2º BACHILLERATO. TEMA 15. BIOTECNOLOGÍA

ÍNDICE Conocimientos previos Esquemas Presentaciones Contenidos animados La era de la biotecnología La ingeniería genética Herramientas de los ingenieros genéticos Enzimas de restricción Formación del ADN recombinante Vectores Genes marcadores Formas de introducción del vector Clonado del ADN Multiplicación de las células Secuenciación del ADN. Técnica del didedonucleótido Reacción en cadena de la polimerasa Aplicaciones Ingeniería genética en medicina Obtención de proteínas de mamíferos Obtención de vacunas recombinantes Diagnóstico de enfermedades de origen genético Obtención de anticuerpos monoclonales

13.  Plantas transgénicas              1.  Beneficios de las plantas transgénicas 14.  Animales transgénicos              1.  Beneficios 15.  Riesgos de los transgénicos 16.  Clonación              1.  Clonación de animales                         1.  Disgregación de células embrionarias                         2.  Transferencia nuclear. Oveja Dolly 17.  Prueba del ADN 18.  Otras aplicaciones de la biotecnología 19.  Proyecto genoma humano              1.  Aplicaciones 20.  Riesgos de la biotecnología 21.  Células madre. Tipos.               1.  Aplicaciones 22.  Ideas fundamentales 23.  Repaso 24.  Prácticas 25.  Cuestiones 26.  Otras presentaciones 27.  Vídeos

1. Conocimientos previos      2 

2. ESQUEMAS

     


3. PRESENTACIONES

    

3. CONTENIDOS ANIMADOS

     

5. LA ERA DE LA BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología es el conjunto de técnicas y procesos que permiten manipular el material genético de los seres vivos con el fin de obtener productos de interés para los seres humanos o el medio natural.

La biotecnología puede lograr:

• Producir proteínas, hormonas, medicamentos, vacunas...
• El diagnóstico y detección precoz de enfermedades.
• Mejorar la producción agrícola y ganadera con organismos transgénicos.
• El análisis genético de los individuos para obtener relaciones de parentesco, resolución de delitos, relaciones evolutivas...
• La lucha contra la contaminación: microorganismos que digieren petróleo, residuos, depuran aguas,...
• Producción de energías alternativas: fotosíntesis artificial, biocarburantes,...

6. LA INGENIERÍA GENÉTICA

La ingeniería genética utiliza distintas técnicas para manipular el ADN, bien para modificar el de un determinado organismo o para introducir genes de unos organismos en otros.La ingeniería genética modifica las especies y crea otras nuevas.

Cuando se combinan genes de varias especies, el ADN transferido se llama ADN recombinante. El organismo resultante contendrá un ADN recombinante, mezcla del suyo propio y del pasajero. Por eso, a estás técnicas se les llama tecnología del ADN recombinante.

Se realiza a través de las enzimas de restricción que son capaces de "cortar" el ADN en puntos concretos.

La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las que destacan:

• La tecnología del ADN recombinante: con la que es posible aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro.
• La secuenciación del ADN: Técnica que permite saber el orden o secuencia de los nucleótidos que forman parte de un gen.
• La reacción en cadena de la polimerasa (PCR): con la que se consigue aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN, por lo tanto, con una mínima cantidad de muestra de ADN, se puede conseguir toda la que se necesite para un determinado estudio.
• las aplicaciones de la ingeniería genética: Son numerosas las aplicaciones prácticas y comerciales de la ingeniería genética.

Se abre un campo que nos ofrece además la posibilidad de utilizar plantas y animales transgénicos así como microorganismos modificados genéticamente para producir fármacos u otros productos de utilidad para el hombre,entre los que se pueden citar: la insulina humana, la hormona del crecimiento,interferones, la obtención de nuevas vacunas o la clonación de animales. Una puerta abierta que no nos debe hacer olvidar el impacto perjudicial que un uso inadecuado podría provocar en el ser humano y en el propio planeta.

La ingeniería genética puede definirse como un conjunto de técnicas, nacidas de la Biología molecular, que permiten manipular el genoma de un ser vivo.

7. HERRAMIENTAS DE LOS INGENIEROS GENÉTICOS

El uso de la ingeniería genética lleva a la obtención de organismos transgénicos y organismos modificados genéticamente. Para conseguirlo se siguen los siguientes pasos:

• Localizar y extraer el gen o genes a transferir (ADN pasajero).
• Insertar el gen aislado en un vector, un transportador que llevará ese gen a la célula receptora.
• Introducir el vector con el gen aislado en la célula receptora.Para llevar a cabo esos pasos se requieren herramientas moleculares:
• Enzimas de restricción: son enzimas capaces de reconocer una secuencia de ADN determinada, cortar la doble hélice en ese punto y crear fragmentos con extremos cohesivos o adherentes (complementarios).
• Enzimas ligasas: unen los fragmentos cortados por las enzimas de restricción con el ADN del vector.
• Vectores: estructuras capaces de transportar ADN y penetrar en las células diana. Los principales vectores son los plásmidos y los virus.
• Plásmidos: moléculas de ADN circulares y de pequeño tamaño, presentes en las bacterias, y capaces de entrar en otras bacterias.
• Virus: estructuras acelulares, con una cápsula proteica que envuelve el material genético. Para su multiplicación necesitan infectar a una célula. Pueden infectar a bacterias (bacteriófagos), plantas, animales,...

8. ENZIMAS DE RESTRICCIÓN

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. Por lo tanto en la tecnología del ADN recombinante podemos diferenciar cuatro etapas básicas:

• Corte específico del ADN en fragmentos pequeños y manejables mediante la utilización de un tipo de enzimas conocidas como enzimas de restricción que pueden considerarse como las "tijeras moleculares". Estas enzimas se aislaron en bacterias y se identifican con distintos nombres, siendo lo característico de ellas estos dos principios:
• Cada enzima de restricción reconoce una secuencia específica de nucleótidos y corta en ese punto cada una de las cadenas de ADN.
• Los extremos libres que quedan se llaman extremos pegajosos, porque pueden unirse a otros fragmentos de ADN que hayan sido cortados por la misma enzima de restricción.En los siguientes dibujos puede verse como actuarían estas enzimas.

  

En este esquema se ve el resultado de la actuación de la enzima de restricción.
Ha quedado rota la molécula de ADN, quedando unos bordes pegajosos por donde puede unirse este ADN, con otro aunque sea de una especie diferente.

Los fragmentos obtenidos después de la actuación de las distintas enzimas de restricción, se pueden separar por tamaños, es decir, según el número de pares de nucleótidos que llevan, mediante la técnica de electroforesis y así estudiar los distintos trozos. Según donde se hallen las secuencias de reconocimiento, un gen determinado puede estar fragmentado en varios trozos, o bien un trozo puede contener varios genes, posibilidades que hay que confirmar.

En el proceso de la electroforesis se prepara una mezcla de fragmentos de ADN y se ponen en distintas soluciones. Los fragmentos se desplazan en relación inversa con su tamaño, los fragmentos más pequeños se mueven rápidamente, mientras que los grandes lo hacen muy lentamente.

 

ANIMACIONES

      

9. FORMACIÓN DEL ADN RECOMBINANTE
9.1. Inserción de los fragmentos de ADN
Esta inserción se realiza en vectores de clonado, que son los agentes transportadores capaces de introducirlos en las células hospedadoras.
Los vectores de clonación son pequeñas moléculas de ADN, que tienen capacidad para autorreplicarse dentro de las células hospedadoras.
Se utilizan con frecuencia dos tipos de vectores de clonación: plásmidos y virus. de introducirlos en las células hospedadoras.

Plásmidos. Son moléculas de ADN circular, con un tamaño menor que el del cromosoma. Se replican con independencia del cromosoma bacteriano ya que tienen su propio origen de replicación. 

En esta secuencia de dibujos se puede ver como se realiza la inserción de un gen en un plásmido. Tenemos un gen (color rojo) que interesa insertar en un plásmido (color turquesa)

Vemos como una enzima de restricción ha cortado el gen y el plásmido, quedando unos bordes cohesivos o pegajosos.

La unión del ADN que contiene el gen que se desea clonar con el vector de clonación, se realiza por medio de otras enzimas, denominadas ADN-ligasas, que unen ambos trozos de ADN. El resultado es una molécula de ADN recombinante, ya que contiene fragmentos de ADN de distinta procedencia.

  

• Bacteriófagos. El proceso es similar, se trata de insertar el gen deseado en un fragmento de ADN vírico (figura d) Posteriormente se ensamblarán las distintas partes del virus (figura e). Así quedará el virus completo(figura f). En el siguiente paso se insertará este ADN por el proceso de la TRANSDUCCIÓN.

   

Cósmidos . Son plasmidos que contienen el fragmento de ADN deseado que posee un borde cohesivo procedente del genoma del fago lambda (extremo cos)y se empaqueta en el interior de un fago. Se construye el cssmido uniendo los tres elementos ginicos, y el resultado final es poder introducir en la cilula receptora fragmentos largos de ADN.

