La ingeniería
genética, también llamada biogenética, es la tecnología del
control y transferencia de ADN de un organismo a otro, lo que
posibilita la creación de nuevas especies, la corrección de defectos
genéticos y la fabricación de numerosos compuestos.
Técnicas
La ingeniería genética
incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las que destacan:
La tecnología del ADN
recombinante;
La secuenciación del
ADN;
La reacción en cadena
de la polimerasa (PCR).
La
tecnología del ADN recombinante
Con la que es posible
aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en
otro.
Si se quieren unir dos
ADNs, cada uno de los cuales procede de una especie diferente podemos utilizar
dichas enzimas como herramientas. Cada ADN se trata con una endonucleasa de
restricción que origina en este caso un corte escalonado en las dos hebras
dobles de ADN. Los extremos escalonados del ADN1 y el ADN2 son complementarios,
con lo cual, una condición que tiene que tener los dos ADNs que se quiere unir
es que tengan un pequeño fragmento igual en sus secuencias. Los dos DNAs así
cortados se mezclan, se calientan y sé enfrían suavemente. Sus extremos
cohesivos se aparearán dando lugar a un nuevo ADN recombinado, con uniones no
covalentes. Las uniones covalentes se consiguen añadiendo ADN ligasa y una
fuente energética para formar los enlaces.
Otra enzima clave para
unir ADNs es la transferencia terminal, que puede adicionar muchos residuos de
desoxirribonucleótidos sucesivos al extremo 3´de las hebras del ADN. De este modo
pueden construirse colas de poli G (nucleótico de guanina) en los extremos 3´
de las dos hebras de ADN dúplex y colas de poli C (nucleótico de citosina) en
los extremos del otro ADN. Como estas colas son complementarias, permitirán que
los dos ADNs se unan por complementariedad. Posteriormente, se forman los
enlaces covalentes por el ADN ligasa.
El ADN vector es el
vehículo de clonación, ya que transporta el inserto de ADN a una molécula
hospedadora, donde puede ser replicado. Los vectores o transportadores más
utilizados son los plásmidos y el ADN del fago lambda.
Plásmidos: Estos son
pequeños ADNs de cadena doble y circular, que se encuentran en el citoplasma de
la mayoría de las bacterias. Cada plásmido contiene varios genes que se
replican, transcriben y traducen independientemente de los genes del cromóforo
bacteriano, pero simultáneamente en el tiempo.
Se pueden unir genes
extraños a los plásmidos con mucha facilidad, y después ser transportados como
pasajeros al interior de las células de E. coli.
ADN del fago lambda.
Es otro vector que puede ser utilizado para introducir genes en bacterias.
Cuando el ADN recombinado del fago lambda, con su gen pasajero, se mezcla con
la cubierta del virus lambda, se producen partículas fágicas infecciosas, si el
tamaño del ADN recombinado no es muy distinto del ADN natural del virus lambda.
Los procesos de
clonación y de aislamiento de estos fragmentos se inician con la construcción
de una biblioteca de ADN o un banco de ADN. Éstas están formadas por todas las
moléculas de plásmidos o fagos recombinantes originados al unir un ADN a un
vector. Las bibliotecas deben cumplir la característica de poder introducirse
en células donde cada recombinante pueda aplicarse in vivo.
La secuenciación del ADN
Técnica que permite
saber el orden o secuencia de los nucleótidos que forman parte de un gen.
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 al
incorporarse un didesoxinucleótido. Se produce un conjunto de cadenas dobles
cuyas longitudes dependen de la situación del didesoxinucleótido incorporado.
Deben prepararse cuatro reacciones de secuenciación, cada una con un didesoxi
distinto. Los fragmentos resultantes se separan por tamaño mediante
electroforesis, se autorradiografía, y la sucesión de bandas de cada una de las
cuatro reacciones, comparándolas entre sí, dan la secuencia del ADN.
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.
La técnica de la PCR
consiste en:
1.
En un tubito se mezcla
el ADN molde, los dos cebadores (oligonucleótidos), los cuatro dNTPs y el
ADN-polimerasa termorresistente.
2.
Se calienta a
94 °C durante 5 min, con lo que se separan las cadenas del ADN molde a
amplificar, generándose las correspondientes cadenas sencillas.
3.
