BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología es un conjunto de técnicas y procesos que emplea a los MO o sustancias derivadas de ellos para obtener productos, bienes o servicios de utilidad para el ser humano. Las aplicaciones de la biotecnología abarca numerosos campos, por lo que se clasifica en:

• Roja: empleada en medicina.
• Verde: procesos agrícolas y ganaderos.
• Azul: biotecnología acuática y marina.
• Blanca: biotecnología industrial.

La ingeniería genética es el conjunto de procesos y técnicas que permite la manipulación de los genes de un organismo, creando OGM (organismos genéticamente modificados). Una de sus aplicaciones más utilizadas es la transferencia de genes entre organismos diferentes, formando organismos transgénicos. A esta tecnología se le llama también del ADN recombinante y precisa de dos herramientas básicas:

• Endonucleasas de restricción: son enzimas bacterianas capaces de reconocer una determinada secuencia de ADN y cortarlo entre determinados pares de bases. De esta forma se crean fragmentos de ADN cuyos extremos están formados por ADN monocatenario, denominados extremos cohesivos, ya que pueden unirse a otros fragmentos similares. Gracias a estas se pueden seleccionar los genes de interés en el organismo donante, cortarlos y prepararlos para insertarlos en un receptor.
• ADN ligasas: son enzimas capaces de unir los extremos cohesivos de los fragmentos de ADN producidos por las endonucleasas.

Para obtener ADN recombinante, se cortan diferentes moléculas de ADN con la misma enzima de restricción. Los fragmentos obtenidos se ponen en contacto junto a ligasas, que los unen al azar. Algunas de las moléculas obtenidas serán ADN recombinante.

El sistema CRISPR/Cas9 se utiliza desde 2013 en la edición de genes. Es un sistema inmune procariota contra fagos y plásmidos extraños que se ha adaptado para la edición genética. Su enorme precisión y potencialidad lo hacen un más que probable candidato a sustituir a las enzimas de restricción. Otras técnicas de edición que se emplean actualmente son ZFN (Nucleasas con dedos de zinc) y TALEN (Nucleasas tipo activadores de transcripción).

Para poder modificar genéticamente un organismo receptor mediante otro donante es preciso disponer de muchas copias del gen de interés. Una forma clásica de obtener dichas copias es la clonación de ADN o clonación génica. Para clonar un gen debe introducirse en una célula que lo mantenga y lo replique, para lo que se necesita un vector de clonación. La unión del gen de interés con el vector formará un ADN recombinante que, introducido en la célula apropiada, permitirá obtener multitud de copias. La clonación génica permite obtener genotecas de ADN, secuenciar genomas, obtener proteínas recombinantes, terapia génica... 

Existen diversos tipos de vectores de clonación, entre ellos virus, balas de oro y plásmidos. Estos últimos son los más utilizados en bacterias. Estas pequeñas moléculas de ADN circular se recombinan con el gen de interés y con un marcador, como un gen de resistencia a antibióticos. El plásmido recombinante se introduce en bacterias mediante transformación. Las bacterias transformadas son seleccionadas gracias al marcador, luego se cultivan y, finalmente, se aíslan los plásmidos recombinantes producidos por estas bacterias para obtener las copias del gen de interés clonado.

Aunque la clonación génica se sigue usando, actualmente existe una técnica mucho más eficaz de clonar genes: la reacción en cadena de la polimerasa o PCR, que imita la replicación del ADN celular, pero in vitro y sin células. Esta tecnología es capaz de obtener millones de copias de un fragmento de ADN en muy poco tiempo. Para ello se necesita el ADN a amplificar, cebadores, los 4 tipos de desoxirribonucleótidos trifosfato necesarios para fabricar ADN (ATP, GTP, CTP, TTP) y una ADN polimerasa resistente al calor obtenida de una bacteria termófila. Cada ciclo de replicación o amplificación consta de 3 etapas:

• Etapa 1: desnaturalización. Calentamiento a 95 ºC para separar las dos cadenas del ADN a clonar.
• Etapa 2: hibridación. Enfriamiento a 55 ºC para que los cebadores se unan a las cadenas de ADN.
• Etapa 3: síntesis de ADN. Calentamiento a 72 ºC para que la ADN polimerasa sintetice nuevas cadenas.

Cada ciclo dura unos 5 minutos. Tras 20-30 ciclos se dispone de millones de copias. Esta técnica es de gran utilidad en detección temprana de patógenos, medicina forense, estudios evolutivos, etc

En los últimos años se han desarrollado varias técnicas nuevas para amplificar los ácidos nucleicos que no pueden suplir a la PCR, pero presentan grandes ventajas en determinadas circunstancias. Las más utilizadas son la LAMP (amplificación isotérmica mediada por bucle) y la NASBA. Ambas tienen la ventaja de realizarse a temperatura constante, por lo que es más sencilla y rápida. Sin embargo, se precisan cebadores muy específicos y en mayor número. Aunque no pueden sustituir a la PCR, tienen gran utilidad en el diagnóstico concreto de determinadas enfermedades.

Las técnicas de ingeniería genética han permitido la obtención de organismos genéticamente modificados, seres vivos con su genoma modificado o con genes de otras especies que originan organismos transgénicos.

Las bacterias y levaduras transgénicas se obtienen mediante plásmidos. En las bacterias se insertan por transformación. En levaduras mediante un gen artificial (YAC).

Los animales y plantas transgénicos son mucho más difíciles de obtener porque es más complicado introducir genes en sus células. Pueden darse:

• Quimeras transgénicas: organismos con unas células transgénicas y otras que no, debido a que se introdujeron los genes sólo en algunas de las células embrionarias.
• Organismos transgénicos: organismos con todas sus células modificadas por algún transgén.

• Animales transgénicos: se inserta el transgén en el óvulo recién fecundado o en células madre embrionarias que luego son implantadas en una madre de acogida.
• Plantas transgénicas: el transgén se inserta mediante un plásmido Ti, vector natural de la bacteria Agrobacterium tumefaciens, que infecta plantas. También puede darse la inserción mediante pistolas de microbalas de oro o por el ADN de los cloroplastos.

La aplicación de los organismos es variada, principalmente en biofarmacia, alimentos y mejora vegetal y animal, defensa del medio ambiente y biorremediación, investigación biológica y médica, y obtención de órganos para xenotrasplantes.

La genómica tiene como objetivo secuenciar el genoma de las especies vivas. 

El Proyecto Genoma Humano (1990-2003) permitió secuenciar todo el ADN humano y descubrir muchas de sus características, como que consta de unas 3.200 Mb, repartidas en 24 cadenas de ADN (22 autosomas y los cromosomas X e Y), que contiene entre 23.000 y 25.000 genes o que menos del 2% codifica proteínas (exones). El resto son intrones, secuencias reguladoras, fragmentos repetitivos, etc.

Se desconoce la función de la mayoría del genoma, por lo que este proyecto fue sólo un primer paso en el estudio de la genética humana.

Los increíbles avances en biotecnología han llevado a plantearse cuestiones éticas muy profundas sobre su utilización y consecuencias para la humanidad. Podría emplearse para discriminar personas en función de sus características genéticas. La reproducción asistida y el uso de la clonación con fines reproductivos o, incluso, terapéuticos, desata mucho debate y controversia entre numerosos colectivos. La terapia génica y la eugenesia podrían utilizarse para manipular embriones humanos y obtener individuos con características especiales. Los OGM plantean muchas dudas sobre su potencial peligrosidad para la salud o el medio ambiente.

Fuente: BioGeo