 

ANIMACIONES

 

  

  

CUESTIONES:  

   1     2     3       4      5     6     7     8     9     10    11    12

9.2. Genes marcadores 

Además del origen de replicación, los vectores de clonación deben llevar otros genes denominados marcadores, que sirven para identificar las células que contienen el vector de clonación. Se suelen utilizar como marcadores, genes de resistencia a antibióticos y genes de bioluminiscencia.

Genes de resistencia a antibióticos. Sirven para identificar bacterias que contienen el vector de clonación, porque estas bacterias serán resistentes al antibiótico del gen marcador.

Genes de luminiscencia.. En este caso, la célula que contenga el gen que se quiere clonar, tendrá la propiedad de emitir luz, ya que el marcador que se le incorpora determina que se exprese esa característica. Este sistema se emplea cuando la célula hospedadora es una célula eucariota.
 

9.3. Métodos de introducción del vector
El siguiente paso será introducir el vector de clonación que contiene el gen que se quiere clonar en la célula hospedadora, para que ésta, al multiplicarse, origine un clon celular que lleve el gen concreto.

Existen varios métodos que dependerán del tipo de célula fundamentalmente.

1. En bacterias (células procariotas), mediante estos procesos:

• Transformación. Ocurre espontáneamente en ciertos tipos de bacterias y se consigue artificialmente sometiendo a la célula bacteriana a tratamientos físicos y químicos. La célula capta moléculas de ADN que se encuentran en el medio externo, las introduce en su interior y las incorpora a su genoma. En las siguiente animación puede verse el proceso.

  

• Transducción. Este método consiste en introducir el ADN en la célula hospedadora mediante un virus, utilizando como vector de clonación el genoma del virus.
  En la siguiente figura puede verse el proceso en tres etapas. 
• El número 1 corresponde al virus aproximándose a una bacteria. Se puede observar como lleva un genoma ya con el gen que interesa clonar. 
• El siguiente momento 2, corresponde al contacto entre el virus y la pared bacteriana, en cuya zona de contacto se produce un poro por donde 
• En la etapa 3, el virus inyecta su ADN al interior de la célula bacteriana.

 

• Clonado del ADN. Una vez que se ha conseguido la población de bacterias transformadas, (recuerda que llevan además del gen de interés un gen por ejemplo de resistencia a un antibiótico por ejemplo un gen de resistencia a la ampicilina), por lo que las bacterias que se consideran transformadas, serán aquellas que sobrevivan.

• Multiplicación de las células: El siguiente paso es poner a las bacterias en un medio de cultivo apropiado para que se multipliquen. A la vez que se reproducen las bacterias lo hace también el plásmido con el gen que interesa, el resultado es que se obtiene un clon de células que llevan todas ese gen de interés. Se pueden formar por tanto diferentes clones con genes de interés para el hombre. Este conjunto de clones se denomina biblioteca genómica.

ANIMACIONES
   

 

10. SECUENCIACIÓN DEL ADN. TÉCNICA DEL DIDEDOXINUCLEÓTIDO

Otra técnica propia de la Ingeniería Genética es la determinación de la secuencia de nucleótidos de un ADN, conocida como secuenciación deLl ADN.Se ha conseguido gracias a las enzimas de restricción y a la posibilidad de obtener numerosas copias de un ácido nucléico por clonación.

Se pueden conseguir muchos fragmentos , de diversos tamaños y lo que se trata es de recomponer la molécula original como si se tratase de un puzzle.Así se han secuenciado genes, desde virus hasta el genoma humano.

El método más usado para la secuenciación es el conocido como técnica de terminación de cadena de Sanger, la cual se ha perfeccionado conociéndose actualmente como la técnica del didesoxi.

Se denomina así por ser necesario los didesoxirribonucleótidos (figura 1), que han perdido su grupo alcohol OH del carbono 3'. En la figura 2 vemos un nucleótido normal con el grupo alcohol en el carbono 3'.

Figura 1

Figura 2

Como los nucleótidos se unen por este grupo OH del carbono 3', hay que pensar que si nos encontramos con un didesoxinucleótido será imposible que se una otro nucleótido y la cadena terminará aquí. Figura 3 (Es necesario tener esto presente para comprender la técnica del didesoxi)

Figura 3 Abreviadamente, éste sería el método a seguir:
Como la técnica se basa en la síntesis de ADN, para hacer la reacción de secuenciación se necesita:

• Como "molde" se utiliza una de las cadenas del fragmento de ADN que se va a secuenciar.
• Como "cebador" para iniciar la síntesis, se necesita un corto oligonucleótido complementario del extremo de la cadena.
• desoxinucleótidos de las cuatro bases: dAMP, dTMP, dGMP, dCMP.
• didesoxinucleótidos de una base en cada una de las cuatro reacciones de secuenciación.

Al añadir la ADN-polimerasa, comienza la polimerización en el cebador, pero cesa el incorporarse un didesoxinucleótido (Figura 4).



Figura 4 Se produce un conjunto de cadenas dobles cuyas longitudes dependen de la situación del didesoxinucleótido incorporado. En el caso expuesto en el dibujo, esta reacción de secuenciación se hace con un didesoxi de ADENINA, lo que significa que cuando se incorpore esta Adenina no podrá continuarse la polimerización de nuevos nucleótidos, nos queda por tanto un pequeño fragmento de ADN que termina en la ADENINA, lo que nos dice que en el ADN original, en ese lugar estará el nucleótido complementario que lleva TIMINA.

En el caso expuesto deducimos tres fragmentos con 5, 10 y 14 nucleótidos (sin contar el cebador) en cuyos extremos tenemos ADENINA, nos permite interpretar que en el ADN original, en esas situtaciones tendremos TIMINA.

Deben prepararse cuatro reacciones de secuenciación, cada una con un didesoxi distinto . Los fragmentos resultantes se separan por tamaño mediante electroforesis, se autorradiografían, y la sucesión de bandas de cada una de las cuatro reacciones, comparándolas entre sí,dan la secuencia del ADN. (Figura 5)

 

ANIMACION

  

Técnica de secuenciación del ADN

11. REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA

Es una técnica que permite duplicar un número ilimitado de veces un fragmento de ADN en un tubo de ensayo. Mediante esta técnica pueden generarse millones de moléculas idénticas, a partir de una molécula de ADN. Esto se puede conseguir en unas horas.

La reacción es muy sencilla, necesita cantidades de ADN muy pequeñas y sólo se precisa un tubo de ensayo, algunos reactivos, una fuente de calor y unas pequeñas cadena de nucleótidos que actúan como cebadores.

Actualmente el proceso está automatizado y consta de las siguientes fases:

• Se introduce en un termociclador un tubo que contiene el ADN a clonar, nucleótidos, cebadores (trozos de ADN que comenzarán la duplicación) y el enzima ADN-polimerasa, que fabricará las nuevas cadenas.
• Se caleinta el ADN a 98 ºC para separar las dos hebras.
• Se enfría a 50 ºC para que los cebadores se unan al extremos de las cadenas separadas.
• Se vuelve a calentar hasta los 72 ºC, con lo que se activa la polimerasa, que fabrica las cadenas complementarias de las hebras individuales. Este ciclo dura aproximadamente un minuto y obtiene dos moléculas de ADN idénticas al original.
• El ciclo se repite el tiempo necesario.

La potencialidad de esta técnica es impresionante, a partir de una sola molécula de ADN, la PCR puede generar 100000 millones de moléculas idénticas en una tarde.
El ADN puede proceder de una muestra de tejido de un hospital, de una gota de sangre o semen en la escena de un delito, o de un cerebro momificado.
La técnica fue desarrollada por K.B. Mullis a partir de 1983. Cada ciclo dura aproximadamente 5 minutos y para conseguir una cantidad útil se requieren al menos 20 ciclos de reacciones.

Se realiza de forma automática en un aparato como se ve en la fotografía, con lo que se consigue un clonaje rápido en un sistema libre de células.

  

En esta animación puede verse simplificado el proceso. Las dos hebras se separan, en cada hebra se fija una pequeña cadena de nucleótidos (el cebador o promotor, en color amarillo ), que se fija sobre una parte concreta del ADN y a continuación empieza el proceso de la replicación. En unos segundos se completa el ciclo, y de un trozo de ADN, tenemos ya dos cadenas.

11.1. APLICACIONES DE LA PCR

• Secuenciación: Una de las razones mas comunes para el uso de la PCR es la formación de suficiente cantidad de ADN molde para su secuenciación. Es mucho mas sencillo y rápido que la clonación en células.
• Estudios evolutivos: Mediante la PCR se pueden amplificar genes de organismos ya extinguidos, como del mamut, o restos antiguos humanos. Se pueden comparar estos genes con los genes semejantes de organismos actuales y poder reconstruir árboles filogenéticos. El PCR también se ha utilizado para conseguir el mapa del genoma humano.
• Huellas dactilares del ADN: La determinación de las huellas dactilares genéticas constituye una de las aplicaciones mas interesantes de la PCR. Mediante esta técnica es posible comparar muestras diferentes de ADN para comprobar si pertenecen al mismo individuo o no, o si existe parentesco entre ellas.
• Esta técnica se aplica actualmente en Medicina forense e investigaciones policiales, con el fin de identificar indiividuos a partir de muestras biológicas, como sangre, semen, piel o cabellos. También se utiliza en las pruebas de paternidad.

