La Ingeniería genética y sus aplicaciones

1. Descripción general de lo que es la tecnología del ADN recombinante.
   
   

   
   
   

Esta tecnología nos permite obtener fragmentos de ADN en cantidades ilimitadas, que llevará además el gen o los genes que se desee. Este ADN puede incorporarse a las células de otros organismos (vegetales, animales, bacterias...) en los que se podrá "expresar" la información de dichos genes.

De una manera muy simple podemos decir que "cortamos" un gen humano y se lo "pegamos" al ADN de una bacteria; si por ejemplo es el gen que regula la fabricación de insulina, lo que haríamos al ponérselo a una bacteria es "obligar" a ésta a que fabrique la insulina

2. ¿Cómo se obtiene ADN recombinante?

El ADN recombinante, o ADN recombinado, es una molécula de ADN artificial formada de manera deliberada in vitro por la unión de secuencias de ADN proveniente de dos organismos de especies diferentes que normalmente no se encuentran juntos. Al introducirse este ADN recombinante en un organismo se produce una modificación genética que permite la adición de un nuevo ADN al organismo conllevando a la modificación de rasgos existentes o la expresión de nuevos rasgos. La producción de una proteína no presente en un organismo determinado y producidas a partir de ADN recombinante se llaman proteínas recombinantes.

El proceso de producción de un ADN recombinante comienza con la identificación desde un organismo de una secuencia de ADN de interés con el fin de propagarlo en otro organismo que carece de la secuencia y, por ende, del producto protéico de esa secuencia de ADN. Así se pueden producir cantidades ilimitadas de la proteína codificada por el susodicho gen. En términos simples, el procedimiento consiste en:

• Localización de genes y sus funciones.

• Clonación del ADN, y su posterior almacenamiento en genotecas.

• Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

• Utilización de vectores de expresión.

LDC

T+ F

3. ¿Cómo funcionan las enzimas de restricción y cuál es su utilidad en la ingeniería genética?

Las enzimas de restricción cortan dejando extremos cohesivos o romos. Los extremos cohesivos son generados cuando la enzima corta las dos hebras asimétricamente, dejando los extremos de cada hebra de simple cadena complementarios entre sí. Por otro lado, los extremos romos son generados cuando la enzima corta las dos hebras por el mismo lugar, generando dos extremos doble cadena.

Figura 1. Enzimas de restricción.

Este tipo de endonucleasas puede dejar dos tipos de extremos.

En el primer caso, el corte genera nucléotidos de simple cadena llamados extremos cohesivos. Estos extremos se pueden unir por medio de otra enzima, la ADN ligasa. En el segundo caso, se generan extremos doble cadena (extremos romos). Estos extremos también pueden ser unidos con la ayuda de una enzima ligasa pero, como no los extremos no son complementarios, la unión será más inespecífica.

Las enzimas de restricción permiten cortar el genoma de cualquier organismo en pequeños fragmentos llamados fragmentos de restricción. La colección de miles o millones de estos fragmentos se llama biblioteca génica.

4. ¿Qué son y como funcionan los vectores de clonación?

Un vector es una molécula de ADN que vehiculizará al fragmento de interés y permitirá su amplificación. Los vectores de clonación más utilizados derivan del genoma viral o de plásmidos bacterianos. Un vector de clonación tiene tres componentes esenciales:

1. Un origen de replicación

2. Un gen marcador fácilmente seleccionable

3. Al menos un sitio único de restricción

Los vectores de clonación de última generación son muy prácticos y sencillos de manejar. Incluyen un sitio múltiple de clonación o sitio de restricción múltiple («polylinker»), que es un segmento corto de ADN con muchos sitios de restricción diferentes, cada uno de ellos único para el vector.

5. ¿Cuál es la utilidad del ADN recombinante?

Se denomina ADN recombinante al que se ha formado al intercalar un segmento de ADN extraño un un ADN receptor. Por ejemplo, la integración de un ADN vírico en un ADN celular.

¿En qué consiste la clonación y cómo se lleva a cabo?

