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- En este artículo vamos a explorar la ingeniería genética, su importancia y todos sus componentes.
- Comenzaremos definiendo la ingeniería genética y los organismos transgénicos.
- Igualmente, revisaremos la función de la ingeniería genética en la sociedad actual.
- En seguida, veremos algunos ejemplos aplicados de ingeniería genética tanto en animales como en humanos.
- Luego, repasaremos las desventajas que trae consigo la ingeniería genética.
- Finalmente, aprenderemos sobre el proceso de trasngénesis y cómo se obtienen fragmentos de ADN.
¿Qué es la ingeniería genética?
La ingeniería genética es una tecnología o conjunto de técnicas, procesos y herramientas genéticas avanzadas que se utilizan para modificar el contenido genético de un organismo, es decir, su ADN.
La ingeniería genética es un conjunto de técnicas que permite manipular y modificar el material genético de un organismo, ya sea agregando, eliminando o cambiando genes específicos. Estas técnicas pueden usarse para desarrollar nuevos medicamentos, crear plantas resistentes a enfermedades, mejorar la calidad y el rendimiento de los cultivos, y hasta para producir animales y plantas transgénicos.
La ingeniería genética también puede tener aplicaciones en medicina, como la terapia génica para tratar enfermedades hereditarias y ciertos tipos de cáncer.
Los científicos pueden utilizar la ingeniería genética para aislar genes de un organismo (A) y combinarlos con el genoma de otro organismo receptor (B). El ADN creado a partir de esta combinación se denomina ADN recombinante.
Un organismo transgénico o genéticamente modificado (OGM) es aquel que contiene ADN recombinante, el cual el resultado de la transferencia de uno o más fragmento de ADN de un organismo a otro (generalmente de diferentes especies).
Los organismos genéticamente modificados pueden ser tan simple como una bacteria o tan complejo como plantas o animales, y su información genética es modificada con el fin de producir individuos con características deseables.
Función de la ingeniería genética
La función principal de la ingeniería genética es la manipulación y modificación del material genético de los organismos, incluyendo la transferencia de genes entre especies o la creación de nuevos genes. Los grandes avances de la ingeniería genética han permitido una comprensión más profunda de los procesos biológicos y la función de los genes, así como el desarrollo de múltiples aplicaciones.
La ingeniería genética ha permitido avances significativos en la investigación científica, la medicina, la agricultura y la producción de alimentos. Además, ha abierto nuevas posibilidades en el tratamiento de enfermedades genéticas y en la creación de cultivos más resistentes a las condiciones ambientales adversas y a las plagas. También puede ayudar en la conservación de especies en peligro de extinción y en la reducción del impacto ambiental de la industria. A través de la ingeniería genética, se puede mejorar la calidad de vida humana y la sostenibilidad del planeta. Sin embargo, también es importante considerar los posibles riesgos y efectos secundarios que puedan surgir y tomar medidas para minimizarlos.
De hecho, la ingeniería genética tiene el potencial de contribuir a significativamente a solucionar varios problemas socioambientales que se presentan en la actualidad. Para ilustrar, esta puede tener un impacto en la seguridad alimentaria de varias maneras:
- Permite crear alimentos más nutritivos para erradicar la malnutrición en el mundo.
- Permite crear plantas resistentes a las enfermedades y a la sequía, que requieren menos recursos ambientales.
- Permite aumentar el suministro de alimentos con menor coste.
- Permite aumentar la vida útil de determinados portainjertos.
- Permite obtener mayor rendimiento de los cultivos para fabricar biocombustibles.
- Permite crear cultivos y animales de crecimiento más rápido.
Ejemplos de ingeniería genética
Algunos ejemplos de las aplicaciones más importantes de la ingeniería genética son:
Producción de alimentos modificados genéticamente
Los cultivos —como el maíz, la soja y el algodón— pueden modificarse genéticamente para que sean resistentes a 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.
El tratamiento de la enfermedad de inmunodeficiencia combinada grave (SCID, por sus siglas en inglés) en bebés implica tomar células madre de la médula ósea del paciente, corregir el gen defectuoso responsable de la enfermedad y luego reintroducir las células modificadas en el cuerpo del paciente.
Creación de organismos transgénicos para la investigación científica
Los ratones transgénicos, que tienen genes humanos específicos insertados en su ADN, pueden ser utilizados para estudiar enfermedades humanas y probar fármacos experimentales y terapias potenciales que podrían revertir ciertas enfermedades en humanos.