ANIMACIONES
    

12. LA INGENIERÍA GENÉTICA EN MEDICINA

La ingeniería genética permite la inserción de genes humanos en otros organismos, como bacterias y levaduras, de forma que éstos pueden fabricar moléculas humanas (proteínas, hormonas,...).

Primero debe localizarse el gen que produce la sustancia deseada dentro del genoma humano.Luego se corta el gen con enzimas de restricción y se introduce en un vector cortado con las mismas enzimas. Así, se pueden unir los dos ADN, ya que sus extremos son complementarios.

Finalmente se utiliza el vector para introducir el gen en la bacteria o levadura.
 
12.1. OBTENCIÓN DE PROTEÍNAS DE MAMÍFEROS
Una serie de hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento, factores de coagulación, etc tienen un interés médico y comercial muy grande. Antes, la obtención de estas proteÍnas se realizaba mediante su extracción directa a partir de tejidos o fluidos corporales.

En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se clonan los genes de ciertas proteinas humanas en microorganismos adecuados para su fabricación comercial.

Un ejemplo típico es la producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura Sacharomyces cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina humana.

Producción de insulina humana

La diabetes es una enfermedad que afecta a millones de personas en todo el mundo. Las personas con diabetes son incapaces de controlar los niveles de azúcar en sangre.Aunque hay varios tipos, la más común tiene una causa genética. 

Una mutación hace que la persona afectada no pueda producir suficiente insulina. La insulina es una hormona, fabricada en el páncreas, que reduce los niveles de azúcar en sangre. En su ausencia, esos niveles suben y se da hiperglucemia.

Para tratar la enfermedad debe suministrarse insulina a los pacientes. Antes de la ingeniería genética, la insulina se obtenía de cadáveres, perros, vacas o cerdos. Esta insulina, además de escasa y cara, producía reacciones alérgicas my graves.

Actualmente, la insulina es producida por bacterias a las que se les ha insertado el gen de la insulina humana. El proceso es muy eficaz, barato y no produce rechazo inmunológico.

ANIMACIONES


12. 2. OBTENCIÓN DE VACUNAS RECOMBINANTES
El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de microorganismos patógenos inactivos, puede comportar un riesgo potencial.

Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen actualmente por ingeniería genética. Como la mayoría de los factores antigénicos son proteinas lo que se hace es clonar el gen de la proteina correspondiente. 

  

ANIMACIONES


12.3. DIAGNÓTICO DE ENFERMEDADES DE ORIGEN GENÉTICO:
Conociendo la secuencia de nucleótidos de un gen responsable de una cierta anomalía, se puede diagnosticar si este gen anómalo está presente en un determinado individuo. En el siguiente dibujo se explica brevemente la base del diagnóstico.


 

ANIMACIONES

      

12.4. OBTENCIÓN DE ANTICUERPOS MONOCLONALES.

Este proceso abre las puertas para luchar contra enfermedades como el cáncer y diagnosticarlo incluso antes de que aparezcan los primeros síntomas.

12.5. OTRAS SUSTANCIAS DE INTERÉS

Además de insulina, la ingeniería genética puede fabricar otras sustancias útiles para los seres humanos, entre ellas:

• Factor VIII de coagulación: el factor VIII es una proteína necesaria para la coagulación sanguínea. las personas que carecen de él padecen hemofilia. Antes de la ingeniería genética, las personas hemofílicas tenían que someterse a periódicas transfusiones de sangre, con el riesgo de contraer enfermedades como la hepatitis o el sida.
• Hormona del crecimiento: es una proteína fabricada por la hipófisis y que estimula el crecimiento corporal. Su escasez provoca un tipo de enanismo. Hasta hace unos años se obtenía de cadáveres humanos. Desde 1985 es fabricada por bacterias modificadas genéticamente.
• Interferón: proteína que fabrican las células animales para combatir las infecciones víricas. Se emplea contra enfermedades causadas por virus, como hepatitis o herpes. También es eficaz contra algunos cánceres o la esclerosis múltiple.•Antibióticos: sustancias naturales o sintéticas capaces de destruir bacterias. Los naturales son producidos por hongos o plantas. Actualmente pueden obtenerse variedades muy eficaces mediante ingeniería genética.

13. PLANTAS TRANSGÉNICAS

 La transgénesis se puede definir como la introducción de ADN extraño en un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte a todas las células en los organismos multicelulares

Cada vez existen más organismos modificados genéticamente de uso en la industria, la ganadería o la agricultura. Muchos alimentos que consumimos son alimentos transgénicos.

Introducir genes en plantas y animales es más complicado que en bacterias. Para conseguirlo se emplean microinyecciones, microbalas de oro o virus desactivados para que no produzcan infecciones.

 
Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las características de gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles al hombre, son las llamadas plantas transgénicas. Las primeras plantas obtenidas mediante estas técnicas fueron un tipo de tomates, en los que sus frutos tardan en madurar algunas semanas después de haber sido cosechados.

Recondando que la célula vegetal posee una rígida pared celular, lo primero que hay que hacer es obtener protoplastos (los protoplastos son células desprovistas de pared celular, que se consigue empleando enzimas que destruyen la lámina media y desorganizan la parte de celulosa).

Vamos a ver las técnicas de modificación genética en cultivos celulares. Estas células pueden someterse a tratamientos que modifiquen su patrimonio genético. Las técnicas se clasifican en directas e indirectas.

13.1. Técnicas indirectas 

Cabe destacar la transformación de células mediada por Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria puede considerarse como el primer ingeniero genético, por su particular biología.

Esta bacteria, presente en el suelo, es patógena de muchas plantas a las que produce un tumor conocido como "agalla de cuello". Penetra en los tejidos vegetales causando una proliferación celular.

Durante el contacto con las células vegetales la bacteria transfiere a las células vegetales un plásmido llamado Ti (inductor de tumores). Este plásmido se integra en el ADN del cromosoma de la célula vegetal. Este plásmido transferido o T-ADN contiene los genes oncogénicos (onc) cuya expresión provoca una mayor producción de hormonas de crecimiento, éstas son las que inducen las divisiones celulares que dan origen a la formación del tumor o agalla.

  

Este fenómeno natural es empleado para utilizar a la bacteria Agrobacterium tumefaciens como vector de los genes que se desean introducir en una célula vegetal, con lo que se transforma dicha célula, la cual puede regenerar, por micropropagación, una planta entera que será transgénica.

La bacteria Agrobacterium tumefaciens contiene como ya vimos en un punto anterior, un plásmido Ti, que contiene los genes responsables de su virulencia, llamados genes onc.

Cuando la bacteria infecta a la planta, provocando en ella un tumor, una parte del plásmido Ti, llamada T-ADN, que contiene los genes onc, es transferida al núcleo de la célula vegetal y se inserta en un cromosoma de la planta.

De esta manera, la bacteria modifica la información genética de la planta, añadiéndole los genes onc. Agrobacterium se comporta , de esta forma, como un ingeniero genético natural.

Si en el plásmido Ti se eliminan artificialmente los genes onc y se sustituyen por otros genes que interese clonar, se habrá obtenido un sistema muy eficaz para introducir ADN interesante a la planta, al mismo tiempo que se habrá evitado la aparición de la enfermedad.

En la transfección vegetal con Agrobacterium se ha ensayado un marcador inusual: el gen de la enzimaluciferasa, de las luciérnagas. El sustrato de esta enzima es una proteina llamada luciferina, que con ATP y oxígeno desprende luz.

Plásmidos Ti con este marcador, se transfirieron a células de tabaco, con las que se formaron nuevas plantas. Las nuevas plantas obtenidas se regaron en la oscuridad con agua y luciferina disuelta. El resultado fue sorprendente: las plantas se iluminaron como si fuesen unas bombillas de poca potencia o un dibujo de un anuncio fluorescente. 

13.2. Técnicas directas

Se pueden citar la electroporación, microinyección, liposomas y métodos químicos.

13.3. Soja y maíz transgénicos
Por su repercusión en Europa, los casos de la soja y el maíz transgénicos resultan de especial relevancia. La soja se utiliza en un 40-60% de los alimentos procesados: aceite, margarina, alimentos dietéticos e infantiles, cerveza, etc. Europa importa anualmente 9 millones de toneladas de los Estados Unidos por un importe de unos 1.400 millones de dólares. España, que importa 1,5 millones de toneladas, es el cuarto país importador detrás de Japón, Taiwan y Holanda.

El 2% de la soja producida en los Estados Unidos es transgénica, de la que un 40% se exporta a Europa. A la soja transgénica, que fue obtenida por la compañía Monsanto, se le ha transferido un gen que produce resistencia al glifosato, que es el elemento activo del herbicida "Roundup", dándose la circunstancia de que es también la misma compañía la que fabrica el herbicida. Este hecho, que es absolutamente lícito, es interpretado por algunos como un abuso de la compañía ; algo así como si fuera juez y parte ya que produce el herbicida y la semilla resistente al mismo.