1. Clonar es aislar y multiplicar en tubo de ensayo un determinado gen o, en general, un trozo de ADN. Sin embargo, Dolly no es producto de Ingeniería Genética. Desarrollo de las células germinales femeninas: es un proceso muy prolongado, que arranca de la fase fetal, y que concluye en la adulta. Células primordiales germinales: se originan en la cresta germinal. Al recibir ciertas señales de las células del plexo dorsal de la cresta germinal, las células germinales primordiales entran en meiois, y pasan de diploides a haploides. Se detienen en diplotene hasta la fase adulta (hasta 50 años). En el ovario fetal los ovocitos primarios están rodeados y nutridos por una capa de células foliculares. Antes de la pubertad hay muerte programada de ovocitos, y desde la pubertad, algunos de estos ovocitos seguirán su desarrollo.

   

1. Fase de crecimiento: No hay cambios en el ciclo celular, pero existe una gran actividad transcripcional, con aumento de 200 veces del tamaño del ovocito. Parte del ARN queda “silente”, acomplejado con proteínas. Estos dos tipos de macromoléculas serán las esenciales para asegurar las primeras fases del zigoto y del embrión. Formación de la zona pelúcida (ZP), que separa al ovocito de las células foliculares.

2. Fase de diferenciación: Durante las 48 horas previas a la fecundación las gonadotrofinas actúan sobre el folículo, cuyas células somáticas responden produciendo señales que reprograman al ovocito. Se usa el ARN almacenado en la fase previa:

   
   

   *	Las señales intrafoliculares iniciales para la maduración del ovocito provocan el paso desde G2 hasta M de la meioisis.
   *	Reaparece el ARNm enmascarado, y se traduce. Movimientos de orgánulos citoplásmicos.

   
   
   
   

   En la fecundación se unen los gametos femeninos (óvulo) y masculino (espermatozoide). Al entrar el espermatozoide, se activa el óvulo, que termina su diferenciación: final de la meiosis

   Zigoto (célula huevo): finaliza la meiosis del óvulo, con eliminación del segundo cuerpo polar. Los procesos que ocurren durante las primeras horas son:
   
   

   *	Se duplica el ADN de los genomas haploides de cada gameto
   *	Singamia: aproximación de los pronúcleos de cada gameto, pero sin fusión nuclear.
   *	Primera división mitótica: los cromosomas quedan engarzados en el huso mitótico, y las cromátidas hermanas se separan.

   
   

   7. ¿Que es la Terapia génica cómo se lleva a cabo?

      
      

   Pretende curar enfermedades hereditarias (que, en la mayoría de los casos, se deben a genes defectuosos) mediante la introducción de genes sanos. Es aplicable también al tratamiento de enfermedades actualmente incurables, como cánceres, determinadas patologías infecciosas (hepatitis, sida), cardiovasculares (hipercolesterolemia y aterosclerosis), enfermedades neurodegenerativas (enfermedades de Parkinson y de Alzheimer) o enfermedades crónicas (artritis reumatoide). Más de 5000 enfermedades humanas se han atribuido a factores genéticos.

   La modificación del genoma de las células diana para que sinteticen una proteína de interés terapéutico permite compensar una insuficiencia debida a la alteración de un gen celular, estimular una mejor respuesta inmunitaria contra un tumor o conferir resistencia a la infección producida por un virus.

   Concretamente, la terapia génica del cáncer se podría dirigir a:

   * Fortalecer la protección natural del sistema inmunitario contra las células anormales incrementando el carácter extraño de estas células para estimular la acción del sistema inmunitario contra ellas.

   * Envenenar los tumores introduciendo "genes suicidas" en células tumorales que transformen una sustancia no tóxica (por ejemplo, el aciclovir) en un veneno.

   * Compensar el efecto cancerígeno de la mutación en un gen supresor de tumores (por ejemplo, el antioncogén p53) o bloquear la acción de un gen generador de tumores (oncogén). Para ello se deberían modificar todas las células tumorales. Además, la mayoría de los cánceres se producen por varias anomalías genéticas, lo que significa que la reversión de una sola, seguramente, no detendría la enfermedad. Este tratamiento sería importante en los casos de predisposición familiar hereditaria, en los que la mutación en un solo gen es fundamental.

