¿Qué es la tecnología genética?
La ingenieríagenética es el proceso de utilizar tecnología avanzada de ADN para modificar el contenido genético de un organismo. Los científicos pueden utilizar la ingeniería genética para aislar genes y luego combinarlos con el genoma del ADN receptor. El ADN creado a partir de esta combinación se denomina ADN recombinante.
El organismo que contiene ADN recombinante es un organismo transgénico o modificado genéticamente (OMG), que puede ser tan simple como una bacteria o tan complejo como plantas y animales.
Modificar la composición genética de los organismos es un proceso complejo que implica la utilización de técnicas de ingeniería genética en múltiples pasos.
La ingeniería genética pretende desarrollar OMG con resultados más deseables. Los cultivos, como el maíz, la soja y el algodón, pueden modificarse genéticamente para que resistan los pesticidas. Esto ayuda a los agricultores a tener un mejor rendimiento, ya que pueden utilizar pesticidas para erradicar las plagas sin dañar los propios cultivos. Las bacterias también pueden modificarse genéticamente. Los científicos pueden introducir en una bacteria un gen que codifique una proteína valiosa (un fármaco o una hormona como la insulina). Cultivando las nuevas colonias bacterianas en masa, pueden recoger y purificar la proteína deseada y utilizarla con fines farmacéuticos o industriales.
El código genético es universal, es decir, es el mismo en todos los organismos. Por tanto, el ADN se transcribe y traduce en los organismos transgénicos de la misma forma que en el organismo donante, produciendo la misma proteína.
He aquí algunas ventajas de la ingeniería genética:
- Permite crear alimentos más nutritivos para erradicar la malnutrición en todo el mundo.
- Las plantas resistentes a las enfermedades y a la sequía permiten utilizar menos recursos medioambientales.
- Aumento del suministro de alimentos con menor coste.
- Aumento de la vida útil de ciertos portainjertos.
- Mayor rendimiento de los cultivos destinados a la producción de biocombustibles.
- Cultivos y animales de crecimiento más rápido.
Fig. 1 - Beneficios de la ingeniería genética
La ingeniería genética no es todo ventajas. Conlleva algunas implicaciones y desventajas. Entre ellas están:
- Los alimentos producidos a partir de animales OMG pueden tener menos valor nutritivo debido a un ritmo de desarrollo más rápido.
- La introducción de nuevo material genético en la naturaleza puede dar lugar a nuevos patógenos resistentes que son más fuertes y suponen un riesgo para la salud.
- Puede haber efectos secundarios adversos desconocidos e inesperados.
- Muchas empresas ponen derechos de autor sobre los OMG que desarrollan. Puede tener consecuencias costosas para los agricultores, ya que tendrían que pagar más por las semillas OMG.
- El abuso de la tecnología y los conocimientos de la ingeniería genética en animales y humanos puede conducir a resultados éticamente cuestionables.
Fig. 2 - Inconvenientes e implicaciones éticas de la ingeniería genética
Podemos desglosar el proceso de creación de ADN recombinante y su transferencia con éxito para crear un OMG en cinco pasos principales:
- Hay que aislar el gen que codifica el producto deseado (por ejemplo, una proteína). Este proceso implica producir fragmentos de ADN que contengan el gen deseable.
- A continuación, hay que insertar el gen en un vector.
Los vectores son portadores para introducir material genético extraño, como un gen funcional, directamente en una célula.
- El vector transporta el gen a las células receptoras. Este proceso de liberación se denomina transformación.
La transformación describe la modificación genética de la célula mediante la absorción directa y la inclusión de materiales genéticos extraños de su entorno.
- Es necesario identificar las células recombinantes que se han transformado con éxito y que ahora contienen el ADN recombinante. Losgenes marcadores, como los genes de resistencia a los antibióticos, ayudan en este paso.
- Tras la identificación, las células recombinantes se clonan para producir una gran población de células transgénicas.
Producción de fragmentos de ADN mediante tecnología genética
Identificar y aislar un gen específico de unos cientos de bases de longitud entre los millones de bases del ADN eucariota es todo un reto. Hay tres técnicas principales que utilizan los científicos para crear fragmentos de ADN:
- Utilizar la transcriptasa inversa para convertir el ARNm (ARN mensajero) en ADNc (ADN complementario).
- Utilizando una endonucleasa de restricción para cortar la molécula de ADN en una secuencia específica.
- Utilizando una máquina génica para crear un gen basado en una proteína con una estructura y composición conocidas.
Transcripción inversa
Este proceso utiliza una enzima particular llamada transcriptasa inversa. Esta enzima se encuentra de forma natural en retrovirus como el VIH, y crea cadenas de ADN basadas en moléculas de ARNm.
- En las células, los ARNm corresponden a la secuencia genética, y los ribosomas los leen para sintetizar moléculas polipeptídicas (proteínas). Este proceso se conoce como traducción.
