INGENIERÍA GENÉTICA

CMC TEMA 4

DEL GEN A LA PROTEÍNA

¿Dónde están los genes?.

• En 1882 un fisiólogo alemán: Walther Flemming (1843-1905) descubrió en los núcleos de las células una sustancia de color: la cromatina que se condensa durante la división del núcleo (mitosis) en unas estructuras filamentosas llamadas cromosomas

ADN bicatenario lineal (virus)

ADN monocatenario circular (virus)

ADN bicatenario circular (virus y bacterias).

Cromatina (célula en interfase)

ADN asociado a histonas

Dímero concatenado (mitocondrias)

Niveles de complejidad del ADN

ADN monocatenario lineal (virus)

VIRUS: Una molécula de ADN

PROCARIONTES: Un cromosoma bacteriano y varios plásmidos

EUCARIONTES: núcleo, mitocondrias y cloroplastos

Cromosomas (célula en división)

• Se comprobó que los genes eran trozos de cromosomas.
• Además Walter Sutton (1877-1916) comprobó que en las células sexuales aparecían un solo juego de cromosomas al contrario que en el resto de las células que disponían de dos juegos de cromosomas, ya que estos son iguales dos a dos.

LOS GENES

• En 1928 el médico británico Griffith buscaba una vacuna contra la neumonía, enfermedad provocada por la bacteria Streptococcus pneumoniae. Descubrió que existían dos cepas de esta bacteria:
• Cepas S (del inglés smooth, liso). Se caracterizan por poseer una cápsula gelatinosa de polisacáridos que confiere a la colonia de bacterias un aspecto liso. Esta cepa es capaz de provocar la enfermedad cuando se inocula en un animal sano.
• Cepas R (del inglés rough, rugoso). Se caracterizan por carecer de cápsula, por lo que las colonias poseen un aspecto rugoso. Este tipo cepas no provoca la enfermedad cuando se inocula en animales.
• Pensó que se podían inmunizar ratones inyectándoles bacterias virulentas (S) muertas por el calor, o bien hacerlo con bacterias vivas no virulentas (R
• Aunque Griffith no sabía lo que había hecho posible que las bacterias inocuas se transformasen en dañinas lo llamó “principio transformante”.

​

VIDEO

El ADN como material hereditario

1952. Hershey y Chase demostraron que en el resto de seres vivos el ADN también es el portador de la información genética, y no las proteínas como se pensaba.

Trabajaron con el virus bacteriófago T2, un virus que ataca a la bacteria Escherichia coli, y que está formado únicamente por una cápsida de proteínas con una molécula de ADN en su interior.

Los aminoácidos de las proteínas del virus están formados por azufre, pero no por fósforo. Los nucleótidos del ADN vírico contienen fósforo, pero no azufre.

1944. Avery demostró que el factor transformante era el ADN. El ADN es la molécula portadora del material hereditario en bacterias.

La capacidad transformante de las bacterias virulentas de Stroptococcus pneumoniae desaparecía cuando se añadían a las colonias enzimas que destruían el ADN.

VIDEO

Chase y Hershey

Marcaron radiactivamente un grupo de virus con ³²P y otro grupo con ³⁵S. Con cada grupo infectaron un cultivo bacteriano diferente, de los que posteriormente se separaron los restos de los virus de las bacterias mediante

centrifugación.

Se midió la radiactividad tanto en la fracción con los restos de los virus como en el medio intracelular de las bacterias. Se observó que el ³⁵S había quedado en el exterior de las células mientras que el ³²P había penetrado en el interior de las

células bacterianas.

El virus inyecta su ADN en la bacteria y no sus proteínas. El ADN se integra en el cromosoma bacteriano y dirige la formación de nuevas cápsidas y copias de su ADN para forma virus hijos.

