biotecnologia

CONCEPTO DE ORGANISMO TRANSGÉNICO

REPASAMOS…¿QUÉ ES UN GEN? 

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Un gen contiene la información necesaria para que se manifieste una característica heredable de un ser vivo. En términos de su estructura, un gen es un fragmento de una larga molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico) que almacena información para fabricar una determinada proteína.

Esta proteína es la que a su vez determina el carácter correspondiente del organismo, como por ejemplo el color de la piel, la presencia de semilla o la resistencia a una enfermedad. Los genes se organizan en largas moléculas de ADN que se denominan cromosomas. El conjunto de todos los cromosomas de una célula se denomina genoma.

Todas las células de un organismo vivo, desde las bacterias hasta el hombre, tienen copia del genoma de la especie, que contiene toda la información requerida para la construcción y supervivencia del organismo.

Si se comparase con una enciclopedia, cada gen sería equivalente a un capítulo de esta enciclopedia y cada cromosoma sería un volumen de la misma, formado por la sucesión de capítulos. Por tanto, esta enciclopedia contiene la esencia de cada individuo. Siguiendo con este ejemplo, se estima que la enciclopedia de una planta puede contener alrededor de 25.000 capítulos (genes) mientras que la enciclopedia humana puede contener hasta 100.000.

El origen común de todos los seres vivos se refleja en el hecho de que todos los genomas de todas las especies están escritos con los mismos símbolos y en el mismo lenguaje, que se ha denominado código genético.

¿Qué es la Ingeniería Genética?

ES UN CONJUNTO de técnicas que permiten alterar las características de un organismo mediante la modificación dirigida y controlada de su genoma, añadiendo, eliminando o modificando alguno de sus genes. Así, entre otras aplicaciones, la ingeniería genética permite eliminar una característica indeseable de un organismo (por ejemplo, la producción de una toxina) anulando el gen correspondiente de ese organismo.

Igualmente permite introducir una nueva característica en una especie (por ejemplo, la resistencia a un insecto) copiando el gen correspondiente de una especie resistente a ese insecto e introduciéndolo en el genoma de la especie susceptible.

Gracias a la universalidad del código genético, la ingeniería genética puede utilizar la información existente en todos los seres vivos.

El intercambio de información genética entre distintos seres vivos no es una invención humana y ocurre con cierta frecuencia entre microorganismos (por ejemplo bacterias) en la naturaleza.

De hecho, la ingeniería genética se basa en mecanismos que operan normalmente en la naturaleza.

Organismos genéticamente modificados 

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Las técnicas de ingeniería genética han permitido realizar manipulaciones complejas en el genoma de diferentes seres vivos, principalmente bacterias, levaduras, plantas y animales, y como resultado se obtienen organismos genéticamente modificados (OGM).

Estas modificaciones pueden suponer la inclusión de un gen foráneo en el genoma, lo que da lugar a los organismos transgénicos.

ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS 

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Debido a la facilidad que tiene la manipulación y rápido ciclo biológico, las bacterias y las levaduras son los organismos más utilizados para la biotecnología.

Las bacterias pueden ser modificadas mediante el empleo de plásmidos preparados adecuadamente, que actúan como vectores de expresión. Con ellos se consigue un proceso de transformación semejante al que ocurre de forma natural en muchas especies bacterianas.

Las levaduras son células eucariotas y para su manipulación genética es necesario utilizar un cromosoma artificial (YAC) funcional durante el proceso de mitosis para que sea transmitido a la descendencia.

Son aquellos a los que se ha insertado algĂşn gen, conocido como transgĂŠn, procedente de otro organismo

El ADN recombinante, es un tipo de ADN en el que secuencias de nucle贸tidos provenientes de dos fuentes distintas, a menudo de especies diferentes, se combinan in vitro en la misma mol茅cula de ADN

CONSTRUCCIÓN DE DE ADN ADN CONSTRUCCIÓN RECOMBINANTE RECOMBINANTE  1.

