercambiados entre distintas bacterias.
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La existencia de los plásmidos y de las enzimas de restricción hace posible fabricar
ADN recombinante portador de genes cuya expresión permite obtener proteínas
específicas. Por ejemplo, podemos abrir un plásmido con la ayuda de ECO RI e
introducirle el gen de la insulina humana. Si se incorpora de nuevo en la bacteria
este plásmido (ADN recombinante ahora) y se favorece su multiplicación, se está
logrando una clonación de este gen. Es decir, al multiplicarse repetidamente la
bacteria, está replicando también el plásmido recombinante, con lo que se están
obteniendo múltiples copias del gen de la insulina.
Su posterior expresión producirá gran cantidad de hormona, que, una vez
purificada, puede utilizarse como medicamento para ser suministrado a diabéticos.
El plásmido ha sido utilizado como vector de clonación, para producir numerosas
copias del gen de la insulina con el fin de amplificar la producción de esta hormona.
Como vectores de clonación pueden también utilizarse virus bacteriófagos que
infectan a las bacterias. Es necesario manipular el genoma vírico, introduciendo en
él un fragmento de ADN que interese clonar. La infección vírica de la bacteria
llevara a su cromosoma el ADN del virus, junto con el gen introducido en él.
2. Desnaturalización e hibridación del ADN
La estabilidad de la doble hélice del ADN desaparece cuando es sometido a un pH
superior a 13, o a 100º C de temperatura. Entonces, se rompen los puentes de
hidrógeno que unen las bases nitrogenadas de las dos cadenas, y estas se separan.
A este proceso se le llama desnaturalización del ADN.
La desnaturalización del ADN es reversible. Si las dos cadenas separadas se
mantienen a 65º C durante un tiempo prolongado, vuelven a unirse. Se produce
una renaturalización o hibridación del ADN.
Este hecho puede utilizarse para averiguar el grado de complementariedad entre
moléculas de ADN de distinta procedencia. Mezclando moléculas diferentes y
procediendo a una desnaturalización y a una renaturalización posterior, pueden
conseguirse moléculas híbridas. El porcentaje de hibridación obtenido entre
moléculas de ADN distintas, será mayor cuanto más emparentados estén los
individuos de los que procede el ácido nucleico (la hibridación entre el ADN humano
y el de ratón es del 25%).
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3. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Otra manera de obtener un clon a partir de un determinado fragmento de ADN es la
técnica denominada PCR (Polymerase Chain Reaction). Con ella es posible fabricar
(o amplificar), en poco tiempo, millones de copias de una secuencia de ADN. El
proceso se desarrolla gracias a la repetición de una serie de ciclos en los que se
alternan desnaturalización y replicación de los fragmentos de ADN (ver esquema en
la página 269).
Cada ciclo incluye tres etapas:
-1ª etapa, a 95º C: se desnaturaliza el fragmento de ADN.
-2ª etapa, a 50-60º C, anidación de cebadores: se añaden secuencias cebadoras
de unos 20 nucleótidos a los flancos de la secuencia a clonar.
-3ª etapa, a 72º C: se añade la ADN polimerasa. Inicialmente se utilizó
Taq-polimerasa, extraída de la bacteria Termophilus acuaticus, por la
Temperatura óptima de actividad de dicha enzima.
Con este método, en unas dos horas es posible una gran amplificación de una
muestra de ADN.
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4. Nuevas disciplinas surgidas de la ingeniería genética
Genómica: parte de la Genética que estudia el genoma completo de un organismo,
en sus aspectos estructurales y funcionales. Pretende identificar los genes, así
como las interacciones que se producen entre ellos.
Proteómica: disciplina cuyo ámbito es el conjunto de proteínas (proteoma)
codificado por el genoma de un organismo. Se trata de averiguar cuáles son, qué
funciones tienen, como actúan e interactúan entre ellas, etc. De este modo se
puede conocer el funcionamiento de la célula y del organismo completo.
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5. Aplicaciones de la ingeniería genética
APLICACIONES MÉDICAS
• Obtención de proteínas para el tratamiento de enfermedades. Del mismo
modo que la insulina, pueden producirse otras sustancias de interés como la
hormona del crecimiento, EPO (eritropoyetina), factores de coagulación, etc.
• Obtención de vacunas: componentes de la cubierta externa de seres
patógenos.
• Diagnóstico clínico: localizar en el ADN de una persona genes mutados que
induzcan o predispongan el padecimiento de ciertas enfermedades.
• Terapia génica: la idea es la inserción de la copia correcta de un gen en las
células adecuadas de una persona que carezca de dicho gen o cuya copia no sea
funcional.
• Medicina forense: identificación genética de muestras biológicas, para la
identificación de víctimas en una catástrofe, de sospechosos a partir de muestras
de ADN en la escena de un crimen, identificación de cadáveres en fosas comunes,
etc.
• Animales transgénicos que producen en la leche proteínas de interés
farmacológico. También se desarrollan animales de experimentación transgénicos
con enfermedades que permitan el estudio de las mismas en modelos vivos.
APLICACIONES EN AGRICULTURA Y GANADERÍA
La introducción de ciertos genes en plantas o animales persigue obtener seres
transgénicos con los siguientes objetivos:
• Obtención de plantas resistentes a herbicidas. La combinación de la soja
transgénica y el herbicida Round Up permite grandes rendimientos agrícolas.
• Obtención de plantas resistentes a plagas de insectos. Guisantes
invulnerables al gorgojo, maíz resistente al taladro o patata resistente al
escarabajo.
• Desarrollar cepas mutantes que proporcionen ventajas al producto. Por
ejemplo, tomates de maduración más lenta, que no se estropean tan rápido y
permiten su recolección en un estado de maduración más avanzado o soportar
largos viajes sin pudrirse. Tomates capaces de crecer en terrenos arruinados por la
salinización, sin por ello adquirir gusto salado. Melones de maduración retardada
que se conservan 10 días más que los naturales.
• Clonación de animales con características interesantes para el ganadero.
• Introducción de genes humanos en animales de experimentación para
estudiar el desarrollo de ciertas enfermedades y el efecto de ciertos
medicamentos sobre las mismas.
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