Ante la protesta de los movimientos ecologistas y la posibilidad de que fuera rechazada la semilla transgénica, los exportadores la mezclan con semilla de soja normal para evitar su identificación. Sin embargo, ya alguna compañía (por ejemplo, la Genetic ID, Iowa, USA) comercializó un test de diagnóstico que permite saber si la semilla de soja (o de maíz, que tiene el mismo problema) es transgénica o no ; es decir, si lleva el gen de resistencia al herbicida. Es importante señalar que la comercialización de la soja transgénica está autorizada en los Estados Unidos, Canadá, Japón y la Unión Europea (en esta última desde Abril de 1996).

Otro caso parecido es el del maíz transgénico producido por la multinacional Ciba-Geigy (hoy Novartis). Este maíz, además de resistente al glufosinato de amonio (que es componente activo del herbicida "Basta"), lo es también al "taladro", un insecto (Ostrinia nubilabis) que horada el tallo de la planta destruyéndola. El problema que puede presentar este maíz transgénico es que la manipulación genética realizada ha unido el gen Bt a otro gen utilizado como marcador genético que produce resistencia a antibióticos betalactámicos (incluyendo la ampicilina). Los movimientos ecologistas han alertado sobre la posibilidad de que las bacterias del tracto intestinal animal y humano puedan incorporar directa o indirectamente la información genética que da la resistencia a tales antibióticos, con el consiguiente peligro sanitario.

La comercialización del maíz transgénico está autorizada en los Estados Unidos (donde supone un 1-2% del maíz cultivado), Canadá, Japón y también en la Unión Europea desde Enero de 1997.

14. BENEFICIOS DE LAS PLANTAS TRANSGÉNICAS
 

 La producción y calidad de los cultivos vegetales depende de factores como el clima, enfermedades, plagas, malas hierbas...La ingeniería genética ha desarrollado variedades de plantas con genes capaces de resistir condiciones adversas, mejorando la producción y la calidad. 

Entre los principales caracteres que se han transferido a vegetales o se han ensayado en su transfección, merecen destacarse:

Resistencia a herbicidas, a insectos y a enfermedades microbianas. Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles a herbicidas. Para la resistencia a los insectos se utilizan cepas de Bacillus thuringiensis que producen una toxina (toxina - Bt) dañina para las larvas de muchos insectos, de modo que no pueden desarrollarse sobre las plantas transgénicas con este gen. Respecto a los virus se ha demostrado que las plantas transgénicas con el gen de la proteina de la cápsida de un virus, son resistentes a la invasión de dicho virus.
 

Incremento del rendimiento fotosintético. Para ello se transfieren los genes de la ruta fotosintética de plantas C4 que es más eficiente. 

Mejora en la calidad de los productos agrícolas. Tal es el caso de la colza y la soja transgénicas que producen aceites modificados, que no contienen los caracteres indeseables de las plantas comunes. 

Síntesis de productos de interés comercial. Existen ya plantas transgénicas que producen anticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables
 

Asimilación de nitrógeno atmosférico. Aunque no hay resultados, se ensaya la transfección del gen nif responsable de la nitrogenasa, existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, y que permitiría a las plantas que hospedasen dicho gen, crecer sin necesidad de nitratos o abonos nitrogenados, aumentando la síntesis de proteinas de modo espectacular. 

 Otras modificaciones:

• Plantas resistentes a plagas: plantas con genes de resistencia a enfermedades provocadas por virus,
• Plantas resistentes a condiciones climáticas adversas: heladas, sequías, salinidad...
• Plantas con el desarrollo alterado: permiten, por ejemplo, retrasar la maduración, para facilitar la comercialización. Se ha hecho en tomate.
• Plantas que producen sustancias de interés: arroz dorado (con vitamina A), tomates con más antioxidantes, plantas productoras de anticuerpos, antígenos para vacunas, plásticos, tejidos industriales...

  

IMÁGENES DE POSIBLES ALIMENTOS TRANSGÉNICOS

           

ANIMACIONES

   

15. ANIMALES TRANSGÉNICOS

La transgénesis se puede definir como la introducción de ADN extraño en un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte a todas las células en los organismos multicelulares. Generalmente, en animales, el ADN extraño, llamado transgen, se introduce en zigotos, y los embriones que hayan integrado el ADN extraño en su genoma,  previamente a la primera división , producirán un organismo transgénico; de modo que el transgén pasará a las siguientes generaciones a través de la linea germinal (gametos).

Entre las aplicaciones de los animales transgénicos se pueden destacar:

• La posibilidad de estudiar a nivel molecular el desarrollo embrionario y su regulación.
• Manipular de forma específica la expresión génica in vivo.
• Estudiar la función de genes específicos.
• Poder utilizar a mamíferos como biorreactores para la producción de proteinas humanas.
• La corrección de errores innatos de metabolismo mediante terapia génica.

 

La transgénesis puede efectuarse siguiendo dos estrategias distintas: 

15.1. Transgénesis por microinyección de zigotos

Desde que en 1982 se obtuviera un ratón transgénico, la producción de animales transgénicas es cada vez más cotidiana, existiendo ya animales transgénicos de las siguientes especies:ratón, rata, conejo, cerdo, vaca, cabra y oveja.
La técnica se realiza, fundamentalmente por microinyección y se realiza de la siguiente forma:

• En la primera fase, se aíslan un número grande de óvulos fertilizados. Se consigue sometiendo a las hembras a un tratamiento hormonal para provocar una superovulación. La fertilización puede hacerse in vitro o in vivo.
• En la segunda fase, los zigotos obtenidos se manipulan uno a uno y con una micropipeta a modo de aguja, se introduce una solución que contiene ADN.
• En la tercera fase, estos óvulos son reimplantados en hembras que actuarán como nodrizas permitiendo la gestación hasta término. Por último, tras el destete de los recién nacidos, éstos se chequean, para ver si ha ocurrido la incorporación del transgén. 

15.2. Transgénesis por manipulación de células embrionarias. 

Una estrategia más poderosa para la transgénesis implica la introducción de ADN extraño en células embrionarias totipotentes( células ES) o células embrionarias madres (células EM).
Estas células se toman del interior de la blástula en desarrollo y se pasan a un medio donde se tratan con distintos productos con lo que se conseguirá que las células no se diferencien, y se mantiene su estado embrionario.

  

El ADN extraño se introduce en las células ES mediante diversas técnicas,posteriormente las células transfectadas son reintroducidas en una blástula y ésta reimplantada en una hembra.
 

Con esta técnica los neonatos son quimeras ; pero mediante el cruce de éstas se consiguen animales transgénicos con aquellas quimeras que hayan incorporado el transgén en su linea germinal

Cuando la integración del transgén ocurre después de la primera división celular, el animal es quimérico, lo que quiere decir que las células de su cuerpo tienen diferentes características, según tengan o no el transgén, así en la "ovecabra" quimera entre oveja y cabra, las células de su piel, unas producían lana y otras pelo 

15.3. BENEFICIOS DE LOS ANIMALES TRANSGÉNICOS

La producción de animales transgénicos es más compleja que la de bacterias o plantas, por lo que existen menos que sean usados comercialmente.Para conseguir un animal transgénico, se introduce el ADN pasajero de interés en un óvulo fecundado mediante microinyecciones. 

Cuando el cigoto se duplique, también duplicará el gen añadido. En el individuo adulto todas las células tendrán dicho gen.Las principales aplicaciones de la ingeniería genética en animales son:

• Aumento de la producción animal: se ha conseguido en peces de piscifactoría, como carpas de crecimiento rápido o salmones que soportan bajas temperaturas.
• Producción de leche con sustancias de interés: se han obtenido vacas, ovejas y cabras cuya leche contine hormonas, proteínas, factores de coagulación...
• Animales para xenotrasplantes: un xenotrasplante es un trasplante de animal a humano. Este tipo de trasplantes genera mucho rechazo. Incorporando en cerdos proteínas humanas se disminuye ese rechazo.
• Obtención de animales para investigación: pueden conseguirse animales que padezcan ciertas enfermedades humanas para poder estudiarlas.

ANIMACIONES

        

16. RIESGOS  DE LOS SERES VIVOS TRANSGÉNICOS

¿Cuál es la perspectiva bioética de la producción y utilización de las plantas transgénicas? En el contexto bioético hay que tener en cuenta dos aspectos: el sanitario y el ecológico.

16.1. Punto de vista sanitario

• Desde el punto de vista sanitario ya se ha indicado anteriormente el riesgo teórico que supone que el gen que da resistencia a los antibióticos beta-lactámicos (ampicilina) pase a bacterias del tracto intestinal humano directa o indirectamente vía bacterias del tracto intestinal de los animales que se alimenten con el maíz transgénico no procesado. 
• Otro aspecto sanitario es el de la aparición de alergias insospechadas por el consumo de alimentos transgénicos. Por ejemplo, se han citado casos de alergia producidas por soja transgénica manipulada con genes de la nuez de Brasil o de fresas resistentes a las heladas por llevar incorporado un gen de pescado (un pez que vive en aguas árticas a bajas temperaturas). En este segundo supuesto, las personas alérgicas al pescado podrían sufrir una crisis alérgica al ingerir las fresas transgénicas.