VIDEO

EL ADN

• Aunque se sabía que los genes eran trozos de ADN, ¿cómo lograban hacer copias de sí mismos y pasar a la siguiente generación?.
• La explicación debía encontrarse en la estructura del ADN

Adenina

Citosina

Timina

Guanina

Extremo 3’

Extremo 5’

Estructura primaria del ADN

• La molécula de ADN está formada nucleótidos que a su vez están formados por la unión de tres tipos de moléculas más pequeñas:
• Ácido fosfórico
• Un azúcar (desoxirribosa)
• Moléculas de bases nitrogenadas que son 4:
• Adenina
• Guanina
• Citosina
• Timina

• Quienes encontraron la estructura del ADN fueron James Watson (n. 1928) y Francis Crick (1916-2004) en 1953 en la Universidad de Cambridge.

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN

• Es una doble hélice de 2 nm de diámetro, formada por dos cadenas de polinucleótidos enrolladas alrededor de un eje imaginario.

• Las bases nitrogenadas se encuentran en el interior. Los planos de sus anillos son paralelos entre sí y perpendiculares al eje de la doble hélice.

• Las parejas de bases se encuentran unidas a un armazón formado por las pentosas y los grupos fosfato (≈escalera de caracol).

• El enrollamiento es dextrógiro (hacia la derecha) y plectonémico (para que las dos cadenas se separen es necesario que se desenrollen).

• Cada pareja de nucleótidos está situada a 0,34 nm de la siguiente y cada vuelta de doble hélice contiene 10 pares de nucleótidos (avance de vuelta: 3,4 nm).

• Las dos cadenas son antiparalelas (los enlaces 5´→3´ están orientados en sentidos opuestos) y complementarias (existe una correspondencia entre las bases nitrogenadas).

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ADN

5´

5´

3´

3´

Extremo 3’

Extremo 5’

Extremo 3’

Extremo 5’

Estructura secundaria del ADN

• Watson y Crick llegaron a establecer la estructura del ADN en base a estudios anteriores:
• La difracción de rayos X de la molécula de ADN realizada por Rosalind Franklin (1920-1958) y Maurice Wilkins (1916-2004) que sugerían que la molécula de ADN tenía la forma de una hélice y daban incluso algunas dimensiones de la misma.
• Las leyes de Edwin Chargaff (1905-2002) que el número de moléculas de Adenina era el mismo que el de las Timinas y el número de moléculas de Guanina era el mismo que el de Citosina.

Ley de equivalencia de bases de Chargaff

• A + G = C + T
• A = T
• G = C

ESTRUCTURA DEL ADN

ESTRUCTURA DEL ADN

ROSALIND FRANKLIN

1920-1958

MAURICE WILKINS

1916-2004

​

EDWIN CHARGAFF

1905-2002

VIDEO

Duplicación del ADN

• Los genes se copian gracias a la duplicación del ADN
• La molécula de ADN se abre como una cremallera y van entrando nucleótidos que van complementando las dos hebras del ADN formándose así dos moléculas de ADN exactamente iguales.

DUPLICACIÓN DE LA MOLÉCULA DE ADN

DUPLICACIÓN DE LA MOLÉCULA DE ADN

VIDEO

¿Cómo funcionan los genes?

• El funcionamiento de los genes se basa en el dogma central de la Biología Molecular (Crick 1970. Flujo de la información genética)

UN GEN, UNA PROTEÍNA

• El ADN conserva la información genética: tiene los genes y los transmite de una generación a la siguiente por medio de su replicación.
• La información contenida en los genes se pone de manifiesto por medio de proteínas que son sintetizadas en los Ribosomas de las células

​

​

UN GEN, UNA PROTEÍNA

https://www.youtube.com/watch?v=fC_h0zWM1us&index=2&list=PLCF59151A270F7F74

• El ADN no sale del núcleo y sin embargo tiene que haber una forma de que la información contenida en el GEN llegue hasta el Ribosoma que va a fabricar la Proteína que va a hacer posible dicha información.
• Esto se consigue mediante la síntesis de una molécula nueva: el ARN _mensajero que va a salir del núcleo y se va a poner en contacto con el Ribosoma sintetizándose así la proteína.
• El proceso de síntesis del ARNm es la TRANSCRIPCIÓN