Producción de medicamentos a través de células modificadas genéticamente
Los científicos pueden introducir en una bacteria un gen que codifique una proteína deseada, como una sustancia que tenga un uso medicinal o una hormona (entre otros, la insulina). Al cultivar masivamente nuevas colonias bacterianas con el nuevo gen introducido, se producen controladamente las cantidades requeridas de dicha proteína.
Ingeniería genética en animales
La ingeniería genética en animales se refiere la manipulación del ADN de un animal con el fin de investigar la estructura y función del genoma animal o para producir individuo con ciertas características deseables.
La ingeniería genética en animales comenzó en la década de 1970, cuando los científicos Stanley Cohen y Herbert Boyer desarrollaron la tecnología de ADN recombinante, que permitió la manipulación y el análisis de genes individuales. Entonces, empezaron a producirse las primeras bacterias transgénica que contenía un gen de otro organismo.
El primer mamífero completamente clonado fue la oveja Dolly, clonada a partir de una célula adulta en 1996. Los científicos del Instituto Roslin en Escocia utilizaron la técnica de transferencia nuclear de células somáticas para crearla. Dolly nació como cualquier otra oveja, pero era una copia genética exacta de la oveja de la que se había tomado la célula. El nacimiento de Dolly causó un gran revuelo en todo el mundo y planteó preguntas éticas y científicas sobre la clonación de seres.
¿Sabías que también se está considerando el uso de animales modificados genéticamente para que producir medicamentos? Una de las vías que se está explorando es la producción de gallinas transgénicas que han sido modificadas genéticamente para producir proteínas terapéuticas en sus huevos. Estas proteínas pueden ser utilizadas en tratamientos médicos para tratar enfermedades como el cáncer, la esclerosis múltiple y la hepatitis.
Ingeniería genética en humanos
La ingeniería genética en humanos hace referencia a la manipulación del ADN humano para alterar las características heredadas de una persona o para tratar enfermedades genéticas.
Hasta ahora nos hemos referido a la ingeniería genética como herramienta para mejorar la producción de alimentos o sustancias medicianles. Pero, ¿qué pasa si se aplica en la especie humana? Podemos utilizar la terapia génica para tratar enfermedades genéticas en seres humanos, como la espina bífida, el autismo y la diabetes, mediante la inserción de genes deseados en el ADN del paciente.
La terapia génica es un nuevo tipo de medicina donde se pretende curar enfermedades modificando el material genético del paciente. Normalmente, se inserta un gen sano en el paciente para sustituir a un gen enfermo que genera algún tipo de disfunción. Al añadir el nuevo gen, se corrige la disfunción.
La terapia génica se puede aplicar a enfermedades hereditarias o a enfermedades adquiridas como el cáncer. Además, puede aplicarse tanto en células germinales como en las células somáticas del cuerpo.
Sin embargo, que la terapia génica funciona únicamente para tratar enfermedades causadas por alteraciones en nuestro DNA.
Desventajas de la ingeniería genética
En la ingeniería genética no todo son beneficios. Las principales desventajas son:
- Los alimentos producidos a partir de animales modificados genéticamente con la ingeniería genética pueden tener menos valor nutricional debido a un ritmo de crecimiento más rápido.
- La introducción de un organismo genéticamente modificado (con un nuevo material genético) en la naturaleza puede dar lugar a nuevos patógenos resistentes que son más fuertes y suponen un riesgo para la salud.
- Introducir un gen en un organismo mediante la ingeniería genética puede tener efectos secundarios adversos desconocidos e inesperados sobre cada individuo.
- Muchas empresas ponen derechos de autor sobre los OGM que producen mediante la ingeniería genética. Esto puede tener negativas en términos económicos para los agricultores, ya que tienen que pagar más por las semillas OGM.
- El abuso de la tecnología y los conocimientos de la ingeniería genética en animales y seres humanos puede conducir a resultados éticamente cuestionables.
Transgénesis
La transgénesis es un proceso mediante el cual se insertan genes de una especie en otra especie para modificar sus características.
La transgénesis es una técnica específica dentro de la ingeniería genética, que implica la introducción de un gen o genes exógenos en el genoma de un organismo para producir un cambio en ciertas partes de su código genético. Generalmente, este procedimiento tiene lugar a nivel celular.
Podemos dividir el proceso para crear células transgénicas en cinco pasos principales:
Primero: Hay que aislar el gen que codifica el producto o proteína deseado. Este proceso consiste en producir fragmentos de ADN que contengan el gen deseado.
Segundo: A continuación, hay que insertar el gen en un vector.
Un vector es una molécula de ADN que se utiliza para transportar material genético de un organismo a otro.
Tercero: El vector transporta el gen a las células receptoras. Este proceso de entrega se denomina transformación.
La transformación alude a la modificación genética de la célula a través de la captación y la inclusión de material genético de su entorno.