Las situaciones anteriormente descritas justificarían la petición hecha por organizaciones de consumidores y ecologistas de que los productos elaborados con plantas transgénicas lleven la etiqueta correspondiente . Y, en efecto, lo consiguieron : el 15 de Mayo de 1997 entró en vigor el Reglamento CE nº 298/97 "sobre nuevos alimentos y nuevos ingredientes alimentarios" aprobado por el Parlamento Europeo y el Consejo de la Unión Europea el 27 de Enero de 1997. En el Art. 1.2 la normativa dice que el Reglamento se aplicará, entre otros, a :

• "alimentos e ingredientes alimentarios que contengan organismos modificados genéticamente con arreglo a la Directiva 90/220/CEE, o que consistan en dichos organismos" 
• "alimentos e ingredientes alimentarios producidos a partir de organismos modificados genéticamente, pero que no los contengan".

Aquí es importante aclarar que, según la Directiva 90/220/CEE, el término "organismo modificado genéticamente" (OMG) implica "un organismo cuyo material genético ha sido modificado de una manera que no acaece en el apareamiento y/o recombinación naturales". En los términos de esta definición, la modificación genética se entiende producida al menos por el uso de técnicas como :

• La obtención de moléculas de ADN recombinante mediante la utilización de vectores
• La incorporación directa en un organismo de ADN extraño, incluyendo las técnicas de microinyección, macroinyección y microencapsulación
• Técnicas de fusión o hibridación celular, incluyendo la fusión de protoplastos. Se excluyen, en cambio, de forma explícita otras técnicas como son la fecundación in vitro, la conjugación, transducción y transformación bacterianas y la inducción de poliploides.

16.2. Desde el punto de vista ecológico 

Se ha denunciado la posibilidad de que al crear las variedades transgénicas resistentes a herbicidas se incrementará notablemente el uso de éstos con los posibles efectos secundarios negativos de contaminación del suelo y del agua.

Por otro lado, en especies alógamas (de fecundación cruzada) existe la posibilidad de que una parcela sembrada con plantas transgénicas contamine con su polen a otras parcelas vecinas no transgénicas del mismo cultivo. Por ejemplo, si el polen de un campo de maíz transgénico poliniza plantas normales de una parcela próxima, la semilla que se produzca en esta parcela puede haber incorporado el gen Bt transmitido por el polen ; es decir, sería transgénica. 

También podría ocurrir que la resistencia al herbicida de una variedad transgénica se transfiriera por fecundación interespecífica espontánea a una especie silvestre afín, con el consiguiente daño para la agricultura. De hecho, es importante señalar que ya se ha descrito un primer caso de transferencia de un gen que da resistencia a un insecticida en plantas transgénicas de colza a plantas de rábano que se habían cultivado en su proximidad, poniendo de manifiesto que se ha hecho realidad una posibilidad teórica. 

Las plantas transgénicas son un reto de la Biotecnología actual que han creado un cierto grado de alarma social consecuencia, en cierto modo, del temor a lo desconocido y novedoso. De todas formas, es bueno que se plantee en la sociedad un debate serio y riguroso que permita el avance de la ciencia, evitando a la vez peligros y riesgos innecesarios.

16.3. Riesgos potenciales que pueden implicar las plantas transgénicas
Efecto directo sobre el hombre:

• La proteína codificada por el transgén no debe ser tóxica para el hombre
• Posibles efectos alergénicos
• La aprobación de los productos transgénicos debe ser analizada caso por caso

Efecto ambiental:

• Dispersión incontrolada de la descendencia de la planta transgénica
• Transferencia del transgén a otras variedades no transgénicas o a otras especies afines
• Inducción de resistencia a los productos transgénicos por parte de los agentes patógenos y plagas

No existe el riesgo cero. Toda actividad humana conlleva un cierto riesgo que ha de ser evaluado en función de los beneficios que tal actividad reporta

Natural no es sinónimo de inocuo: Hay productos naturales que llevan substancias mutagénicas y cancerígenas (por ejemplo: pimienta negra, safrol; setas comestibles, hidrazinas; apio, psolareno; frutos secos, aflatoxinas de hongos; etc.)

No todo lo artificial es nocivo : Ninguno de los conservantes autorizados llega a ser tan peligroso como las toxinas que pueden producir las bacterias y los hongos que el conservante evita

CULTIVOS TRANSGÉNICOS
Alfalfa Algodón Arroz Berenjena Centeno Ciruela	Espárrago Fresa Girasol Guisante Lechuga Lino	Maíz Manzana Melón Patata Pepino Pimiento	Soja Tabaco Tomate Trigo Uva Zanahoria

ANIMACIONES

17. CLONACIÓN

Se denominan clones a los organismos genéticamente idénticos. La clonación es un mecanismo que permite obtener una o más copias idénticas (clones) de un individuo.Todos los organismos con reproducción asexual crean clones de forma natural.. Así, las bacterias al dividirse, o las plantas o animales que se reproducen por fragmentación, por gemación o por esporas, crean clones de sí mismos.

También las células embrionarias hacen copias idénticas de sí mismas. Estas células pueden dar lugar a cualquier tejido adulto, son totipotentes.Sin embargo, tras varias generaciones, las células comienzan a adquirir características diversas y a dar tejidos y órganos diferentes. Se dice que se diferencian y se especializan.

En las plantas, las células adultas diferenciadas pueden revertir el proceso y volver a ser como células embrionarias, capaces de formar distintos tejidos. Por eso una planta puede reproducirse por esquejes. 

En algunos animales, también es posible esa reversión. Así, algunos gusanos pueden formar nuevos individuos a partir de fragmentos. Algunos reptiles y anfibios pueden también regenerar patas o colas. Sin embargo, en la mayoría de animales no es posible la reversión de células adultas en células embrionarias de forma natural. Pero la biotecnología ha logrado realizar ese cambio.

ANIMACIONES

    

18. CLONACIÓN DE ANIMALES

El principio de la clonación está en la obtención de organismos idénticos genéticamente, y por tanto morfológica y fisiológicamente, como lo son dos gemelos univitelinos. Esto ha sido el sueño de muchos ganaderos, que han deseado que todo su ganado tuviera las cualidades de algún ejemplar especialmente bueno.

Existen dos tipos de clonación artificial: reproductiva y terapéutica.

Clonación reproductiva: se emplea para obtener nuevos individuos idénticos a otros existentes.Para conseguirla, se extrae el núcleo diploide (2n) de una célula somática y se introduce en un ovocito (óvulo inmaduro) al que se le ha quitado el núcleo. El ovocito se activa y se deja dividir en el laboratorio hasta formar un embrión. Cuando el embrión tiene un cierto tamaño, se implanta en el útero del animal que hará de madre hasta su nacimiento.

ANIMACIONES

   

Clonación terapéutica: es similar a la anterior, pero el embrión se cultiva in vitro para obtener células embrionarias de las que pueden obtenerse distintos tejidos usados con fines terapéuticos.

ANIMACIONES 

   

Se pueden utilizar dos métodos para conseguir clones de animales:

18.1. DISGREGACIÓN DE CÉLULAS EMBRIONARIAS

Se basa en el mismo principio por el que nacen gemelos de forma natural.Se pueden separar las células de un embrión en diferentes estados de desarrollo, desde el estado de 2 células hasta el estado de mórula. Cada célula separada puede funcionar como un zigoto que puede desarrollarse para dar un individuo completo. 

18.2. TRANSFERENCIA NUCLEAR

Se toman células embrionarias en fase de mórula o blástula, obtenidas por disgregación, se cultivan in vitro,y después se transfieren a o vocitos a los que se les ha quitado el núcleo.

Se provoca la fusión de las dos células animales de modo que el núcleo de la célula embrionaria quede en el interior del ovocito, pudiendo éste empezar a funcionar como un zigoto. Así se han obtenido 470 embriones clónicos de terneros de un único embrión donante de células.

 

 Cuanto más diferenciadas estén las células donantes de material genético, más difícil es conseguir la reprogramación de dicho material genético para que pueda iniciar la diferenciación de la célula receptora. Actualmente es posible obtener clones de células totalmente diferenciadas de un animal adulto que actúan como donantes de su material genético, como ocurrió en el caso de la famosa oveja Dolly. 

18.3. Dolly

La oveja Dolly (5 de julio de 1996 – 14 de febrero de 2003) fue el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta. Sus creadores fueron los científicos del Instituto Roslin de Edimburgo (Escocia), Ian Wilmut y Keith Campbell. Su nacimiento no fue anunciado hasta siete meses después, el 23 de febrero de 1997.