TRANSCRIPCIÓN

BASES NITROGENADAS DEL ADN:

• ADENINA (A)
• GUANINA (G)
• CITOSINA ( C )
• TIMINA (T)

​

BASES NITROGENADAS DEL ARN:

• ADENINA (A)
• GUANINA (G)
• CITOSINA ( C )
• URACILO (U)

​

BASES COMPLEMENTARIAS EN ADN: (A – T ) (G – C )

BASES COMPLEMENTARIAS EN ARN: (A – U ) (G – C )

VIDEO

• Si la información del ARNm (que antes estaba contenida en el GEN: en el ADN) está contenida en la secuencia de bases (Adenina, Guanina, Citosina o Uracilo)

​

• Y la Proteína que va a hacer posible esa información sintetizada en el Ribosoma es una secuencia de Aminoácidos (de los 20 posibles existentes)

​

• Debe haber una relación entre la secuencia de bases del ARNm y la secuencia de aminoácidos de la Proteína

DEL ADN AL ARN

• Esa relación existe:

​

• Cada tres bases del ARNm equivalen a un Aminoácido.
• Las tres bases del ARNm se llaman Codon
• La equivalencia entre las bases del ARNm y los amino-ácidos quedan recogidas en el CÓDIGO GENÉTICO

DEL ARN A LA PROTEÍNA

EL CÓDIGO GENÉTICO

AUG

UGA

UAA

UAG

Ej. ¿Qué aminoácido está codificado por el codón GAC?

UNIVERSAL

Cada codón codifica para el mismo aminoácido en todos los organimos, incluidos los virus.

El código ha tenido un solo origen evolutivo.

Existen excepciones en las mitocondrias, algunas bacterias y protozoos.

A excepción de la metionina (Met) y el triptófano (Trp), un aminoácido está codificado por más de un codón (codones sinónimos).

Esto es una ventaja ante las mutaciones ya que no tiene por qué alterarse el amionoácido codificado por el codón mutado.

DEGENERADO

Cada codón sólo codifica a un aminoácido.

SIN IMPERFECCIÓN

Los tripletes se disponen de manera lineal y continua, sin espacios ni comas entre ellos y sin compartir bases nitrogenadas. Su lectura se hace en un único sentido (5’→3’), desde el codón que indica el comienzo de la proteína hasta el que indica su fin.

CARECE DE SOLAPAMIENTO

Posibilidad varias fases de lectura

CARACTERÍSTICAS DEL CÓDIGO GENÉTICO

Un mismo ARNm puede tener varios codones de inicio, por lo tanto, varias fases de lectura.

Un mismo ARNm puede tener varios codones de inicio y codificar para varios polipéptidos.

¿Cómo se lleva a cabo la Traducción?

• El ARNm se une al Ribosoma.

​

• Los distintos aminoácidos van entrando al Ribosoma transportados por un ARN distinto al ARNm, es el ARN_transferente

DEL ARN A LA PROTEÍNA

EL PROCESO DE LA TRADUCCIÓN

PARA QUE TENGA LUGAR LA TRADUCCIÓN SE NECESITA:

RIBOSOMAS. Donde se realiza la síntesis proteica.

Los ribosomas son orgánulos citoplasmáticos no membranosos, formados por ARNr y proteínas específicas. Están constituidos por dos subunidades: una mayor y otra menor. Cuando comienza la síntesis de una proteína, ambas subunidades, que están libres en el citoplasma, se asocian.

SUBUNIDAD MENOR

SUBUNIDAD MAYOR

A la subunidad menor se le une el ARNm.

A la subunidad mayor se le unen los aminoácidos.

En un ribosoma existen tres lugares de unión de los ARN de transferencia: sitio E, donde se sitúa el ARNt antes de salir del ribosoma, sitio P (peptidil), donde se sitúa la cadena polipeptídica en formación, y sitio A (aminoacil), donde entran los aminoácidos que se van a incorporar a la cadena polipeptídica en formación.