   Para que la terapia génica sea eficaz hay que resolver problemas relativos a la regulación de la expresión génica y a la fisiología del trasplante celular.

   En terapia génica se utilizan dos grandes estrategias actualmente:

   * Ex vivo. Consiste en extraer células de un paciente, modificarlas in vitro mediante un vector retrovírico y reimplantarlas en el organismo. El riesgo de rechazo es mínimo y, por ello, es la técnica más utilizada. Se usa fundamentalmente en el tratamiento de cánceres.

   
   
   
   
   
   

   * In vivo. Se trata de administrar el gen corrector al paciente en lugar de hacerlo a células en cultivo. Se emplea en células difícil de extraer e implantar nuevamente, como sucede en la mucoviscidosis.

   
   

   

   Las técnicas usadas se basan en la adición del gen sano, que puede permanecer fuera del cromosoma (episoma) o insertarse al azar en el genoma. En este caso, los genes insertados no se suelen expresar eficazmente y, además, pueden dañar a algún gen esencial. El proceso denominado sustitución dirigida de genes puede solucionar este problema. Se trata de introducir cambios específicos en la secuencia de nucleótidos de un gen. Así, es posible estudiar la intervención de los genes en los procesos biológicos. Identificar los genes y las mutaciones responsables de ciertas enfermedades permitirá conseguir las mismas mutaciones en ratones, para estudiar el mecanismo molecular de esas enfermedades y diseñar las terapias más eficaces.

   8. ¿Qué son los transgénicos y cómo se desarrolla?

   Los transgénicos u organismos genéticamente modificados, son una serie de plantas o animales que han sido manipulados en laboratorios. Esta manipulación consiste en agregar genes a la cadena de ADN de dichas plantas y animales, para así cambiar o combinar características entre ellos. Estas características pueden ser de resistencia hacia enfermedades, herbicidas, insecticidas o bien para mejorar su calidad nutricional

   

   9. ¿En qué consiste el proyecto del genoma humano y cómo se llevó a cabo?

   ¿Cuáles son sus aplicaciones?

   Los primeros pasos del Proyecto Genoma Humano se dieron en EE.UU, donde se ha organizado el programa mejor financiado y coordinado. Por esta razón, conviene describir -con cierto detalle- la génesis del Proyecto Genoma Humano en ese país.

   En 1984, el biólogo molecular Robert Sinsheimer planteó la idea de fundar un Instituto para Secuenciar el Genoma Humano en la Universidad de California en Santa Cruz, de la que era rector.

   Tendría que ser un proyecto de prestigio, y la idea había surgido a raíz de un proyecto multimillonario para construir un telescopio astronómico. En 1984, la Universidad de California había recibido 36 millones de dólares para construir un telescopio de 10 metros en el observatorio de Lick. No era éste el único proyecto de "ciencia grande" que se consideraba en aquellos momentos. Los físicos que estudiaban los componentes fundamentales de la materia -las partículas elementales- estaban emprendiendo una campaña para obtener fondos con los que construir un gigantesco acelerador de partículas, el túnel de colisión SSC, cuyo coste se calculaba en miles de millones de dólares

   Muchos estados y universidades competían en miles de millones de dólares por atraer a su terreno tan lucrativo proyecto, y el profesor Sinsheimer era miembro del equipo californiano.

   En la imaginación de Sinsheimer había echado raíces la idea de que también la biología podía ser "ciencia grande". "Era del todo evidente que los físicos y los astrónomos no vacilaban en solicitar grandes sumas de dinero para financiar programas que consideraban esenciales para su ciencia", declaró tiempo después a la revista británica New Scientist. Finalmente, la idea de un Instituto del Genoma en Santa Cruz no se llevó a cabo, pero en su lugar empezó a cobrar impulso la idea de emprender algún esfuerzo coordinado para elaborar el mapa y descifrar las secuencias de los genes humanos.

