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.
Esta incluye modernas técnicas de bioquímica, microbiología, inmunología, ingeniería genética, clonación, nanotecnología, etc.

Las aplicaciones de la biotecnología abarca numerosos campos, por lo que se clasifica en:

1. Roja: empleada en medicina. Producción de vacunas, antibióticos y otros fármacos, terapia génica, diagnósticos moleculares, manipulación genética,...
2. Verde: procesos agrícolas y ganaderos. Plantas y animales transgénicos, clonación, plantas asociadas a MO,...
3. Azul: biotecnología acuática y marina. Acuicultura, alimentación, ecología, fármacos,...
4. Blanca: biotecnología industrial. Productos químicos, nuevos materiales, combustibles, biorremediación,...

-La ingeniería genética es el conjunto de procesos y técnicas que permite la manipulación de los genes de un organismo, creando organismos genéticamente modificados.Una de sus aplicaciones más utilizadas es en la transferencia de genes entre organismos diferentes, formado organismos transgénicos.

HERRAMIENTAS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

La tecnología del ADN recombinante 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. Estos extremos se denominan extremos cohesivos, ya que pueden unirse a otros fragmentos similares.
• 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.

CRISPR 

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  y TALEN .

CLONACIÓN DEL ADN

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 ello se necesita un vector de clonación, un transportador del gen al interior de la célula. 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.

Los plásmidos 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.

REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA (PCR)

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.

La PCR 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: oligonucleótidos complementarios de los extremos 3’ del ADN a copiar.
• Los 4 tipos de desoxirribonucleótidos trifosfato necesarios para fabricar ADN: ATP, GTP, CTP, TTP.
• 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.

OTRAS TÉCNICAS DE CLONACIÓN DE ÁCIDOS NUCLEICOS

En los últimos años se han desarrollado varias técnicas nuevas para amplificar los ácidos nucleicos. Dichas técnicas no pueden suplir a la PCR en todos los casos, pero presentan grandes ventajas en determinadas circunstancias. Las más utilizadas son la LAMP  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.

-Las técnicas de ingeniería genética han permitido la obtención de OGM; seres vivos con su genoma modificado o con genes de otras especies (transgenes) que originan organismos transgénicos.

BACTERIAS Y LEVADURAS TRANSGÉNICAS

Se obtienen mediante plásmidos. En las bacterias se insertan por transformación. En levaduras mediante un gen artificial YAC.

ANIMALES Y PLANTAS TRANSGÉNICOS

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, ya que se introdujeron en células embrionarias que formaron un individuo completo.
• 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.

APLICACIÓN DE ORGANISMOS TRANSGÉNICOS

1. Biofarmacia: producción de proteínas, hormonas, insulina, etc. Tanto en bacterias como en animales y plantas.
2. Alimentos y mejora vegetal y animal: alimentos transgénicos con características especiales y plantas y animales más productivos o resistentes. 
3. Defensa del medio ambiente y biorremediación: bacterias y plantas capaces de degradar residuos tóxicos o contaminantes.
4. Investigación biológica y médica: estudio de rutas metabólicas, desarrollo embrionario, enfermedades, terapia génica...
5. Obtención de órganos para xenotrasplantes: cerdos y otros animales transgénicos cuyos órganos producen menos rechazo inmunológico.

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

Actualmente se han secuenciado completamente miles de organismos, principalmente bacterias, aunque también unos cientos de eucariotas, incluido el ser humano. 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

-Bioética: Los avances en biotecnología han llevado a plantearse cuestiones éticas 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.
• OMG: plantean muchas dudas sobre su potencial peligrosidad para la salud o el medio ambiente.

Fuentes: BioGeo