Dolly fue el único cordero resultante de 277 fusiones de óvulos anucleados con núcleos de células mamarias. El 14 de febrero de 2003, Dolly fue sacrificada debido a una enfermedad progresiva pulmonar.Para clonar a Dolly se siguió el siguiente proceso:

• Se extrajeron células epiteliales de la glándula mamaria de una oveja Finn Dorset y se cultivaron in vitro.
• Se extrajeron ovocitos de una oveja Scottish Blackface y se les quitó el núcleo.
• Se extrajeron los núcleos de las células epiteliales cultivadas y se introdujeron en los ovocitos.
• Se activaron los ovocitos con descargas eléctricas y se cultivaron hasta el estado de mórula (8-16 células).
• Los embriones se implantaron en el útero de ovejas Scottish Blackface.

A los 148 días nació Dolly, un cordero completamente blanco (Finn Dorset).

ANIMACIONES

  

18.4. Obtención de una cerda transgénica

Un gen híbrido que contiene el gen humano que codifica la síntesis de una proteína de interés biológico junto con el promotor del gen que codifica una proteína de la leche de rata, se introducen por microinyección en un óvulo de cerda fecundado.

El desarrollo de ese óvulo da lugar a un animal transgénico que tiene en todas sus células el gen híbrido. Debido al promotor elegido, ese gen solamente se expresa en la glándula mamaria de la cerda induciendo la producción de la proteina humana en la leche. 

El ganado transgénico que se emplea para producir proteinas terapeúticas, debe contener en el ADN extraño de sus células, además del gen codificante de la proteina, una secuencia o promotor que haga que se exprese dicho gen en unas determinadas células solamente.

Por ejemplo, si se quiere que la proteina se produzca junto con la leche, el transgén se fusiona con una secuencia reguladora de una proteina de la leche, con lo que la proteina sólo se formará en las células de glándulas mamarias. Esto es lo que se hizo con la oveja Tracy en 1992, la primera oveja que produjo una proteina humana, la alfa-antitripsina bajo la dirección del promotor ovino de la beta-lactoglobulina. Dicha proteina se produce en una cantidad de 35 g/l, la cual se emplea para curar el edema pulmonar.

Lo mismo se ha hecho para la famosa cerda Genie, que fabrica en su leche la proteina C humana que controla la coagulación sanguinea y es necesaria para los hemofílicos. 

ANIMACIONES

19. PRUEBAS DE ADN

El ADN de dos individuos de la misma especie presenta muchas similitudes, pero también regiones muy diferentes que son el origen de las diferencias individuales. Las regiones del ADN diferentes entre individuos y que tienen  gran variabilidad se denominan ADN hipervariable, formado por secuencias cortas, de 5 a 10 pares de bases, repetidas millones de veces.Estas regiones son particulares de cada individuo y permiten realizar la prueba del ADN o huella genética.

Esta prueba permite:

• Hacer pruebas de paternidad.
• Análisis de ADN en fósiles.
• Identificación de especies de seres vivos.
• Parentesco evolutivo entre especies.

Investigación forense de delitos. En España hay al menos un banco de ADN por comunidad. En Extremadura está en el Hospital Infanta Cristina de Badajoz. 

ANIMACIONES
 

CUESTIONES:   27    28    29  30   31   32   33    34   35  


20. OTRAS APLICACIONES

En minería

Se están desarrollando nuevos microorganismos que pueden reemplazar al minero y sus máquinas en la extracción de minerales. Los científicos usan microorganismos para degradar los minerales que acompañan al oro u otros metales, incrementando su recuperación. Otros completan el diseño de microorganismos que consuman el metano de las minas y eliminen su posibilidad de explosión.

Energía

Experimentación con recursos renovables, mejorando los cultivos. También han desarrollado una bacteria capaz de convertir los residuos agrícolas, ganaderos y urbanos en etanol.

Química

Por ejemplo para sustituir el petróleo en la producción de plásticos por recursos renovables. Se han desarrollado bacterias capaces de producir plásticos, 100% degradables. Se han insertado también genes generadores de plástico en plantas que pasarían a convertirse en fábricas de plástico. También se piensa introducir genes para producir seda en bacterias.

Limpieza medioambiental

Ya se utiliza la biodepuración, es decir microorganismos que consumen la materia orgánica de nuestros residuos urbanos. Se planea el uso de microorganismos como capturadores de metales contaminantes, o incluos de radiactividad, pudiendo limpiar los cementerios radiactivos.

Empresas madereras 

Esperan ampliar la fabricación de celulosa en las plantas.

 

21. EL PROYECTO GENOMA HUMANO

El 26 de junio de 2000 es ya una fecha para la historia de la humanidad. Tras 10 años de intensa investigación, el genoma humano, considerado el auténtico libro de la vida, ha sido descifrado en sus partes esenciales.

Este logro, que abre una nueva era en la lucha contra las enfermedades, fue anunciado consecutivamente en China, Japón, Francia, Alemania, el Reino Unido y Estados Unidos. Para conseguir este hito, que corona un siglo de investigación biológica, el proyecto público internacional.

Era el proyecto más ambicioso emprendido por la ciencia, con la intervención de cientos de investigadores de numerosos países. En 1994 Craig Venter funda su propia compañia de secuenciación. En sólo un año secuencia el primer organismos vivo, la bacteria Haemophilus influenzae. Funda la empresa Celera Genomics y anuncia que piensa secuenciar el genoma humano en menos tiempo que el consorcio internacional.

 Más tarde el consorcio público y el privado de la empresa estadounidense PE Celera Genomics abandonaron la pugna que mantenían y decidieron anunciarlo conjuntamente en la Casa Blanca, en una ceremonia presidida por el presidente Bill Clinton

El Proyecto Genoma Humano comenzó en 1990 en los Estados Unidos con un presupuesto de 375.000 millones de pesetas y un plazo de 15 años, con el objetivo de analizar molecularmente la herencia genética humana.

El proyecto público redobla sus esfuerzos y, finalmente, en el año 2000, cinco antes de lo previsto, se anuncia simultáneamente el primer borrador del genoma humano. En 2001 se publica. En 2003 se completa la lectura.

Se trata de realizar mapas de cada uno de los cromosomas humanos. Implica dividir los cromosomas en pequeños fragmentos que puedan ser caracterizados y posteriormente ordenados en el cromosoma.

Este proyecto supone la realización de dos tipos de mapas:

Mapas genéticos: Estos mapas simplemente indican la posición relativa de los diferentes genes. Para esta confección se están estudiando la transmisión de caracteres hereditarios, capaces de ser objetivados de una generación a otra en grandes familias.

Por ejemplo, en Estados Unidos se han localizado muchos genes gracias a estudios realizados en comunidades mormonas, cuya endogamia es notoria. En 1994 se terminó el primer mapa genético de todo el genoma humano.

 

Mapas físicos: De mayor resolución, pues muestra la secuencia de nucleótidos en la molécula de ADN que constituye el cromosoma. Se obtiene la secuencia de nucleótidos de un gen. Se realiza fundamentalmente mediante la electroforesis en geles de distintos fragmentos de ADN y la ayuda de ordenadores.

El completar este mapa se ha conseguido cinco años antes de lo que se esperaba.

El genoma humano tiene 23 cromosomas, con unos 3.200 millones de pares de bases (3,2 x 10⁹ pb). Se estima que contiene unos 20.000 genes y que sólo el 5% codifica para proteínas. Más del 50% son repeticiones.La diferencia entre dos personas cualesquiera es menor del 0,01 %.El PGH tenía previsto terminar en 15 años. 

 

ANIMACIONES

  

21.1. APLICACIONES DEL PGH

El PGH permitió secuenciar los genes y las bases del ADN. Pero, además, impulsó el desarrollo de nuevas tecnologías biológicas y computacionales.

En el futuro, los datos obtenidos por el PGH permitirán:

• Identificar los genes reponsables de enfermedades hereditarias.
• Diagnóstico, tratamiento y prevención de enfermedades genéticas.
• Determinar la predisposición a ciertas enfermedades.
• Terapia génica para tratar enfermedades.
• Desarrollar medicam,entos específicos contra cada enfermedad.
• Mejorar los estudios sobre evolución.
• Facilitar las investigaciones forenses, paleontológicas e históricas.

22. LOS RIESGOS DE LA BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología, sus usos y aplicaciones, está sometida a muchos debates y discusiones. La mayoría de los países que la emplean han elaborado leyes para regular su uso. Existen implicaciones éticas, ecológicas y sociales de todos los aspectos biotecnológicos, destacando los referentes a ingeniería genética, clonación y el proyecto genoma humano.

Desde las publicaciones de los primeros experimentos en ingenieria genética, en la década de los setenta, una enorme controversia se abrió en el mundo científico y social de aquella época. Las perspectivas que abrían los nuevos descubrimientos variaban desde unmundo maravilloso sin enfermedades, con un increible rendimiento agrícola y ganadero, todo tipo de nuevos fármacos, hasta un mundo catastrofista dominado por una minoría desaprensiva.

