TEMA 16. Biotecnología La biotecnología es el conjunto de procesos que se sirve de agentes biológicos para obtener bienes y servicios. Se trata de un campo interdisciplinar, en ei que se incluyen técnicas de la genética, la inmunología, la química, la informática, bioquímica, biología molecular… La biotecnologíase ocupa, entre otros, de procesos tan diferentes como la clonación, la terapia génica, la inseminación in vitro, la obtención de bebidas alcohólicas, etc. En la actualidad, con la expansión de la biotecnología y los métodos de manipulación genética, los microorganismos han sido modificados para fabricar productos útiles que no producen de manera natural.

2.Ingeniería genética

Incluye el conjunto de métodos y técnicas que permiten acceder ymanipular el ADN de los seres vivos, pudiendo modificar la información genética de una célula, de un grupo de células o de un organismo.Con la ingeniería genética han surgido nuevas disciplinas científicas, como ia genómica, que es una rama de la genética que estudia la estructura y funcionamiento del genoma completos de un organismo, la proteómica, que estudia la estructura y funcionamiento del conjunto de proteínas codificadas por un genoma (proteoma), o la farmacogenética, que estudia la fabricación de medicamentos personalizados en base a ias carácterísticas genéticas de los individuos.

2.1. Obtención de fragmentos de ADNA) Tecnología del ADN recombinante

El ADN recombinante es un fragmento de ADN construido artificialmente con segmentos de organismos distintos.

-Estas técnicas permiten cortar la molécula de ADN por lugares concretos, gracias al uso de las enzimas de restricción o endonucleasas de restricción (actúan como “tijeras genéticas”), que cortan el ADN por secuencias de bases determinadas (carácterísticas de cada enzima), dando lugar a segmentos de ADN, que pueden ser de extremos romos o de extremos cohesivos.

-Luego se separa y aísla el fragmento de interés (que contiene por ejemplo un gen que se quiere manipular) mediante electroforesis en gel.

-Este fragmento se une a vectores, que suelen ser plásmidos o ADN viral que han sido cortados previamente con la misma enzima de restricción; para unirlos se utiliza ADN ligasas. De esta forma se obtiene el ADN recombinante (fragmento de ADN de interés + ADN vector).

B) Formación de ADN complementario por hibridación

Mediante desnaturalización y posterior renaturalización de hebras sencillas de distinta procedencia, obteniendo moléculas híbridas (siempre que haya secuencias complementarias). Cuanto más relacionadas están las moléculas de ADN mayor porcentaje de renaturalización se produce. Esta técnica puede servir para localizar genes en el genoma mediante una “sonda”.

C) Síntesis de ADN complementario a partir de ARNm

Consiste en ia síntesis artificial de ADN a partir de ARNm utilizando transcriptasa inversa. El ADNc así obtenido no contiene intrones y es de cadena sencilla; luego, mediante ADNpol l, se puede obtener un ADNc de cadena doble.

D) Obtención de ADN sintético

Se puede fabricar ADN mediante máquinas sintetizadoras de ADN. Así, se puede sintetizar el gen que corresponde a una proteína, cuya secuencia de aminoácidos se conoce. O fabricar el gen que codifique una proteína diseñada.

2.2 Clonación del ADN

Consiste en la producción de muchas copias de un determinado gen o de un fragmento específico de ADN en el interior de un organismo (hospedador), que puede ser procariota, generalmente E Coli, o eucariota, normalmente levaduras, como S. Cerevisiae. El hospedador debe cumplir ciertas carácterísticas, como presentar un crecimiento rápido, no ser patógeno, que-pueda incorporar ei ADN recombinante y que sea fácilmente manipulable.

Proceso en bacterias

El fragmento de ADN o gen que se quiere clonar se une a un vector, normalmente un plásmido o el genoma de un virus (fago À…). Este ADN recombinante se introduce en la célula hospedadora mediante transformación (la bacteria lo capta espontáneamente del medio) o mediante transducción (utilizando bacteriófagos). Así, el ADN recombinante se replica dentro de la bacteria y, cuando esta se divide, pasa a las células hijas; de esta forma, en muy poco tiempo se originan miles de bacterias que contienen el gen y que, por tanto, pueden sintetizar la proteína que éste codifica.

Proceso en eucariotas

En este caso hay más dificultades, pues los genes contienen intrones, la expresión es más compleja y no existen sistemas naturales para incorporar el ADN externo. El vector suele ser genoma de virus o cromosomas artificiales para células hospedadoras animales y el ptásmido Ti para células vegetales. La introducción del vector en la célula hospedadora se hace por microinyección, electroporación, pistola de genes, liposomas con el ADN o bacterias que infectan plantas (como Agrobactrium sp). El resultado es distinto según e! Tipo de células hospedadoras utilizadas. Si son células reproductoras o embrionarias, o si el organismo huésped es unicelular (levaduras) se obtienen organismos transgénicos; si las células hospedadoras son células somáticas se pueden obtener tejidos modificados, que pueden ser útiles para terapia génica.