Para obtener una molécula de ADN recombinante: Las moléculas de ADN de dos organismos diferentes se cortan con las enzimas de restricción ( son endonucleasas, sintetizadas por bacterias capaces de cortar en fragmentos el ADN de cualquier organismo, estas enzimas tijera reconocen secuencias específicas y cortan entre determinados pares de bases, dando lugar a fragmentos con extremos de un sola cadena, llamados extremos cohesivos, porque pueden asociarse con otros fragmentos de extremos complementarios de una sola cadena.

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De este modo se generan fragmentos de ADN con extremos cohesivos complementarios en cada una de las moléculas.

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Se ponen en contacto los fragmentos de ADN obtenidos y se someten a la acción de la enzima ADN ligasa, formándose una molécula de ADN recombinante, que contienen ADN de los dos organismos..

CONSTRUCCIÓN DE DE UN UN ADN ADN CONSTRUCCIÓN RECOMBINANTE RECOMBINANTE Los métodos que permiten crear ADN recombinante son fundamentales para el desarrollo de la ingeniería genética, que es la manipulación directa de los genes con intenciones prácticas.

Las aplicaciones de la ingeniería genética consisten en la fabricación de cientos de productos proteicos, por ejemplo hormona y factores de la coagulación sanguínea.

El empleo de la tecnología del DNA permite a los científicos crear ADN recombinante y luego introducirlo en células en cultivo que replican el ADN y expresan sus genes para obtener, de esta manera, alguna proteína deseada.

CONSTRUCCIÓN DE DE ADN ADN CONSTRUCCIÓN RECOMBIANTE RECOMBIANTE

Para trabajar directamente con genes específicos, los científicos desarrollaron métodos para preparar fragmentos de ADN bien definidos del tamaño de un gen en múltiples copias idénticas por medio de un proceso denominado clonación génica

Bacteria Gen insertado en un plásmido

Cromosoma bacteriano

Cell containing gene of interest

plásmido ADN recombinante)

Gen de interés Plásmido introducido en la célula bacteriana

Recombinante bacteria

DNA del cromosoma

Recombinante bacteria Célula huésped cultivada para formar un clon de células con el gen clonado de interés Gene of interest

Protein expressed by gene of interest

Copies of gene

Investigación básica sobre el gen

Resistencia contra las plagas

Proteina recuperada Investigación básica y diversas aplicaciones

Investigación básica sobre la proteína

Hormona del crecimiento Gen para eliminar los Proteína que disuelve coagulos desechos tóxicos

CLONACIÓN DEL ADN Y SUS APLICACIONES 

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La mayoría de los métodos que permiten clonar fragmentos de ADN en el laboratorio comparten algunas características generales: Un sistema común es utilizar bacterias, generalmente Escherichia coli y sus plásmidos.

Para clonar genes u otros fragmentos de ADN en el laboratorio, primero se aísla un plásmido de una célula bacteriana y luego se le introduce el ADN extraño. El plásmido resultante se convierte en una molécula de ADN recombinante, que contiene ADN procedente de dos fuentes distintas.

Se vuelve a introducir el plásmido en la célula bacteriana para obtener una bacteria recombinante, que se reproduce formando un clon de células idénticas. Debido a que las bacterias en proceso de división replican el plásmido recombinante y lo transfieren a sus descendiente, el gen extraño es “clonado” al mismo tiempo, es decir, el clon de células contiene muchas copias del gen.

CLONACIÓN DEL ADN Y SUS APLICACIONES 

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Los genes clonados se emplean con dos propósitos principales: crear muchas copias de un gen específico y producir una proteína.

Los investigadores pueden aislar copias de un gen clonado creadas por bacterias para usarlas en investigación básica o para proporcionarle a un organismo una nueva capacidad metabólica, como, la resistencia contra la enfermedad.

A modo de ejemplo, se puede clonar un gen de resistencia presente en una especie de cultivo para transferirlo a las plantas de otra especie. Por otra parte, se pueden sintetizar grandes cantidades de una proteína de uso médico, como, la hormona de crecimiento humana, a partir de cultivos bacterianos que contienen el gen clonado del que deriva la proteína.

AGRICULTURA Y MEDIO AMBIENTE

TRANSFORMACIÓN (AGROBACTERIUM) Y REGENERACIÓN.

¿QUÉ ES UNA PLANTA TRANSGÉNICA? 