Se baja la temperatura
en torno a los 60 °C, de modo que cada cebador se empareja con el extremo
correspondiente de una de las cadenas del molde. Se dice que ahora tenemos los
moldes cebados.
4.
Se sube la temperatura
hasta 72 °C (la óptima de funcionamiento de la Taq), y se deja durante 5
min, tiempo durante el que se está produciendo la síntesis in vitro de las
cadenas complementarias de cada hebra molde.
5.
Se sube la temperatura
a 94 °C durante 20 segundos, suficientes para separar la cadena recién
sintetizada respecto del molde original.
6.
Las cadenas sencillas
generadas entran ahora en un nuevo ciclo (pasos 1 al 5), y así sucesivamente,
de modo que tras 30-60 ciclos obtenemos una amplificación del ADN original de
millones o miles de millones de veces.
Las aplicaciones de la
ingeniería genética: Son numerosas las aplicaciones prácticas y comerciales de
la estudios de la ingieneria, entre otras cosas, se emplea para organismos
transgénicos.
Experimento de Ingeniería Genética
Un experimento de
Ingeniería Genética podría ser:
1)
Se corta por separado
el ADN del organismo a estudiar y el ADN del vector con la misma restrictasa,
de modo que se generan extremos compatibles entre sí (mutuamente cohesivos).
2)
Se juntan ambos ADN y
se les añade ADN-ligasa: de esta forma, las uniones entre ADN pasajero y ADN
del vector se sellan mediante un enlace covalente, generándose moléculas
híbridas (quiméricas o recombinantes).
3)
Ahora hay que
introducir las moléculas generadas en los organismos huésped. En el caso de
bacterias se recurre a una técnica sencilla denominada transformación, que
permite la entrada del ADN a través de las envueltas del microorganismo.
4)
Finalmente, hay que
localizar las bacterias que han captado el ADN que ha entrado. A menudo este es
el paso más laborioso, pero el hecho de que el vector posea uno o varios genes
de resistencia favorece al menos la eliminación de las bacterias que no han
recibido ADN del vector: basta añadir al medio de cultivo el antibiótico para
el que el vector confiere resistencia. Para localizar los transformantes
recombinantes, muchos vectores incorporan un gen marcador que produce alguna
sustancia coloreada. Si insertamos el gen a aislar dentro de ese marcador, lo
rompemos, por lo que las colonias bacterianas no producirán la sustancia
coloreada, sino que permanecen incoloras o blancas.
5)
El resultado del
experimento es la obtención de al menos una colonia (clon) de bacterias que
portan la combinación buscada de vector con el inserto de ADN pasajero. Se dice
entonces que hemos clonado dicho ADN.
En 1973 los investigadores
Stanley Cohen y Herbert Boyer producen el primer organismo recombinando partes
de su ADN en lo que se considera el comienzo de la ingeniería genética. En 1997
se clona el primer mamífero, la Oveja Dolly.
Actualmente la
Ingeniería Genética está trabajando en la creación de técnicas que permitan
solucionar problemas frecuentes de la humanidad como, por ejemplo, la escasez
de donantes para la urgencia de trasplantes. En este campo se están intentando
realizar cerdos transgénicos que posean órganos compatibles con los del hombre.
El ADN es una base
fundamental de información que poseen todos los organismos vivos, hasta el más
simple y pequeño. Esta información está a su vez dividida en determinada
cantidad espacios llamado loci (plural) o locus (singular); que es donde se
encuentran insertados los genes, que varían dependiendo de la especie. A su
vez, cada gen contiene la información necesaria para que la célula sintetice
una proteína, por lo que el genoma y, en consecuencia, el proteoma, van a ser
los responsables de las características del individuo.
Los genes controlan
todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo, forma,
desarrollo y reproducción. Por ejemplo, una proteína X hará que en el individuo
se manifieste el rasgo de "pelo oscuro", mientras que la proteína Y
determinará el rasgo de "pelo claro".
Vemos entonces que la
carga genética de un determinado organismo no puede ser idéntica a la de otro,
aunque se trate de la misma especie. Sin embargo, debe ser en rasgos generales
similar para que la reproducción se pueda concretar, ya que una de las
propiedades más importantes del ADN, y por la cual se ha dicho que fue posible
la evolución, es la de dividirse y fusionarse con el ADN de otro individuo de la
misma especie para lograr descendencia diversificada.
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