ARN MENSAJERO, que lleva la información para sintetizar la proteína.

AMINOÁCIDOS, que son los componentes de las proteínas.

ARN DE TRANSFERENCIA, que transportan los aminoácidos al ribosoma y los incorporan en el orden preciso.

ENZIMAS Y ENERGÍA.

E

P

A

ARNt - Met

ARNm

INICIACIÓN

3’

3’

5’

5’

1

ARNm

2

ELONGACIÓN

TRADUCCIÓN

5’

3’

ARNm

ARNm

TRADUCCIÓN

3

TERMINACIÓN

5’

3’

5’

3’

ARNm

Separación de las dos subunidades del ribosoma

VIDEO

Polirribosomas

Microfotografía electrónica (MET, falso color) de un polirribosoma.

Tanto en procariontes como en eucariontes, si el ARN a traducir es lo suficientemente largo, puede ser leído por más de un ribosoma a la vez, formando un polirribosoma o polisoma, lo que permite que la célula sintetice rápidamente muchas copias de un mismo polipéptido.

VIDEO resumen: adn --> proteína

EL GENOMA HUMANO

• Se llama Genoma al conjunto de toda la información genética de un organismo.
• El desarrollo de la tecnología del ADN ha permitido a los investigadores el conocimiento en profundidad del genoma de los seres vivos: primero se secuenciaron cromosomas bacterianos, después el genoma de algunos virus y por último cromosomas eucarióticos
• En la década de 1980 científicos de todo el mundo deciden secuenciar el ADN del hombre
• El objetivo general era conocer la secuencia completa del ADN de las células humanas para saber cuántos genes hay y cuántos son codificadores de proteínas (determinar la función de cada gen).

​

PROYECTO GENOMA HUMANO

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DEL GENOMA HUMANO

• El genoma humano contiene 3.000 millones de nucleótidos, de los cuales el 99,9 % son idénticos en todos los seres humanos, y el 0,1 % restante es la causa de las diferencias entre los seres humanos.
• La mayor parte de estas diferencias afectan sólo a un par de bases nitrogenadas El ser humano posee 20.000-25.000 genes codificadores de proteínas.
• Más del 40% de los genes no tienen función conocida.
• Más del 90% del ADN es ADN no codificante. En un principio se le denominó ADN basura, actualmente se piensa que interviene en la expresión diferencial de los genes.

EN ABRIL DE 2003 SE COMPLETÓ POR FIN TODA LA SECUENCIA DE NUCLEÓTIDOS DEL GENOMA HUMANO.

• En realidad el número de Proteínas codificadas por los Exones de un mismo gen puede ser elevado porque los fragmentos de proteína codificados por los distintos Exones pueden combinarse entre sí para formar distintas proteínas.
• Así se sabe que mientras que el número de genes presentes en nuestro genoma es 23.000 el número de proteínas es 100.000.

​

• En el ADN podemos encontrar:
• Exones Son las porciones de ADN dentro del gen que codifican proteínas.
• Intrones Son las porciones de ADN dentro del gen que no codifican proteínas. En la mayor parte de los genes es la porción mayoritaria.
• ADN basura no corresponde a ningún gen

​

• El genoma (entendido tanto como el contenido de nucleótidos como el número de genes) no guarda relación con la complejidad del organismo.

• Lo que sí está relacionado con el grado evolutivo de los organismos es el número de diferencias entre el genoma de los mismos y el grado de parentesco evolutivo que presentan.

​

• Así cuanto más nucleótidos comunes tengan entre sí dos organismos en su genoma más reciente ha sido la separación de las especies en su camino evolutivo.