Es una planta cuyo genoma ha sido modificado mediante ingeniería genética, bien para introducir uno o varios genes nuevos o para modificar la función de un gen propio.

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Como consecuencia de esta modificación, la planta transgénica muestra una nueva característica. Una vez realizada la inserción o modificación del gen, éste se comporta y se transmite a la descendencia como uno más de los genes de la planta.

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En las plantas transgénicas la modificación genética se realiza de forma dirigida y afecta a un número reducido de genes perfectamente conocidos.

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Como resultado, las variedades transgénicas no difieren mucho de las variedades no transgénicas y presentan características predecibles.

PRODUCCIÓN DE PLANTAS TRANSGÉNICAS 

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LA PRODUCCIÓN de una planta transgénica consta de dos etapas fundamentales denominadas transformación y regeneración .

Se denomina transformación al proceso de inserción del gen que se pretende introducir (también llamado transgén) en el genoma de una célula de la planta a transformar.

La regeneración consiste en la obtención de una planta completa a partir de esa célula vegetal transformada.

Para introducir el nuevo gen en el genoma de la célula vegetal se utilizan fundamentalmente dos métodos.

El más común utiliza una bacteria del suelo, Agrobacterium , que en condiciones naturales es capaz de transferir genes a las células vegetales.

RESISTENCIA A LOS HERBICIDAS: GLIFOSATO 

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En las cosechas hay pérdidas debido a las “malas hierbas”. Este porcentaje se puede reducir utilizando plantas transgénicas resistentes a los herbicidas con los que se eliminan las malas hierbas.

El glifosato es un herbicida no selectivo que mata a las plantas, porque inhibe una enzima (EPSPsintasa) implicada en el metabolismo de los aminoácidos. De cepas de E.coli resistentes al glifosato se obtuvo el gen de esta enzima, se clonó y se introdujo en plantas que incrementaron la concentración de la enzima por tanto, solo sufrían daños con concentraciones mayores de herbicida.

MEDIO AMBIENTE

BIORREMEDIACIÓN 

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LA BIORREMEDIACIÓN es un procedimiento para la recuperación de una zona terrestre o acuática contaminada que utiliza a los seres vivos para eliminar (degradar) las sustancias contaminantes. En muchos casos, la biorremediación se utiliza como acción complementaria después de haber eliminado una buena parte de la contaminación por otros métodos físico-químicos o mecánicos. Los procedimientos utilizados para la biorremediación son muy variables y dependen del compuesto(s) a eliminar y de su ubicación física (suelo, agua). La biorremediación se puede realizar in situ o ex situ.

En el tratamiento in situ se puede estimular la actividad degradativa de los organismos presentes en el lugar contaminado suministrando nutrientes (bioestimulación), o se pueden añadir organismos con propiedades especificas para degradar el contaminante (bioincremento). En el tratamiento ex situ, el contaminante es transportado a una planta de procesamiento donde se trata en reactores con microorganismos degradadores especializados.

Cuando el contaminante no se puede biodegradar, como sucede con los metales pesados, la estrategia utilizada es la bioacumulación, es decir, la acumulación del contaminante en el interior del ser vivo y la posterior retirada del organismo que ha acumulado el contaminante. Los microorganismos suelen ser los seres vivos más utilizados en biorremediación, aunque cada vez esta más extendido el uso de las plantas en estas tareas (fitorremediación), especialmente en los casos que requieren la bioacumulación.

BIORREMEDIACIÓN: DEGRADACIÓN DE VERTIDOS DE HIDROCARBUROS DEL PETRÓLEO 

Existen bacterias que, de forma natural, son capaces de degradar la materia orgánica.

Mediante ingeniería genética, se pueden modificar para que sean capaces de hacerlo con un mejor rendimiento y en condiciones ambientales diversas; estas bacterias transgénicas se pueden utilizar, por ejemplo, para la limpieza de los vertidos de hidrocarburos.

OBTENCIÓN DE INSULINA

INGENIERÍA GENÉTICA GENÉTICA YY MEDICINA MEDICINA INGENIERÍA  

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¿Qué fármacos de origen biotecnológico están en el mercado?

