BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

La biotecnología consiste en el aprovechamiento de sistemas biológicos naturales para obtener productos de utilidad para el ser humano. No se trata de una técnica nueva; desde hace siglos se vienen realizando cruces selectivos en plantas y animales para conseguir un determinado fenotipo o se han utilizado las propiedades bioquímicas de los microorganismos para obtener alimentos.  Primero que nada hay que diferenciar dos términos la biotecnología que es la utilización de microorganismos para la producción de un respectivo producto y la ingeniería genética no es otra cosa que introducir información genética nueva en un organismo para dotarlo de capacidades que antes no tenía para su posterior reproducción obteniendo sustratos modificados para un respectivo uso o función. Para ello hay diversos procedimientos, no sólo uno. Pero podemos afirmar que toda aplicación biotecnológica de la ingeniería genética consta de cuatro operaciones principales: obtención del gen en cuestión; introducción del mismo en el organismo elegido; su inducción para que elabore su proteína; y, al acabar, la recogida del producto.Una molécula de ADN contiene miles de genes. No se posee técnica alguna que nos permita distinguir entre uno y otro. Por tanto, el aislar al gen debe partir de su producto. El más inmediato es el ARNm. Se seleccionan aquellas células en las que el gen se exprese en mayor cuantía, y de ellas se aísla el correspondiente ARNm. Existen diferentes métodos que permiten efectuarlo. Se convierte la información almacenada en el ARNm en un fragmento de ADN. Utilizando las transcriptasas inversas de los virus. Una vez efectuado, se emplean ADN polimerasas para convertir el filamento sencillo de ADN en un segmento de doble hélice. A éste se le denomina ADN copia o complementario (ADNc) y es el objetivo final de la primera etapa. Una vez conseguido el ADNc correspondiente, se introduce en un plásmido. Normalmente se usa uno que confiera resistencia a un determinado antibiótico. Las enzimas que catalizan tal proceso son las enzimas de reducción, cada una con capacidad para reconocer una secuencia específica de bases en el ADN. Una de sus propiedades es de desfase de cuatro bases los filamentos del plasmidio en un mismo punto. Así quedan extremos "pegajosos", en los que se puede unir el ADNc. La posterior acción de una ligasa asegura dicha conexión y hace que la molécula recombinante sea estable.Se introduce el plásmido recombinante en la bacteria. El hospedador más frecuente es Escherichia coli. Si bien es cierto que no todas las bacterias resultan infectadas, solo algunas. También es posible que no todos los plásmidos insertados contengan una copia del ADNc. Pero algunas células, tal vez muchas, sí que portarán el recombinante adecuado. Una vez en el interior de la célula bacteriana, el plásmido (trozo de material extracromosomal con la característica de transferir resistencia a un medio o sustancia determinada) se reproduce (mediante conjugación bacteriana), y con él el ADNc. Cuando la bacteria se divide, lega copias a las dos bacterias hijas, aunque también es posible que sólo una se quede con todas. De entre todas las bacterias, se identifica cuales portan plásmido recombinante. Se adiciona un respectivo antibiótico o antibióticos ante el que el plasmidio insertado confiere resistencia. Las bacterias con plásmidos recombinantes, algunas portarán un ADNc que no es el del gen buscado. Mediante anticuerpos marcados radiactivamente se identifica que las cepas producen la proteína deseada. El gen se debe expresar en el microorganismo. Aquí aparece una dificultad: el control génico en procariotas es muy diferente del de eucariotas: un gen eucariota incluye tanto intrones (secuencias no codificantes, presumiblemente reguladoras) como exones (segmentos codificantes) en su ARNm; así, las secuencias reguladoras no serían entendidas como tales por la bacteria, que las transcribiría tal y como, resultando una proteína inadecuada. Por ello, el ARNm que se debe usar es ARNm maduro. También se suelen insertar, con él, secuencias de control bacteriano que indiquen que el microorganismo ha de expresar la proteína que sigue a dicha secuencia, de manera ininterrumpida. Algunas bacterias tienen modos de exportar sustancias al exterior a través de sus cubiertas, y así se puede inducir a que lo hagan con los productos recombinantes. Pero a veces hay que lisar (romper) la bacteria y extraer, de entre la enorme mezcla química que es su contenido plasmático, la proteína adecuada. La ingeniería genética resultó profundamente modificada con el descubrimiento de la estructura de los genes eucariotas, a base de intrones y exones. Así, fragmentando el ADNc en varios trozos y reempalmándolo al azar, es posible construir proteínas completamente inéditas. El análisis de dichas proteínas es hoy relativamente sencillo, una máquina secuencia una proteína en pocos días puede hacer, hay otra maquina que fabrica genes trabando eslabones de ADN en un orden específico; y