VIDEO (hasta min 5:40)

La Epigenética

• Es la rama de la Genética que estudia qué características del individuo no están determinadas por la secuencia de bases del ADN

• Es todo aquello que influye en cómo se regulan los genes. Factores bioquímicos que hacen que los genes se expresen o no se expresen.
• Es lo que explica, por ejemplo, por qué los genes que están activos en una célula de nuestro hígado son distintos de los que están activos en nuestras neuronas, aunque los dos tipos de célula tienen el mismo genoma.
• Y también lo que explica que personas con un mismo genoma, como los gemelos, se desarrollen de manera diferente y sufran enfermedades distintas a edades distintas.

​

​

Los dispositivos epigenéticos son los vestidos bioquímicos que lleva el ADN desnudo. Si estos vestidos son finos y transparentes, entonces permiten ver el ADN y los genes pueden expresarse. Si en cambio, estos vestidos son gruesos, no permiten ver el ADN y no dejan expresar los genes.

La epigénesis estaría definida por cambios reversibles del ADN que hacen que unos genes se expresen o no dependiendo de condiciones exteriores.

VIDEO

Biotecnología

Conjunto de procesos que permiten la utilización de organismos vivos (generalmente microorganismos) para la obtención de productos útiles para el hombre.

La biotecnología tradicional utiliza los microorganismos para obtener por productos comestibles como el pan, el vino, la cerveza (fermentación alcohólica), el yogur, el queso...(fermentación láctica).

La biotecnología moderna permite obtener productos como vacunas y medicamentos mediante técnicas de recombinación de ADN, es decir, uniendo fragmentos de ADN de diferente procedencia.

INGENIERÍA GENÉTICA

Conjunto de técnicas y métodos que permiten manipular el ADN. Los organismos cuyo ADN ha sido manipulado mediante ingeniería genética reciben el nombre de transgénicos. Son técnicas de ingeniería genética las

siguientes:

• Obtención de ADN recombinante. Técnica que permite cortar la molécula de ADN de un organismo en múltiples trozos, y aislar alguno de los fragmentos obtenidos para, mediante la ayuda de un vector, introducirlo en otro organismo. El organismo receptor se transformará en un transgénico al incorporar nueva información genética en su genoma.

• Clonación del ADN. Técnica que permite la obtención in vivo de muchas copias de un gen determinado o de un fragmento de ADN.

• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Técnica in vitro que permite obtener de forma rápida un elevado número de copias de un fragmento de ADN.

• Secuenciación del ADN. Técnica que permite conocer el orden de nucleótidos de un gen o del genoma de un organismo.

DE LA BIOTECNOLOGÍA A LA INGENIERÍA GENÉTICA

CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

• Medicina: diagnóstico de enfermedades, obtención de medicamentos, estudios forenses y terapia génica
• Agricultura: obtención de plantas resistentes a herbicidas, plagas, mejorar el contenido nutritivo de algunos alimentos, u obtención de plantas transgénicas como fábricas de medicamentos
• Ganadería: mejora del rendimiento de explotaciones; obtención de animales transgénicos como donadores de órganos, obtención de sustancias de interés farmacéutico junto a la leche, clonación terapéutica y reproductiva.
• Medioambiente: obtención de microorganismos que eliminan sustancias nocivas para el medioambiente (biorremediación).

​

​

​

​

:

• La Genómica es la parte de la Biología que estudia los genomas. Con esta ciencia se han estudiado patologías complejas como el cáncer o el alcoholismo que están determinados por la acción conjunta de un grupo de genes.
• La Proteómica se encarga de estudiar las Proteínas codificadas por el genoma
• La farmacogenética. Rama de la ciencia que estudia la obtención de fármacos personalizados en función de las bases genéticas de las persona.

​

​

CON EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA GENÉTICA SURGEN NUEVAS DISCIPLINAS

• Las herramientas para manipular el ADN son las siguientes:
• Enzimas de Restricción, para cortar; actúan como “tijeras moleculares” cortando por sitios específicos.
• ADN ligasa, para pegar, une fragmentos de ADN que han sido cortados por otras enzimas.
• Plásmidos, para copiar; son pequeños fragmentos circulares de ADN que están en el interior de las bacterias y que se usan como vectores en Ingeniería Genética.
• Además se necesita una técnica de introducción del Plásmido en el interior del organismo al que se le quiere transferir la información. Esto se consigue mediante la técnica de Transformación

​

VIDEO

TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Ingeniería genética

El enzima de restricción reconoce una zona determinada dentro del

ADN

Corta entre determinados nucleótidos

TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Paso 1. La enzima de restricción corta por el sitio de restricción.