SI SE DEJAN aparte los fármacos que se obtienen por semisíntesis (obtención mitad biológica mitad química), que son difíciles de cuantificar, el número de productos biotecnológicos en el mercado sanitario se acerca al centenar.

En el caso concreto de péptidos y proteínas, en el año 2000 se contabilizaban alrededor de 50 productos fabricados aplicando tecnologías de Ingeniería Genética, aunque no todos están disponibles en todos los países y algunos son variantes de la misma molécula. Entre otros, se encuentran disponibles varias hormonas (insulina y hormona del crecimiento), citoquinas usadas como antivirales y anticancerosos (IL-1, IL-2, interferones), factores estimuladores de la hematopoyesis para pacientes anémicos y para los tratados con quimioterapia agresiva (eritropoyetina, G-CSF, GMCSF), anticoagulantes y trombolíticos para problemas vasculares (factor activador del plasminógeno tisular, hirudina), pro-coagulantes para los pacientes hemofílicos (factores VII, VIII y IX), anticuerpos monoclonales para evitar el rechazo de transplantes, nuevos antivirales y vacunas. Las ventas anuales del sector están en las decenas de miles de millones de dólares. Solamente de eritropoyetina se vendieron 3.800 millones de dólares en 1999.

OBTENCIÓN OBTENCIÓN DE DE INSULINA INSULINA Muchas enfermedades están provocadas por la carencia de una proteína La insulina. el interferón, la hormona del crecimiento o el factor VIII de la coagulación son proteínas que se producían en cantidades muy pequeñas mediante procesos muy costosos y que, en la actualidad, se fabrican mediante la ingeniería genética.  La insulina fue la primera proteína obtenida por ingeniería genética. Está formada por dos polipéptidos, el A y el B, y para su producción es necesario, primero, sintetizar químicamente las dos cadenas de ADN que la expresan: la cadena A y la cadena B. Esto ha sido posible porque la secuencia de aminoácidos de la insulina es conocida desde hace tiempo.

Los genes sintéticos se insertan por separado, y junto al gen que expresa una proteína -la β-galactosidasa- en plásmidos de E. coli, se obtienen plásmidos recombinantes. Estos se introducen en cepas distintas de E. coli, donde se expresan, y se obtiene una proteína de fusión -la â-Gal-insulina-, que es más estable en E. coli que la insulina sola. Estas proteínas de fusión se procesan químicamente para separar de ellas los polipéptidos A y B, que luego, mediante renaturalización y oxidación de las cisteínas, se unen para obtener la insulina activa. 

Producción de insulina humana La forma activa de la insulina consta de dos polipéptidos (A y B), que están codificados por partes separadas de un mismo gen. Estos se pueden obtener en cultivos bacterianos separados.

Promotor

Subunidad A del gen de la insulina

Promotor

Subunidad B del gen de la insulina

Proteína de fusión con subunidad A del gen de la insulina

Transformación en E. coli

Extracción de Separación de las proteínas de los polipéptidos fusión AyB

Proteína de fusión con subunidad B del gen de la insulina

Formación de insulina activa

OBTENCIÓN DE DE INSULINA INSULINA OBTENCIÓN 

Figura 2. Un método para obtener insulina humana mediante ingeniería genética. 1: Se fabrica en el laboratorio un ADN que codifica para la cadena A de la insulina humana, y se inserta en un plásmido bacteriano. Se fabrica también ADN que codifica para la cadena B, y se inserta en otro plásmido similar al anterior. En ambos casos, el gen para la cadena de insulina se encuentra al lado del gen bacteriano para la β-galactosidasa. 2: Los plásmidos se han introducido (por separado) en células de Escherichia coli. Al expresarse, cada uno de ellos da lugar a una proteína de fusión, que contiene la cadena de β-galactosidasa unida a la cadena de insulina (A o B) mediante un residuo de metionina. 3: Ambas proteínas de fusión se extraen y se purifican por separado, tratándose con BrCN, que destruye la metionina, quedando libres las cadenas de insulina. 4: Se juntan las cadenas A y B, y mediante procedimientos químicos (oxidación) se establecen entre ellas puentes disulfuro, obteniéndose insulina en su forma final.