En 1975 se celebró una Reunión Internacional en el Centro de Conferencias Asimolar de Pacific Grove, en California, en la que se estableció unas directrices para el trabajo con el ADN recombinante, normas que regulaban el confinamiento de los experimentos a "microcosmos" controlados. Como ninguno de los peligros previstos llegó a materializarse, se suavizaron sus lineas directrices. El inicio de la investigación genética en la especie humana, clonación de embriones, etc., ha llevado a nuevas reflexiones y a la creación de unComité Internacional de Bioética, dependiente de la UNESCO, en 1993. Se ha acuñado el término bioseguridad , formándose incluso un Comité Institucional de Bioseguridad que pretende llegar a acuerdos internacionales en el terreno de la investigación y en la aplicación de los descubrimientos científicos obtenidos.

Frente a los múltiples beneficios que ofrece este campo, se encuentran algunos problemas que puede presentar la aplicación de la Ingeniería Genética:

Problemas sanitarios. Pueden aparecer nuevos microorganismos patógenos que provoquen enfermedades desconocidas, o el uso de fármacos de diseño provoquen efectos secundarios no deseados.

Problemas ecológicos. La liberación de nuevos organismos en el ambiente puede provocar la desaparición de especies contra las cuales se lucha, con consecuencias aún desconocidas, ya que cumplen una función en la cadena trófica de la naturaleza. Se puede pensar en posibles nuevas contaminaciones debidas a un metabolismo incontrolado.

Problemas sociales y políticos. Las aplicaciones de la Biotecnología en el campo de la producción industrial, agrícola y ganadera, pueden crear diferencias aún más grandes entre países ricos y pobres. El sondeo génico en personas puede llevar a consecuencias nefastas en la contratación laboral, por ejemplo, y atenta contra la intimidad a que tiene derecho toda persona.

Problemas éticos y morales. La experimentación en la especie humana puede atentar contra la dignidad de la misma. Poder conocer y modificar el patrimonio genético humano puede ser una puerta abierta al eugenismo. En el campo de la Terapia Génica es defendible este procedimiento cuando se utilice en células somáticas para corregir enfermedades. En la línea germinal se pide su prohibición en todo aquello que sea recomponer un programa genético humano. Los trabajos con embriones humanos con fines puramente experimentales se consideran un atentado a la dignidad de la especie humana.

Por todo ello, es preciso que los conocimientos y avances en Ingeniería Genética se consideren patrimonio de la humanidad, y que los Organismos Internacionales creados para ello sean capaces de vencer las reticencias que crean los intereses políticos y económicos, logrando una legislación adecuada y justa, que recoja las voces razonables de todos los sectores sociales.

22.1. INGENIERÍA GENÉTICA

La tecnología del ADN recombinante, que permite obtener organismos transgénicos, es la técnica más polémica. Preocupan:

• Los efectos ecológicos de la introducción de nuevos organismos en los ecosistemas. Podrían llegar a desplazar a organismos autóctonos o provocar enfermedades nuevas.
• Efectos en la salud. Algunos acusan a los transgénicos de ser potenciales responsables de la aparición de alergias y resistencia a antibióticos.

22.2. CLONACIÓN

Tanto la clonación reproductiva como la terapeútica son muy polémicas.Sobre la clonación reproductiva hay un consenso bastante extendido para su prohibición en humanos. España y unos 20 países europeos han firmado el Convenio de Asturias de bioética que prohibe su empleo.

Respecto a la clonación terapeútica, las opiniones están más divididas.La mayoría de la sociedad está de acuerdo en utilizarla para investigar el desarrollo de curas contra enfermedades graves. Sin embargo, el aspecto más conflictivo es el uso de células madre procedentes de embriones.Para evitar este rechazo por parte de ciertos sectores, se estudia el uso de células madre creadas a partir de tejidos adultos.

22.3. PROYECTO GENOMA HUMANO

Al tiempo que se obtenían resultados del PGH, se creó un programa internacional para estudiar los aspectos éticos, legales y sociales del mismo.El mayor temor es el uso indebido o abusivo de la información personal obtenida. El PGH abre las puertas a posibilidades como la eugenesia, la selección de embriones, discriminación laboral, educativa o social, desigualdades sociales, etc.

ANIMACIONES

   

23. CÉLULAS MADRE

Una célula madre es una célula que tiene la capacidad de autorenovarse mediante divisiones mitóticas o bien de continuar la vía de diferenciación para la que está programada y, por lo tanto, producir células de uno o más tejidos maduros, funcionales y plenamente diferenciados en función de su grado de multipotencialidad.

Estas células tienen la capacidad de dividirse sin perder sus propiedades y pueden diferenciarse en otras células. La mayoría de los tejidos de un individuo adulto poseen una población específica propia de células madre. Algunas células madre adultas son capaces de diferenciarse en más de un tipo celular como las células madre mesenquimales y las células madre hematopoyéticas, mientras que otras son precursoras directas de las células del tejido en el que se encuentran.

Las células madre embrionarias son aquellas que forman parte de la masa celular interna de un embrión de 4 o 5 días de edad. Éstas son pluripotentes lo cual significa que pueden dar origen a las tres capas germinales: ectodermo, mesodermo y endodermo. Una característica fundamental de las células madre embrionarias es que pueden mantenerse de forma indefinida, formando al dividirse una célula idéntica a ellas mismas, y manteniendo una población estable de células madre. Existen técnicas experimentales donde se pueden obtener células madre embrionarias sin que esto implique la destrucción del embrión.



23.1. Tipos de células madre

Existen cuatro tipos de células madre:

• Las células madre totipotentes: pueden crecer y formar un organismo completo, tanto los componentes embrionarios, como los extraembrionarios. Es decir, pueden formar todos los tipos celulares.
• Las células madre pluripotentes: no pueden formar un organismo completo, pero sí cualquier otro tipo de célula correspondiente a los tres linajes embrionarios (endodermo, ectodermo y mesodermo), así como el germinal y el saco vitelino. Pueden, por tanto, formar linajes celulares.
• Las células madre multipotentes: son aquellas que sólo pueden generar células de su misma capa o linaje de origen embrionario.
• Las células madre unipotentes: pueden formar únicamente un tipo de célula en particular.

La célula madre por excelencia es el cigoto, formado cuando un óvulo es fecundado por un espermatozoide. El cigoto es totipotente, es decir, puede dar lugar a todas las células del feto y a la parte embrionaria de la placenta.

Conforme el embrión se va desarrollando, sus células van perdiendo esta propiedad (totipotencia) de forma progresiva, llegando a la fase de blastocisto en la que contiene células pluripotentes (células madre embrionarias) capaces de diferenciarse en cualquier célula del organismo salvo las de la parte embrionaria de la placenta. 

Conforme avanza el desarrollo embrionario se forman diferentes poblaciones de células madre con una potencialidad de regenerar tejidos cada vez más restringida y que en la edad adulta se encuentran en "nichos" en algunos tejidos del organismo.

23.2. Métodos de obtención de células madre
Existen diferentes técnicas para la obtención directa de células madre embrionarias y técnicas basadas en la reprogramación celular:

Embriones crioconservados: La crioconservación es un método que utiliza nitrógeno líquido para detener todas las funciones celulares y así poderlas conservar durante años. Estos embriones son procedentes de los tratamientos de reproducción humana asistida, que pueden ser donados por los pacientes que se someten a este tratamiento.

Blastómeros individuales: Con esta técnica, probada primero en ratones y luego en humanos, se consigue no destruir el embrión. Se utilizaron óvulos fecundados que se dejaron crecer hasta que tuviesen de 8 a 10 células, una de estas células se extrae y se cultiva. Con esta técnica se ha logrado obtener dos líneas celulares estables que mostraban un cariotipo normal y presentaban marcadores característicos de pluripotencialidad. El embrión del que se obtiene esta célula es completamente viable por lo que se puede implantar en un útero y seguir un desarrollo normal.

Activación de ovocitos por transferencia nuclear somática: consiste en extraer un núcleo de un óvulo no fertilizado y sustituirlos por el núcleo de una célula somática adulta. Al encontrarse en un ambiente propicio, el citoplasma del óvulo, este núcleo es capaz de reprogramarse. Una ventaja de esta técnica es obtener células madre que contengan la misma dotación genética que el paciente y evitar así problemas de rechazo. Esta técnica sólo se ha realizado en animales, no en humanos.

Partenogénesis: Este proceso reproductivo no se da en mamíferos. Sin embargo, la partenogénesis puede ser inducida en mamíferos mediante métodos químicos o físicos in vitro. Esta técnica sólo es aplicable en mujeres. Desdiferenciar células adultas: Investigaciones recientes han demostrado que es posible desdiferenciar células adultas hasta células madre mediante el tratamiento con factores de transcripción insertados en las células mediante retrovirus. Este procedimiento, conocido como reprogramación celular, facilitaría obtener células madre de cualquier individuo en cualquier momento, aunque se han detectado posibles efectos colaterales.

La reprogramación celular: la posibilidad de obtener células madre embrionarias

Como hemos visto, las mejores células madre, son las células madre embrionarias, ya que son capaces de diferenciarse en cualquier tipo de célula.