Paso 2. Se añade el ADN exógeno cortado con la misma enzima de restricción

ADN exógeno

Molécula de ADN recombinante

Paso 3. La ADN ligasa cataliza la unión de las dos cadenas.

Mediante esta tecnología se pueden obtener fragmentos de ADN que lleven incorporado un gen o unos genes de interés: por ejemplo, el que codifica para la insulina humana. Este transgén puede incorporarse a las células de otros organismos donde se expresará.

CLONACIÓN DE UN GEN HUMANO

Se mezclan los plásmidos recombinantes obtenidos con las bacterias que deben incorporarlos y luego se siembran en un medio de cultivo para obtener muchas copias del gen de interés.

​

Las bacterias expresarán el gen que hemos introducido en el plásmido recombinante y así conseguiremos obtener la proteína que buscamos.

VIDEO

TÉCNICA DE LA PCR

Cuando la muestra de ADN es muy escasa, el método de la clonación no es válido para obtener una cantidad suficiente de copias de un gen. En estos casos se utiliza otra técnica llamada reacción en cadena de la polimerasa (PCR: Polymerase Chain Reaction).

La PCR permite amplificar (copiar millones de veces) una muestra muy pequeña de ADN.

TÉCNICA DE LA PCR

La técnica de la PCR tiene múltiples aplicaciones en función del origen de la muestra de ADN:

• Estudios evolutivos mediante comparación de genes semejantes entre organismos actuales y seres vivos, fosilizados, congelados o momificados.
• Identificación del autor de un crimen (medicina forense) o de la paternidad de un individuo a partir de muestras de ADN de sangre, tejidos, pelo o semen.
• Identificación de trastornos genéticos (diagnóstico prenatal) a partir de ADN de células embrionarias obtenidas por amniocentesis.
• Estudio de los genes del ADN de virus obtenidos a partir de células infectadas

​

VIDEO

INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDICINA

• OBTENCIÓN DE PRODUCTOS FARMACÉUTICOS.

Muchas proteínas, cuya carencia origina una enfermedad en el hombre, se obtienen hoy en día mediante técnicas de ingeniería genética. Es el caso de la insulina, el interferón, la hormona de crecimiento, los factores de coagulación sanguínea (p.ej. el factor VIII), las vacunas…

La farmacogenética es una disciplina de la farmacología (estudio de los mecanismos de acción de los fármacos) que aplica los conocimientos del genoma humano para diseñar, elaborar y fabricar productos farmacéuticos personalizados en función de las proteínas sintetizadas por cada individuo a partir de su genoma.

Ingeniería genética y medicina

• MEDICINA FORENSE

Los seres humanos somos, en un 99,9 %, genéticamente idénticos. Sin embargo, el 0,1 % de las bases difieren de un individuo a otro y estas secuencias diferentes se encuentran localizadas en unas regiones cromosómicas concretas que pueden ser utilizadas como marcadores genéticos. Los marcadores son huellas genéticas que se utilizan en medicina forense para identificar restos humanos y en pruebas de paternidad.

INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDICINA

• DIAGNÓSTICO DE ENFERMEDADES.
• Enfermedades infecciosas
• Enfermedades genéticas
• Diagnóstico prenatal

• TERAPIA GÉNICA

Es una técnica terapéutica que consiste en la inserción de un gen funcional en células de un paciente humano para corregir un defecto genético o para dotar a las células de una nueva función. Se utiliza para curar enfermedades hereditarias y adquiridas, causadas por un único gen recesivo

INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDICINA

LA TERAPIA GÉNICA SE PUEDE REALIZAR DE VARIAS FORMAS:

• EX VIVO.