   Independientemente de los esfuerzos de Sinsheimer en Santa Cruz, el Departamento de Energía (DOE) de EE.UU. empezó a entrar en el juego. Puede que esto parezca algo extraño, pero lo cierto es que el DOE llevaba mucho tiempo interesado en la genética humana y las mutaciones, a causa de sus programas nucleares, tanto militares como civiles.

   Al concluir la segunda guerra mundial, el gobierno y el congreso de EE.UU. decidieron no confiar la producción de armas nucleares a los militares del Pentágono ni al Departamento de Defensa, sino encomendársela a una agencia civil, la Comisión de Energía Atómica. Esta Comisión era la responsable no sólo del diseño y producción de armas nucleares, sino también del desarrollo de la energía nuclear para usos civiles. En este último aspecto, debía ocuparse a la vez de la promoción de la energía atómica civil y de la regulación de la seguridad en las centrales nucleares. A mediados de los setenta, se consideró que estas dos atribuciones podían entrar en conflicto, y se decidió dividir la Comisión. Así pues, se fundó una Comisión Reguladora Nuclear, encargada de supervisar la seguridad, y un Departamento de Investigación y Desarrollo de la Energía (ERDA), que también se encargaba de investigar otras formas de energía, además de la nuclear. Poco tiempo después, el ERDA se transformó en el Departamento de Energía, que asumió la responsabilidad del diseño y producción de armas nucleares, y la de la seguridad de los redactores y otros procesos implicados en la producción de armas. Durante gran parte del período de posguerra, el DOE y sus predecesores se interesaron por la genética humana, a causa de la necesidad de entender los efectos de la radiación en los seres humanos y sus genes. Una de las principales técnicas empleadas en este trabajo es el examen visual de los cromosomas en busca de anormalidades inducidas por la radiación. En 1983, los dos principales laboratorios de armamento nuclear, el de Los Álamos y el Lawrence Livermore, empezaron a trabajar en un Proyecto Biblioteca Génica. En 1986 se había conseguido clasificar por este sistema todos los cromosomas, excepto el 10 y el 11. Y en febrero de 1986 los laboratorios nacionales habían elaborado una "biblioteca" de fragmentos de ADN humano.

   El Departamento de Energía tiene una Oficina de Investigación Sanitaria y Ambiental (OHER), encargada de supervisar la seguridad en los trabajos con radiaciones. En 1986, Charles DeLisi, director de la OHER, propuso que el DOE aumentara su participación en las investigaciones genéticas basadas en la nueva biología molecular. Se daba cuenta de que la secuenciación del genoma humano sería una tarea inmensa y aseguraba que el DOE, con sus dos grandes laboratorios nucleares, estaba perfectamente preparado para abordar grandes proyectos científicos.

   Lo más sorprendente fue, tal vez, el momento en que enunció sus sugerencias: la guerra fría se había intensificado, y EE.UU. se había comprometido a fabricar y probar más armas nucleares; por si fuera poco, el presidente Reagan estaba promocionando el concepto de la defensa espacial contra ataques nucleares, lo que supondría mucho más trabajo para los laboratorios encargados de crear nuevos tipos de armas nucleares.

   Aunque la mejor información biológica se obtendría con el mapa del genoma humano, los mayores esfuerzos se habían dedicado a la tarea, mucho más laboriosa y costosa, de la secuenciación. Además, estaban involucrados dos colectivos científicos diferentes: por un lado, los biólogos moleculares de las universidades y otras instituciones de investigación biológica que tenían la mirada puesta en los NIH (National Institutes of Health), los cuales canalizaba casi todos los fondos federales para la investigación biomédica.

   Lo que preocupaba a los científicos era la magnitud y el costo de la empresa. Casi nadie negaba que, en último término, el mapeo y la secuenciación del genoma humano representarían un gran avance para las ciencias de la vida, pero había muchas discrepancias acerca de cuál sería la mejor ruta para alcanzar la meta. En un editorial de la revista norteamericana Science, el director Daniel Koshland expuso en términos muy sencillos los argumentos a favor del Proyecto Genoma: "La principal razón por la que el Congreso apoya la investigación en otras especies es que puede resultar aplicable a los seres humanos. Por lo tanto, la respuesta obvia a la pregunta de si se debe descifrar la secuencia del genoma humano es Sí. ¿Por qué lo pregunta?" Pero en el campo de la biología no existía tradición de grandes proyectos, como los que emprendían con frecuencia los físicos y astrónomos. Watson y Crick habían desentrañado la estructura del ADN en un minúsculo despacho del laboratorio Cavendish de Cambridge; y a finales de los cincuenta, Crick había tenido que trabajar en un cobertizo para bicicletas habilitado en el patio trasero del laboratorio.