Cuarto: Es necesario identificar las células recombinantes que se han transformado con éxito y que ahora contienen el ADN recombinante. Los genes marcadores, como los genes de resistencia a los antibióticos, ayudan en este paso.
Quinto: Tras la identificación, las células recombinantes se clonan para producir una gran población de células transgénicas.
Los vectores genéticos tienen ciertas características que los hacen útiles para este propósito, como la capacidad de replicarse dentro de las células y la presencia de sitios de restricción que permiten la inserción de fragmentos de ADN en lugares específicos. Los plásmidos son uno de los tipos más comunes de vectores genéticos utilizados en la investigación biológica. Estos pequeños círculos de ADN, que se encuentran en muchas bacterias y algunas levaduras, se pueden modificar y transferir fácilmente a células bacterianas u otras células para expresar proteínas de interés o modificar el genoma de las células receptoras.
Obtención de fragmentos de ADN
Identificar y aislar un gen específico de unos pocos cientos de bases entre los millones de bases del ADN eucariota es todo un reto. Hay tres técnicas principales que los científicos utilizan para obtener fragmentos de ADN:
Utilizar la endonucleasa de restricción para cortar la molécula de ADN en una secuencia específica.
Utilizar la transcriptasa inversa para convertir el ARNm (ARN mensajero) en ADNc (ADN complementario).
Utilizar la síntesis artificial de oligonucleótidos para crear un gen basado en una proteína con una estructura y composición conocidas. Esta se lleva a cabo en sentido 3' a 5' (al revés que las enzimas que sintetizan RNA o DNA)
Transcripción inversa
Este proceso de ingeniería genética utiliza una enzima particular llamada transcriptasa inversa. Esta enzima se encuentra de forma natural en los retrovirus, como el VIH, y crea cadenas de ADN a partir de moléculas de ARNm.
- El ARNm en las células corresponde a la secuencia genética, y los ribosomas lo leen para sintetizar moléculas polipeptídicas (proteínas). Este proceso se conoce como traducción.
- Una célula que produce naturalmente una proteína debe contener grandes cantidades de ARNm de esa proteína, que puede ser aislado. Por ejemplo, las células beta de los islotes de Langerhans del páncreas segregan insulina y deberían contener altos niveles de ARNm codificante para la proteína de la insulina. Así, el ARNm de la insulina puede extraerse de las células beta.
- Tras la extracción del ARNm deseado, se puede tratar 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.
El ADN 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 la ADN polimerasa en el proceso de reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La ADN polimerasa sintetiza una cadena de ADN complementaria basada en el ADNc, así se crea una molécula de ADN de doble cadena. Durante la PCR se replica el ADN ciclicamente, amplificando el número de fragmentos de ADN.
- La principal ventaja del proceso de transcripción inversa para aislar genes es que el producto creado al final es un ADNc que no contiene ningún ADN no codificante, como los 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 naturalmente parte del mecanismo de defensa de las bacterias: actúan cortando las moléculas de ADN extrañas.
Existen varios tipos de ER cuyos sitios activos son complementarios a secuencias de bases del ADN específicas. Estas secuencias se denominan secuencias de reconocimiento, y cada ER crea incisiones en el ADN, específicamente, en estos lugares.
Podemos clasificar las ERs en dos grupos principales, en función de cómo cortan el ADN:
- Los ERs que cortan el ADN en el mismo lugar, lo que crea dos extremos rectos; es decir, todas las bases están apareadas.
- Los ERs que cortan ambas hebras de ADN en posiciones separadas por unas pocas bases, creando extremos escalonados con bases de ADN expuestas (bases sin pares complementarios). Estas bases de ADN sin aparear pueden unirse a otra moléluca de ADN que contenga bases complementarias. Estos extremos también se denominan extremos cohesivos, ya que pueden unirse fácilmente a otras muestras de ADN con extremos cohesivos que contengan secuencias complementarias. Las secuencias de reconocimiento para este tipo de ERs tienen una secuencia palindrómica, lo que significa que su secuencia es la misma en las dos hebras cuando se lee en la misma dirección: es decir, la secuencia en dirección 5´ a 3´ es la misma en ambas hebras. Lo mismo ocurre en direccion 3´ a 5´.
Síntesis artificial de oligonucleótidos
La síntesis de oligonucleótidos es la técnica más moderna y consiste en crear fragmentos de ADN en un laboratorio utilizando ordenadores y dispositivos especiales.
- Primero, se identifica la proteína de interés y se examina su secuencia de aminoácidos constitutiva. A continuación, los científicos pueden determinar las secuencias de ARNm y ADN que podrían codificar esa proteína utilizando el código genético a la inversa.