Se extraen las células del paciente mediante biopsia, se modifican genéticamente en el laboratorio y se reintegran al organismo de procedencia.

• IN VIVO.

La transferencia de los genes terapéuticos se realiza directamente al paciente mediante un vector (un virus o un liposoma), por inyección intravenosa o mediante aerosoles vía pulmonar, para que así lleguen al tejido o las células diana.

• IN SITU.

En los casos en que las células diana del paciente son difíciles de extraer y reimplantar, se introducen los genes funcionales directamente en el órgano afectado.

VIDEO

INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDICINA

Los niños burbuja padecen una enfermedad llamada inmunodeficiencia combinada severa (SCID) por la que su sistema inmunitario es incapaz de generar linfocitos, careciendo por tanto de ningún tipo de respuesta inmune específica contra las infecciones.

Al carecer de todo tipo de defensa inmune es necesario mantener a los niños en una atmósfera estéril a la espera de un trasplante de médula ósea.

Dado que el trasplante no siempre es eficaz y es difícil encontrar al donante compatible, se está utilizando la terapia génica ex vivo: se introduce una copia normal del gen defectuoso en células indiferenciadas de la médula ósea del paciente y se reimplantan.

“LOS NIÑOS BURBUJA”

INGENIERÍA GENÉTICA Y AGRICULTURA

Desde siempre el hombre ha tratado de mejorar el rendimiento de los cultivos, por ejemplo seleccionando las semillas de las plantas más resistentes a enfermedades, las plantas con frutos más carnosos o lustrosos o las plantas mejor adaptadas a las condiciones climáticas.

Mediante la ingeniería genética se puede introducir en una planta ADN de otra especie, incluso procedente de animales y bacterias, y conseguir plantas mejoradas. Son las plantas transgénicas. De esta forma surgen nuevas características como:

Resistencia a herbicidas. Los herbicidas son sustancias que matan las malas hierbas de los cultivos, es decir, plantas no deseadas que crecen y compiten por los nutrientes del suelo con las plantas del cultivo. Los herbicidas no son selectivos al 100%, por lo que su empleo supone la pérdida de un 10 % del cultivo que muere bajo su efecto.

En la actualidad se comercializan plantas modificadas genéticamente resistentes a infecciones víricas, a herbicidas o larvas de insectos. Un ejemplo es el maíz transgénico, que contiene el gen de la toxina de la bacteria Bacillus thuringiensis, que actúa como insecticida porque destruye las larvas de muchos insectos, pero es inocua para el hombre.

INGENIERÍA GENÉTICA Y AGRICULTURA

• Plantas farmacéuticas. La industria farmacéutica empieza a utilizar plantas como organismos receptores de los genes de clonación, con la finalidad de producir sustancias que hasta ahora se sintetizaban utilizando bacterias (proteínas humanas, antígenos víricos –plantígenos- utilizados en vacunación o anticuerpos –planticuerpos-).

• Mejora del producto. Se puede mejorar el valor nutritivo de algunas plantas utilizadas en alimentación humana. Por ejemplo el arroz amarillo es un arroz transgénico que posee β-caroteno a partir del cual nuestro organismo sintetiza vitamina A. En las plantas de arroz amarillo se ha introducido los genes responsables de la síntesis del β-caroteno, por lo que se puede utilizar como alimento que ayude a paliar el déficit de vitamina A en poblaciones en riesgo nutricional.

INGENIERÍA GENÉTICA Y MEDIOAMBIENTE

Microorganismos modificados genéticamente están siendo utilizados para eliminar del medio ambiente productos contaminantes, ya que tienen la capacidad de transformarlos en sustancias no contaminantes o de adsorberlos. Su acción se realiza de dos formas:

Biorremediación por biodegradación: Existen bacterias que, de forma natural, son capaces de degradar la materia orgánica. Mediante ingeniería genética se pueden modificar para que puedan hacerlo con un mejor rendimiento y en condiciones ambientales diversas. Por ejemplo hay una estirpe de la bacteria Pseudomonas modificada genéticamente que es capaz de degradar eficazmente los hidrocarburos, por lo que se utiliza en la limpieza de los vertidos de petróleo.