   El 1 de octubre de 1988, Watson fue nombrado Director Asociado de la Investigación del Genoma Humano en el Instituto Nacional de Salud, con un presupuesto de más de 28,2 millones de dólares para el período 1988-1989 (unos 10 millones más que el presupuesto del DOE para investigar el genoma el mismo año). Aquel mismo día, el NIH y el DOE firmaron un Memorándum de Entendimiento, en el que las dos agencias se comprometían a cooperar en la investigación del genoma. El Proyecto Genoma Humano de EE.UU. había emprendido la marcha, y con el NIH a la cabeza, en lugar del DOE.

   En realidad, se elaborarían dos mapas, que reflejarían la dualidad existente entre los genes y la química del ADN. Uno de los mapas sería un mapa genético, que relacionaría entre sí los genes conocidos y otros "mojones" genéticos; el otro sería un mapa físico, que relacionaría entre sí las secuencias del ADN conocidas.

   Cuando empezó a crecer el interés internacional por el Proyecto Genoma -aunque muchas naciones se interesaron principalmente para no quedarse a la zaga de EE.UU. en el mayor proyecto biológico de la historia-, se hizo evidente la necesidad de un foro internacional. En 1988, durante una reunión celebrada en Cold Spring Harbor, los investigadores decidieron fundar la Organización del Genoma Humano (HuGO), que se encargaría de coordinar los trabajos internacionales, procurando evitar las repeticiones y solapamientos. Su primer director fue el genetista norteamericano Victor McKusick, al que sucedió el británico sir Walter Bodmer, director del Fondo Imperial para la Investigación del Cáncer.

   Su sede oficial se encuentra en Ginebra, pero sus oficinas operativas están en Londres, Bethesda y Osaka. Empezó a funcionar con fondos aportados por organizaciones benéficas, como la británica Wellcome Foundation Trust. Pero la HuGO se ha topado con dificultades de aceptación y, al carecer de fondos propios para financiar la investigación, parece condenada a la impotencia de dar consejos que nadie se siente obligado a aceptar. La UNESCO, por su parte tomó cartas para declarar el Genoma Humano, Patrimonio Universal del Humanidad y evitar así que las empresas y agencias involucradas pudieran apropiarse del nuevo conocimiento y que una nueva barrera se sumara a las ya existentes entre los países avanzados y los más rezagados en materia económica y tecnológica.
   
   

   

   
   
   

   En 1994, Craig Venter –quien hasta ese momento dirigía las investigaciones en uno de los centros de NIH- fundó, con financiamiento mixto, el Instituto para Investigación Genómica (TIGR) y condujo el desciframiento de la secuencia completa del genoma de un organismo entero, la bacteria H. influenzae. En mayo de 1998 se estableció Celera Genomics, una corporación resultante de la unión de Applera Corp. y TIGR. A su tiempo Celera concreto un joint venture con Applied Biosytems para la comercialización de los resultados de sus hallazgos.

   La carrera por descifrar la secuencia completa del genoma humano y lograr la localización de los genes en los cromosomas fue ganada por la técnica automatizada del emprendimiento privado, que el 6 de abril de 2000 anunció el primer borrador.

   
   

   Bibliografia:

   http://www.medspain.com/ant/n1_oct98/genetica.htm

   http://www.arrakis.es/~ibrabida/vigcorte.html

   http://www.educ.ar/educar/site/educar/tecnologia-del-adn-recombinante.html

   http://www.biblioteca.org.ar/libros/150406.pdf

   http://sepiensa.org.mx/contenidos/d_transgenicos/transgenicos.htm

   http://www.biotech.bioetica.org/ap39.htm