BIOTECONOLOGÍA

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: la que se emplea en medicina para producir vacunas, antibióticos, terapia génica etc.
• Verde: procesos agrícolas y ganaderos. Clonación, transgénicos.
• Azul: biotecnología acuática y marina. Alimentación, fármacos etc.
• Blanca: biotecnología industrial. Productos químicos, nuevos materiales etc.

A continuación, hablaremos de la ingeniería genética:

La ingeniería genética es el conjunto de procesos y técnicas que permite la manipulación de los genes de un organismo creando organismos genéticamente modificados. Se suele usar para transferir genes entre organismos diferentes, los transgénicos. A esta tecnología se le llama también del ADN recombinante. La tecnología del ADN recombinante necesita dos herramientas básicas:

• Endonucleasas de restricción: enzimas bacterianas que pueden reconocer una determinada secuencia de ADN y cortarlo en determinados pares de bases. Así se crean fragmentos de ADN con sus extremos formados por ADN monocatenario, llamados extremos cohesivos, ya que pueden unirse a otros fragmentos similares. Este sistema permite seleccionar genes de interés en un donante, cortarlos e insertarlos en un receptor.
• ADN ligasas: enzimas capaces de unir los extremos cohesivos de los fragmentos de ADN producidos por las endonucleasas.

Con estas herramientas se pueden cortar diferentes moléculas de ADN y los fragmentos obtenidos se juntan con las ligasas. Algunas de las moléculas obtenidas serán ADN recombinante.

Una de las técnicas más conocidas para la edición de genes es el sistema CRISPR/Cas9, que es un sistema inmune procariota contra fagos y plásmidos extraños que se ha adaptado para la edición genética. Es un probable candidato a sustituir a las enzimas de restricción por su gran precisión y potencialidad.

Otras técnicas de edición son ZFN y TALEN.

Ahora bien, para poder modificar genéticamente un organismo receptor mediante otro donante se necesitan muchas copias del gen de interés. La forma más conocida 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 (el transporte que introduce el gen en el 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, etc.

Existen diversos tipos de vectores de clonación: virus, balas de oro y plásmidos.

• Los plásmidos (pequeñas moléculas de ADN circular) son los más utilizados en bacterias. 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. Luego se cultivan y por último, se aislan los plásmidos recombinantes producidos por estas bacterias para obtener las copias del gen de interés clonado.

Hemos dicho anteriormente que la forma más conocida es la clonación génica. Pues sí es cierto, pero actualmente hay otra manera mucho más eficaz: la reacción en cadena de la polimerasa o PCR.

Esta técnica imita la replicación del ADN celular, pero in vitro y sin células. Con esta tecnología se pueden obtener muchísimas copias en muy poco tiempo (amplificación del ADN). Los elementos necesarios son:

• El ADN a amplificar.
• Cebadores: que son 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:

1. Etapa 1: desnaturalización. Se calienta a 95ºC para separar las dos cadenas del ADN a clonar.
2. Etapa 2: hibridación. Se enfría a 55ºC para que los cebadores se unan a las cadenas de ADN.
3. Etapa 3: síntesis de ADN. Se calienta a 72ºC para que el ADN polimerasa sintetice nuevas cadenas.

La duración de cada ciclo es de unos 5 minutos.

Esta técnica es muy útil en detección temprana de patógenos, medicina forense (huella genética), etc.

A parte de las dos citadas, existen otras técnicas de clonación de ácidos nucléicos como 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. Pero claramente no pueden sustituir a la PCR.

Otro ámbito del que la ingeniería genética se ocupa es la obtención de transgénicos mediante las técnicas y herramientas anteriormente citadas.

• Las bacterias y levaduras transgénicas se obtienen mediante plásmidos. En las bacterias se insertan por transformación mientras que en levaduras mediante un gen artificial (YAC).
• Los animales y plantas transgénicos, son más complejos de obtener porque es más complicado introducir genes en sus células, aunque pueden darse:

1. 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.
2. Organismos transgénicos: organismos con todas sus células modificadas por algún transgén, ya que se introdujeron en células embrionarias que formaron un individuo completo. En el caso de los animales, se inserta el transgén en el óvulo recién fecundado o en células madre embrionarias, posteriormente implantadas a la madre de acogida; en el caso de plantas, el transgén se inserta mediante un plásmido Ti, vector natural de la bacteria Agrobacterium tumefaciens, que infecta plantas, aunque también puede darse la inserción mediante pistolas de microbalas de oro o por el ADN de los cloroplastos.

Y estos organismos transgénicos, obtenidos mediante las técnicas anteriormente citadas, tienen diversas aplicaciones:

• En biofarmacia.
• En alimentos y mejora vegetal y animal.
• En defensa del medio ambiente y biorremediación.
• En investigación biológica y médica.
• En obtención de órganos para xenotransplantes.

También tenemos la genómica, que tiene como objetivo secuenciar el genoma de las especies vivas. En la actualidad hay muchos organismos que se han secuenciado enteros, principalmente bacterias, aunque también eucariotas en el que se incluye el ser humano. Fue el Proyecto Genoma Humano el que permitió secuenciar todo el ADN humano y descubrir muchas de sus características, como que contiene entre 23.000 y 25.000 genes. Este proyecto fue el primer paso en el estudio de la genética humana.

Ahora bien, éstos grandes avances en biotecnología plantean algunas 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.