- La secuencia de ADN obtenida puede entonces introducirse en el ordenador. El ordenador comprueba los fragmentos de ADN, en cuanto a bioseguridad y seguridad biológica, asegurándose de que siga las distintas normativas éticas y no viole las regulaciones internacionales.
- A continuación, el ordenador crea una serie de pequeños nucleótidos monocatenarios con secuencias superpuestas en un proceso automatizado. Estas hebras 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 moléculas de ADN de doble cadena, mediante PCR.
Los oligonucleótidos son polinucleótidos que contienen un número relativamente pequeño de nucleótidos
La técnica de síntesis artificial de oligonucleótidos es precisa y puede llevarse a cabo en tan solo diez días. También permite crear cadenas de ADN que no contienen regiones no codificantes (intrones) y que pueden ser transcritas y traducidas por sistemas procariotas.
Veamos comparativamente las ventajas y desventajas de cada una de estas técnicas:
Técnica | Ventajas | Desventajas |
Técnica de la transcriptasa inversa | El ADNc producido está libre de intrones. | Se requieren muchos pasos, mucho tiempo y conocimientos técnicos. |
Técnica de endonucleasas de restricción | Los extremos escalonados y cohesivos de los fragmentos de ADN facilitan la ligadura del ADN y la producción de ADN recombinante. | El ADN recombinante contiene intrones. |
Síntesis de oligonucleótidos | El fragmento de ADN puede diseñarse con secuencias personalizadas. | Requiere la secuencia de aminoácidos de la proteína deseada. |
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En 2012, un equipo de científicos descubrió que podían utilizar el sistema inmunitario adaptativo presente en algunas bacterias, que utiliza secuencias específicas de ADN para detectar y destruir virus, para editar genes de manera precisa. Esta técnica de edición genética, denominada CRISPR/Cas9, ha abierto la puerta a una revolución en la biotecnología y la medicina. Desde entonces, CRISPR se ha utilizado para modificar el ADN de plantas, animales y humanos, lo que ha permitido la corrección de mutaciones genéticas que causan enfermedades, la creación de organismos modificados genéticamente para fines agrícolas o industriales y la investigación de la biología celular.
Ingeniería 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 (OGM), que puede ser tan simple como una bacteria o tan complejo como plantas o animales.
- Aplicación de los OGM:
- Producción de proteínas valiosas en grandes cantidades, como la insulina.
- Creación de cultivos resistentes a pesticidas y herbicidas.
- Cinco pasos principales de la transferencia de ADN recombinante para crear un OGM:
- 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.
- Síntesis de oligonucleótidos
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Preguntas frecuentes sobre Ingeniería genética
¿Cuáles son las técnicas de ingeniería genética?
Las técnicas de ingeniería genética incluyen tres técnicas principales para crear fragmentos de ADN: la técnica de la transcriptasa inversa, la técnica de endonucleasas de restricción y los sintetizadores de oligonucleótidos. Todas estas técnicas nos permiten generar fragmentos de ADN que codifican proteínas que desempeñan una serie de funciones deseadas.
¿Cuáles son las principales aplicaciones de la ingeniería genética?
Las principales aplicaciones de la ingeniería genética son la producción de alimentos y la investigación médica. Se pueden modificar genéticamente plantas y animales para aumentar su resistencia a enfermedades y mejorar la producción de alimentos, así como tratar enfermedades genéticas en humanos mediante terapias génicas y la creación de modelos animales para estudios de investigación.
¿Qué aplicaciones tiene la ingeniería genética y biotecnología?
La ingeniería genética y biotecnología tienen aplicaciones en la producción de alimentos, la medicina, la investigación científica, la biotecnología industrial, la agricultura y la conservación ambiental.
¿Qué es la ingeniería genética y cuáles son sus ejemplos?
La ingeniería genética es una técnica que permite la manipulación del material genético de un organismo para obtener ciertas características deseadas. Ejemplos incluyen la creación de plantas transgénicas para resistir enfermedades y aumentar la producción de alimentos, la terapia génica para tratar enfermedades genéticas en humanos, y la producción de proteínas recombinantes para uso médico y terapéutico.
¿Cómo se aplica la biotecnología en la industria farmacéutica?
La biotecnología es aplicada en la industria farmacéutica para producir medicamentos y terapias innovadoras. Una de las aplicaciones más comunes es la producción de proteínas recombinantes, en las que se utilizan células modificadas genéticamente para producir proteínas terapéuticas específicas. La biotecnología también se utiliza para desarrollar terapias génicas, en las que se introduce material genético en las células del paciente para tratar enfermedades genéticas.
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