2.3. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Esta técnica sirva para obtener múltiples copias de un fragmento de ADN a partir de una muestra muy pequeña.

-El fragmento de ADN se desnaturaliza mediante temperatura elevada, por encima de los 900C, para separar las dos hebras complementarias. -A temperatura más baja, unos 700C, cada hebra sirve de molde para fabricar otra, por acción de ADNpol procedente de bacterias termófilas, que son funcionales a altas temperaturas. En el medio de reacción debe haber suficiente cantidad de nucleótidos trifosfato y de cebadores. -Se eleva de nuevo la temperatura y se repite este ciclo de síntesis. Al ser un proceso exponencial, se pueden obtener millones de copias en poco tiempo.

Entre las aplicaciones de la PCR destacan la amplificación de ADN antiguo (procedente de fósiles, momias…) con el que poder realizar estudios evolutivos o arqueológicos; en criminología, para amplificación del ADN encontrado en muestras orgánicas; en pruebas de paternidad; amplificación del ADN de células embrionarias para diagnosticar trastornos genéticos, etc.

2.4. Secuenciación del ADN

Esta técnica permite determinar el orden de la secuencia de beses nitrogenadas de un determinado ADN. Para ello se utiliza el método didesoxi de Sanger, que usa didesoxinucleótidos modificados que bloquean el alargamiento de la cadena durante la replicación, pues no tienen el grupo OH del C3′. El proceso ha sido automatizado e informatizado, de forma que actualmente se realiza en unos aparatos llamados secuenciadores. Esta técnica ha permitido conocer la secuencia de nucleótidos de miles de genes, e incluso genomas completos de algunas especias, incluida la especie humana.

3.1. Medicina –
Obtención de grandes cantidades de proteínas de interés (insulina, somatotropa, factores de coagulación… -Obtención de vacunas que sólo contengan los factores antigénicos.

3.2. Proyecto Genoma Humano

Este proyecto ha permitido la secuenciación y localización de los genes contenidos en los cromosomas humanos. Se inició en 1990, se obtuvo un primer borrador en ei año 2000 y se pubiicó ei genoma completo en Abril del 2003. Entre las conclusiones de este proyecto cabe destacar que: – genoma humano consta aproximadamente de 3000 millones de nucleótidos. -Sólo existen entre 20000 y 25000 genes codificadores de proteínas (estudios más actuales reducen este número a 19000), que representan alrededor del 3% del genoma. El número de proteínas, sin embargo, es mucho mayor. -Nuestro genoma posee menos genes que el de otros seres vivos menos complejos, como la patata o el tomate, con más de 30000. -La mayor parte del genoma cumple funciones desconocidas. -El 99,9% del genoma es idéntico en todos los seres humanos. -El ADN humano es, al menos en un 98%, idéntico al de otros primates superiores.

3.3. Agricultura y ganadería

La aplicación de la ingeniería genética en este campo pretende mejorar ia producción y la calidad de ios productos, utilizando plantas y animales transgénicos (OGM). -Conseguir plantas resistentes a herbicidas y plagas, a heladas o a enfermedades.

3.4. Medio ambiente

Biorremediación; con la que se pretende eliminar la contaminación del suelo; aaua o aire utilizando microorganismos modificados. -Tratamiento de residuos urbanos e industriales.

3.5. Industria alimentaria

El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos, a pesar de desconocer su existencia. Hoy día gracias al conocimiento de sus carácterísticas y metabolismo, son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos, bebidas o productos de la industria aiimentaria. Por ejemplo: pan. Yogur. Queso. Mantequilla. Vinagre. Vino. Cerveza. Encurtidos.

-Microproteínas alimentarias como la espirulina, la levadura desecada, proteínas de algas..

-Edulcorantes (fructosa, aspartamo…).

-Producción de proteínas para piensos de animales domésticos.

-Síntesis de vitaminas que se añaden a los alimentos o en compuestos farmacéuticos. Por ejemplo la vitamina B12 es producida industrialmente a partir de bacterias y la riboflavina es producida por diversos microorganismos como bacterias y hongos.

-Síntesis de aminoácidos que se utilizan como aditivos alimentarios. Ejemplos de aminoácidos producidos por fermentación microbiana son el ácido glutámico, la lisina, la glicina, la metionina y la alanina.

3.6. Industria química

-Obtención de plásticos, disolventes,

-Obtención de detergentes bioactivos, con aditivos enzimáticos.

3.7. Industria energética

-Obtención de biocombustibles, como el bioalcohol, el biogás (a partir de residuos urbanos, agrícolas,

ganaderos e industriales) o los bioaceites.

3.8. Minería

Extracción de minerales, como el cobre, por bioprocesado.