Biotecnología: La Revolución del ADN Recombinante

La invención de la tecnología de ADN recombinante, denominada ingeniería genética o clonación molecular, permitió al ser humano diseñar por primera vez moléculas de ADN que no existían en la naturaleza.

Herramientas Clave de la Biotecnología

• Enzimas de restricción: Capaces de cortar el ADN en secuencias específicas, actuando como “tijeras moleculares”.
• ADN ligasa: Permite unir fragmentos de ADN que han sido cortados por otras enzimas.
• Plásmidos: Pequeñas moléculas circulares de ADN que viven en el interior de las bacterias. Se usan como vehículos en ingeniería genética.
• Transformación: Proceso para introducir plásmidos en el interior de una bacteria. Boyer y Cohen realizaron la primera clonación de un gen al introducir información genética humana en el interior de una bacteria para que esta fabricara proteínas humanas.

Fabricación de Proteínas Recombinantes

El primer producto que se comercializó fue la insulina humana. La producción de insulina humana en el interior de bacterias permitió prescindir de las insulinas de cerdo o vaca, que, al no ser idénticas a la humana, podían producir problemas. Otras proteínas recombinantes comercializadas por la industria farmacéutica han sido:

• Interferón humano: Para el tratamiento de la esclerosis múltiple.
• Hormona de crecimiento: Para tratar el enanismo hipofisario.
• ADN polimerasa I: Para el tratamiento de la fibrosis quística.
• Vacunas: Basadas en proteínas recombinantes, como la de la hepatitis B.

Aplicaciones en la Industria

• Industria alimentaria: Quimosina, somatotropina bovina (hormona de crecimiento bovina).
• Industria de detergentes: Lipolasa (una lipasa muy eficiente con la suciedad), subtilisina (resistente a la lejía y las altas temperaturas).

La Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

La PCR es una técnica que ha desempeñado un papel esencial en el desarrollo de la genética. Fue inventada por Mullis. La técnica permite amplificar rápidamente muestras de ADN, es decir, obtener una cantidad apreciable de ADN a partir de una muestra muy pequeña.

Proceso de la PCR

1. Preparación: Se necesitan cebadores (secuencias de 20 nucleótidos que inician la reacción), Taq polimerasa (enzima que sintetiza ADN a partir de la muestra) y desoxirribonucleótidos (que forman parte del ADN sintetizado).
2. Desnaturalización: Se separan las hebras que forman el ADN que se quiere amplificar. Para esto se calienta la muestra a unos 94-95 grados Celsius.
3. Unión del cebador: Se une el cebador a su cadena complementaria de ADN. Para ello se reduce la temperatura hasta los 55 grados Celsius.
4. Extensión: Entra en acción la Taq polimerasa, que sintetiza el ADN a partir del ADN de la muestra a una temperatura óptima de unos 72 grados Celsius.
5. Repetición del ciclo: Las cadenas se separan y el proceso se repite de nuevo (unión de los cebadores, intervención de la Taq polimerasa).
6. Amplificación: Este ciclo se repite unas 30 veces, tras lo cual tenemos una muestra de ADN exactamente igual al ADN inicial, pero en mayor cantidad. Para conservar la muestra se reduce la temperatura a unos 4 grados Celsius.

Aplicaciones de la PCR

• Diagnóstico de enfermedades infecciosas y hereditarias.
• Identificación y análisis mediante ADN.
• Secuenciación de ADN.
• Estudios relacionados con la evolución.

Organismos Transgénicos

Son organismos modificados genéticamente que portan un gen extraño. De esta forma se han obtenido:

• Bacterias superdegradadoras de manchas de petróleo.
• Bacterias productoras de plásticos biodegradables.
• Plantas con resistencia a insectos productores de plagas, como el maíz.

Estos organismos deben ser empleados con cuidado, ya que pueden acarrear problemas ambientales muy serios.

Células Madre y Clonación

Son células no diferenciadas susceptibles de convertirse en células de otros tipos de tejido: células cardíacas, de la piel, etc. De ellas podemos obtener el resto de diferentes células del cuerpo humano, por eso es importante su investigación. Existen diferentes tipos:

• Células madre embrionarias provenientes de embriones excedentes de fertilización in vitro.
• Células madre procedentes de cordón umbilical o de adultos.
• Células madre inducidas que se obtienen de células adultas de la piel (descubiertas por Thomson).

Uso de Virus en Terapia Génica

Los virus tienen una enorme capacidad de infectar a las células introduciendo en ellas su material genético. Si sustituimos el material genético propio del virus por el que necesita la célula, estamos convirtiendo al virus en un estupendo mensajero.

Terapia Génica

Consiste en la inclusión de genes en el cuerpo del paciente con el fin de solucionar alguna deficiencia de su genoma. Un gen normal se inserta en las células del órgano defectuoso para sustituir a un gen que no funciona correctamente. Puede aplicarse in vivo o ex vivo.

Métodos de Aplicación

• In vivo: Se introduce en el paciente el ADN recombinante de dos formas: mediante un liposomas o mediante un virus. En los dos casos, liposomas y virus llevan el gen correcto.
• Ex vivo: Se extraen células del paciente, se cultivan con el ADN recombinante deseado y luego las células modificadas se vuelven a introducir en el paciente.

Esta estrategia sería la solución perfecta, pero puede causar respuestas inmunológicas mortales o inducir cáncer.

Identificación Genética

La técnica se basa en la comparación de regiones de nuestro genoma que son con frecuencia altamente repetitivas y cuya secuencia es muy improbable que coincida en dos individuos, salvo que sean gemelos idénticos. Además, determina la compatibilidad en la donación de órganos.