- Una célula que produce de forma natural una proteína debe contener grandes cantidades del ARNm de esa proteína, que puede aislarse. Por ejemplo, las células beta de los islotes de Langerhans del páncreas segregan insulina y deben contener niveles elevados de ARNm de insulina. Por tanto, el ARNm de la insulina puede extraerse de las células beta.
- Tras la extracción del ARNm deseado, pueden tratarse con la enzima transcriptasa inversa, que polimeriza los desoxirribonucleótidos y crea moléculas de ADNc monocatenario que tienen una secuencia de bases complementaria a la del ARNm.
ElADN complementario o ADNc se sintetiza mediante el procedimiento de transcripción inversa a partir de una molécula de ARN monocatenario como el ARNm.
- Las moléculas de ADNc obtenidas se tratan posteriormente con ADN polimerasa en el proceso de reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La ADNpolimerasa sintetiza una cadena de ADN complementaria basada en el ADNc, creando un ADN de doble cadena. También replica las moléculas de ADN en ciclos repetidos que amplifican el número de fragmentos de ADN.
- Laprincipal ventaja del proceso de transcripción inversapara aislar genes es que el producto creado al final es un ADNc que no contiene ADN no codificante (intrones). Esto es importante para insertar genes en procariotas, ya que los sistemas procariotas no pueden eliminar los intrones.
Endonucleasas de restricción
Las endonucleasas de restricción (ER) son enzimas que forman parte de forma natural del mecanismo de defensa de las bacterias. Actúan cortando las moléculas de ADN extrañas.
Existen varios tipos de ER con sitios activos complementarios a secuencias de nucleótidos de bases específicas. Estas secuencias se denominan sitios de reconocimiento, ya que cada RE crea incisiones en el ADN específicamente en estos lugares.
Podemos clasificar los RE en dos grupos principales en función de cómo cortan el ADN:
- Los RE que hacen una incisión en el ADN en el lugar exacto de ambas hebras crean dos extremos romos.
- Los RE que cortan ambas hebras de ADN en posiciones separadas por unas pocas bases entre sí dan lugar a la creación de extremos escalonados con bases de ADN expuestas (bases sin pares complementarios). Estas bases de ADN sin pares pueden unirse a un ADN con bases complementarias. Estos extremos también se denominan extremos pegajosos, ya que pueden unirse fácilmente a otras muestras de ADN con extremos pegajosos. Los sitios de reconocimiento de este tipo de RE tienen una secuencia palindrómica, lo que significa que se leen igual en la cadena anterior y en la inversa.
Fig. 3 - Creación de fragmentos de ADN con extremos pegajosos mediante enzimas de restricción
La máquina génica
La máquina génica es la técnica más moderna en la que los científicos crean fragmentos de ADN en un laboratorio utilizando ordenadores y dispositivos especiales.
Primero identifican la proteína de interés y examinan su secuencia de aminoácidos constituyentes. Después, los científicos pueden determinar las secuencias de ARNm y ADN que podrían codificar esa proteína utilizando el código genético a la inversa.
A continuación, la secuencia de ADN obtenida puede introducirse en el ordenador. El ordenador comprueba la bioseguridad y la bioprotección de los fragmentos de ADN, asegurándose de que cumple las distintas normativas éticas y no infringe la normativa internacional. A continuación, el ordenador crea una serie de pequeños nucleótidos monocatenarios con secuencias superpuestas en un proceso automatizado. Estas cadenas se denominan oligonucleótidos y pueden ensamblarse para generar la secuencia de ADN del gen deseado. Por último, la cadena de ADN modificada se amplifica y se convierte en la molécula de ADN de doble cadena mediante PCR.
Los oligonucleótidos son polinucleótidos que contienen un número relativamente pequeño de nucleótidos.
La técnica de la máquina de genes es precisa y puede realizarse en tan sólo diez días. Además, crea cadenas de ADN que no contienen regiones no codificantes (intrones) y que pueden ser transcritas y traducidas por sistemas procariotas.
Tabla 1. Resumen de las ventajas e inconvenientes de las distintas tecnologías genéticas.
| Ventajas | Inconvenientes |
Técnica de la transcriptasa inversa |
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Técnica de la endonucleasa de restricción |
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Máquinas genéticas |
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Tecnología genética - Puntos clave
- La ingeniería genética es el proceso de utilizar tecnología avanzada de ADN para modificar el contenido genético de un organismo.
- El organismo que contiene este ADN recombinante es un organismo transgénico o modificado genéticamente (OMG), que puede ser tan simple como una bacteria o tan complejo como las plantas y los animales.
- Aplicación de los OMG:
- Producción de proteínas valiosas a granel, como la insulina.
- Creación de cultivos resistentes a pesticidas y herbicidas.
- Cinco pasos principales de la transferencia de ADN recombinante para crear un OMG:
- Aislamiento del gen deseado.
- Inserción del gen en un vector.
- Transformación.
- Identificación de las células transformadas.
- Clonación de las células amplificadas.
- Tres técnicas principales para crear fragmentos de ADN:
- Transcripción inversa.
- Utilización de endonucleasas de restricción.
- Máquina de genes.
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