La posibilidad de utilizar en un futuro las células madre embrionarias para sustituir tejidos dañados hace necesario obtener líneas de células madre específicas de los pacientes, para eliminar la posibilidad de rechazo.

En el organismo adulto no existen células madre embrionarias, pero una forma de poder crearlas es mediante la reprogramación celular, es decir, conseguir que una célula adulta diferenciada vuelva a un estado indiferenciado como las células madre embrionarias.

En la actualidad existen dos técnicas que permiten la reprogramación celular:

• Reprogramación por transferencia nuclear. Se aísla el núcleo de una célula adulta del paciente y se introduce en un óvulo al que previamente se ha eliminado el núcleo. El citoplasma del óvulo es capaz de reprogramar el núcleo transferido, de forma que el óvulo fecundado se divide por mitosis y origina un embrión con células idénticas a las del paciente.
  El embrión se puede utilizar para obtener células madre embrionarias (clonación terapeútica) o con propósitos reproductivos (clonación reproductiva), como se hizo con la oveja Dolly en 1997.

• Reprogramación por transfección génica. Consiste en aislar una célula adulta e insertar en su núcleo genes activos que la transforman en una célula indiferenciada, como si fuera embrionaria. Para introducir los genes se emplean virus. La acción de estos genes pone en marcha el mecanismo de reprogramación que hacen regresar a la célula aun estado embrionario, por eso a este tipos de células se les ha llamado células pluripotentes inducidas (células iPS). Mediante esta técnica, que no plantea problemas éticos, se consiguieron en 2007 líneas celulares inducidas humanas.

Células del Cordón umbilical

Las células madre del cordón umbilical se consideran como células madre adultas. Éstas son células hematopoyéticas; crean células de la sangre y del sistema inmunológico. Son mucho más fáciles de obtenerse en comparación con las células de la médula ósea. A pesar de que las células de la médula ósea actúan más rápido que las células del cordón umbilical, las células del cordón umbilical no necesitan una compatibilidad al 100% con el paciente. En cambio las células de la médula ósea sí. Otras ventajas de las células de cordón umbilical son que su extracción no es dolorosa, se pueden usar con otros miembros de la familia sin ningún problema y son inmunológicamente inmaduras, es por esto que no necesitan una compatibilidad al 100% con el paciente.

Células madre del líquido amniótico
Gracias a los últimos avances científicos se demostró que el líquido amniótico contiene células de tejidos embrionarios y extraembrionarios diferenciadas y no diferenciadas derivadas del ectodermo, del mesodermo y del endodermo y se pueden inducir a la diferenciación también en células hematopoyéticas.

23.3. Aplicaciones de las células madre

La posibilidad de poder mantener en un cultivo células madre durante largos períodos de tiempo (sobre todo las embrionarias) y de diferenciarse hacia distintos tipos de células, permite que se puedan utilizar en medicina regenerativa, para poder sustituir tejidos dañados por lesiones o enfermedades degenerativas. En animales se han obtenido grandes éxitos con el empleo de células madre para el tratamiento de la diabetes tipo I, Parkinson e infartos de miocardio.

En los últimos años se está investigando en cómo aumentar el número de células madre que se pueden extraer de cordón umbilical (son células madre adultas) y poder cubrir la total necesidad para un trasplante.

Este tipo de estudios podrían permitir en un futuro utilizar células madre de cordón umbilical en terapia génica, para tratar enfermedades causadas por la falta o el defecto de un determinado gen. Se podría introducir el gen sano en las células madre, cultivarlas en laboratorio y luego trasplantarlas al paciente.

Las células madre, además son herramientas científicas para los estudiar cómo se especializan las células (diferenciación celular), y que podamos comprender mejor procesos como el cáncer o el envejecimiento.

Otra posible aplicación sería conocer los efectos de nuevos medicamentos aplicados en ciertos tejidos, antes de ser utilizados en animales o personas.

ANIMACIONES

         

OTRAS ANIMACIONES

  

CUESTIONES:    8     9      10     11     12

24. IDEAS FUNDAMENTALES 

1. En la especie humana existen un total de 46 cromosomas en cada una de nuestras células, 44 autosomas y 2 cromosomas sexuales. 

2. Somos una especie diploide, por lo que de esos 46, cromosomas un juego de 23 viene de nuestra madre, y los otros 23 de nuestro padre. 

3. El conjunto de los 46 cromosomas con toda su información constituye lo que denominamos el Genoma Humano. 

4. El Genoma Humano está formado por unos 3.000 millones de pares de bases que se agrupan en una cantidad estimada de entre 50.000 y 80.000 genes, más una gran cantidad de fragmentos de ADN que no poseen ninguna información. 

5. Se calcula que sólo el 3 % del ADN celular tiene "sentido", es decir, información para fabricar nuestras proteínas; el 97 % restante es una incógnita. 

6. El Proyecto Genoma busca la realización de mapas cromosómicos lo más exactos posibles, señalando la localización de los genes, su función y secuenciándolos. 

7. El mal funcionamiento de un gen determinado produce una ENFERMEDAD GENÉTICA, que es hereditaria. 

10. La mayoría de enfermedades genéticas se pueden detectar mediante diagnóstico prenatal, estudiando los cromosomas del feto. 

11. Las técnicas de diagnósticos más utilizadas son el estudio de las vellosidades coriónicas, la amniocentesis y las técnicas citogenéticas. 

12. La biotecnología consiste en la utilización de seres vivos sencillos (bacterias y levaduras), y células eucariotas en cultivo, cuyo metabolismo y capacidad de biosíntesis se utilizan para la fabricación de sustancias específicas o realización de procesos aprovechables por el hombre. 

13. La ingeniería genética es una parte de la biotecnología que se basa en la manipulación de genes para obtener esas sustancias específicas aprovechables por el hombre o esos procesos. 

14. La clonación de genes es una técnica mediante la cual se selecciona un gen que interesa por alguna razón, se introduce en una célula sencilla, normalmente bacteriana, y se hace que esa célula se divida muchas veces y fabrique la proteína que nos interesa. 

15. Laclonación de seres vivos consiste en sustituir el núcleo de una célula adulta, por otro núcleo embrionario, transformándose de esta manera esa célula adulta en una célula embrionaria capaz de originar un feto. No se manipulan genes, por lo que no es ingeniería genética, aunque si entra en el ámbito de la Biotecnología. 

16. Lo mismo sucede con las células madre, que son células de características embrionarias capaces de diferenciarse en otras células de tejidos concretos, permitiendo la corrección de algunas enfermedades. 

17. La Ingeniería Genética es la ciencia biológica que trata de la manipulación de los genes. La aplicación de los conocimientos de la Ingeniería Genética constituye la Biotecnología. 

18. El ADN puede cortarse en fragmentos por medio de las enzimas de restricción. Estos fragmentos quedan con unos extremos o bordes cohesivos, también llamados bordes pegajosos, que hacen que se puedan unir fragmentos de distinto origen, formando un ADN llamado recombinante. 

19. En Ingeniería Genética es necesario la obtención de muchas copias de fragmentos de ADN para su estudio y manipulación. Se consigue mediante la clonación, que puede ser "en 

vivo" utilizando células que actúan como agentes replicativos, o "in vitro", mediante la PCR, (Reacción en Cadena de la Polimerasa). 

20. Para introducir ADN recombinante en células hospedadoras, se recurre a elementos génicos llamados vectores génicos. Estos son los plásmidos, los bacteriófagos y los cósmidos. 

21. La localización de determinados segmentos de ADN se lleva a cabo mediante diversas técnicas, entre las que destacan las sondas de hibridación. 

22. La determinación de la secuencia de nucleótidos de un ADN se puede realizar por diversos métodos, como el de Sanger o de los didesoxinucleótidos. 

23. La Biotecnología es importante en medicina, agricultura y ganadería y reporta una serie

 de provechos, entre ellos está la síntesis de productos necesarios para la vida, diagnosis y remedio de muchas enfermedades, la prevención de enfermedades hereditarias y la consecución de plantas y animales transgénicos. 

24. El estudio del genoma humano, gracias a la tecnología de la ingeniería genética, completado en junio de 2000 abre un campo imposible de predecir y cuya finalidad es producir mejoras en la humanidad. 

25. Todas estas investigaciones y aplicaciones, deben ser realizadas teniendo en cuenta las normas universales de la ética, la dignidad humana y la conservación de la naturaleza, constituyendo un patrimonio común a todos los pueblos.

25. REPASO

   

CUESTIONES:    1    2    3    4    1    2    3     4     5     8     9    10   38

Tests:     1      2      3

26. PRÁCTICAS

                     

Cariotipo.

Práctica de ingeniería genética. Texto

Terapia genética

Respuesta corporal

Huellas genéticas

Práctica de ingeniería genética

Tras la huella genética

Fabricar queso

Huella genética:  27    28    29  30   31   32   33    34   35  

27. CUESTIONES

Preguntas selectividad Valencia. Biotecnología

Cuestiones importantes selectividad. Biotecnología

Cuestiones ingeniería genética

28. VÍDEOS

                       

PORTADA