Biorremediación por bioadsorción. La eliminación de metales pesados que contaminan el suelo se produce mediante la utilización de bacterias genéticamente modificadas capaces de adsorber (fijar en la superficie celular) esos metales.

INGENIERÍA GENÉTICA Y GANADERÍA

Los animales transgénicos (aquellos que portan en su genoma algún gen extraño) se obtienen mediante técnicas de ingeniería genética con dos objetivos fundamentales:

• Mejora del rendimiento de las explotaciones: obtener animales que se desarrollan más rápidamente, con carne más magra (sin grasa), resistentes a las bajas temperaturas; ovejas que den más lana y de mejor calidad…

​

• Obtención de sustancias de interés terapéutico. En general se utilizan mamíferos (ovejas, cabras y vacas), a los que se les ha introducido un gen de interés que se expresa junto a otro que promueve la síntesis de una proteína de la leche. De esta forma, el producto sólo se forma en las glándulas mamarias y se secreta a través de la leche, de donde se extrae y purifica de forma relativamente simple. Entre las proteínas así obtenidas se encuentra el activador tisular del plasminógeno, que se utiliza para disolver los trombos sanguíneos en pacientes que ha sufrido un infarto de miocardio.

El procedimiento de obtención de sustancias de interés terapéutico a partir de un animal transgénico sigue los siguientes pasos:

1. Se obtienen óvulos de una hembra y se fertilizan in vitro.
2. Se clona el gen de interés foráneo, y luego se inyecta directamente el ADN clonado en el núcleo de los óvulos fertilizados. Algunos de estos óvulos integran el transgén en su genoma y son capaces de expresarlo.
3. Se implantan los embriones manipulados genéticamente en el útero de una hembra, que parirá animales transgénicos que llevan en su dotación genética un gen foráneo, incluso de una especie distinta.
4. Se obtiene leche de estos descendientes que contiene la proteína de interés.
5. Se fraccionan y purifican las proteínas de la leche, obteniéndose entre ellas la proteína de interés.

INGENIERÍA GENÉTICA Y GANADERÍA

CLONACIÓN DE ANIMALES

La clonación permite obtener individuos genéticamente idénticos entre si e idénticos al organismo original del que proceden. La clonación reproductiva en animales persigue la creación de individuos genéticamente idénticos a partir de una célula adulta. El método más utilizado en esta clonación es la transferencia nuclear.

1. Se extrae una célula somática (2n) del individuo que se quiere clonar.

2. Se extrae un óvulo (n) de una hembra donante y se elimina el núcleo.

3. Se reemplaza el núcleo del óvulo por el núcleo de la célula somática.

4. Se desarrolla la “célula creada” hasta formar un embrión.

5. Se implanta en el útero de una hembra de la misma especie.

La descendencia será idéntica genéticamente al donante de la célula somática.

CLONACIÓN Y BIOÉTICA

La clonación terapéutica consiste en la creación de embriones por clonación para después utilizarlos como materia prima en distintas terapias.

La Bioética se define como la aplicación de la ética a las ciencias. La Bioética trata de congeniar los avances tecnológicos con la dignidad humana, mediante una reflexión sobre los límites de la aplicación de los descubrimientos.

En España se encuentra vigente desde 2007 La Ley de Investigación Biomédica, que pretende controlar las investigaciones científicas salvaguardando la dignidad y el respeto por las personas. En relación con la clonación esta ley:

• Prohíbe la creación de embriones y preembriones humanos con fines de experimentación.
• Permite la utilización de técnicas que lleven a la obtención de células madre (que no suponga la creación de un preembrión o embrión humano).
• Permite la clonación con fines terapéuticos en humanos (que no suponga la creación de un preembrión o embrión humano).
• Prohíbe la clonación reproductiva en humanos.

​

VIDEO