actúan a una velocidad de 20 nucleótidos a la hora. Se fabrico de modo artificial, el gen de la hormona del crecimiento, el cual consta de 584 pares de bases. Esto es especialmente útil si tenemos en cuenta que lo que se obtiene de una ARNm, pese a que sea maduro, no son versiones fisiológicas de las proteínas, sino más bien precursores de las mismas, los cuales han de perder aún algún fragmento; la utilidad del mismo suele ser señal transportadora, zona protectora, etc. Así, el secuenciador artificial de genes, a partir de los datos obtenidos por el secuenciador de proteínas, es la máquina que permite fabricar genes artificiales; al insertarlos en los microorganismos, producen, sin más, la proteína. Otra alternativa, es emplear microorganismos eucariotas, como Saccharomyces cereviseae (una levadura). Así, la principal utilidad de las máquinas secuenciadoras de genes, mientras se superan inconvenientes de velocidad, es la fabricación de pequeñas porciones de ADN complementario del de ciertos virus, que luego puede ser empleado como sonda para la detección del agente infeccioso en muestras diagnósticas de tejidos, etc. Esos mismos fragmentos pueden bloquear, uniéndose al ADN vírico, su expresión, por lo que constituirían medicamentos. Una utilidad de la ingeniería genética es el empleo de enzimas en lugares, y para propósitos, muy diferentes. Así, un producto biológico puede aparecer en un detergente, en un proceso industrial metalúrgico, etc. Pero muchos de los enzimas tienen el inconveniente de desnaturalizarse en condiciones relativamente duras. La ingeniería genética permitirá modificarlos para lograr versiones más resistentes, más adecuadas a las condiciones químicas, térmicas, de pH, etc, en las que va a actuar en la industria. Para conseguirlo, una de las técnicas más útiles es la mutagénesis puntual dirigida. Si bien es cierto que con ella todavía no se ha conseguido mejorar significativamente ninguna enzima industrial, sí que se han logrado claros éxitos de laboratorio como mutar un gen en un punto específico, de modo que la proteína difiera ligeramente de su versión natural. La mutagénesis puntual dirigida consiste en lo siguiente. Se separan los dos filamentos de la doble hélice de ADN. Con ayuda de un secuenciador de ADN se prepara un cebador (un corto fragmento de ADN, complementario de un trozo de la cadena que codifica la proteína a alterar, salvo que contienen una sustitución específica). Como son casi complementarias, ambas cadenas encajan sin que la variación les moleste en lo más mínimo. El resto de la secuencia del gen natural se elaborará mediante acción enzimática natural a partir del cebador. La doble hélice resultante contiene un filamento natural y otro mutado. Se inserta en una bacteria. Cuando la bacteria se divide, produce una hija normal y otra portadora de la mutación dirigida. Luego, sólo separa, mediante técnicas de purificación, la variante artificial de la proteína de su versión natural.         En la actualidad, gracias a la manipulación genética de las bacterias, se han podido obtener sustancias químicas de interés para el ser humano, proteínas que se usan como vacunas o drogas para curar determinadas enfermedades.         La ingeniería genética es una rama de la biotecnología que consiste en modificar las características hereditarias de un organismo en un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético. Suele utilizarse para conseguir que determinados microorganismos como bacterias o virus, aumenten la síntesis de compuestos, formen compuestos nuevos, o se adapten a medios diferentes. Además, tiene otras aplicaciones muy importantes para los seres humanos y abre un futuro de inmensas posibilidades aunque no exento de prevenciones. Tres son las grandes áreas de aplicación de la ingeniería genética: §         Obtención de productos biológicos: Genes humanos pueden ser introducidos en bacterias para que éstas produzcan enormes cantidades de una determinada sustancia. Por ejemplo, algunas hormonas, como la insulina o la hormona del crecimiento, usadas para el tratamiento de enfermedades.   §         Mejora animal y vegetal en ganadería y agricultura: Genes manipulados pueden ser introducidos en animales y plantas para así modificar algunos de sus productos, hacerlos resistentes a enfermedades, insecticidas o herbicidas.   §         Terapia génica: consiste en la aportación de un gen funcionante a las células que carecen de esta función, con el fin de corregir una alteración genética o enfermedad adquirida. La terapia génica se divide en dos categorías. La primera es la alteración de las células germinales, lo que origina un cambio permanente de todo el organismo y generaciones posteriores. El segundo tipo de terapia génica, terapia somática celular, es análoga a un trasplante de órgano. En este caso, uno o más tejidos específicos son objeto, mediante tratamiento directo o extirpación del tejido, de la adición de un gen o genes terapéuticos en el laboratorio, junto a la reposición de las células tratadas en el paciente. Se han iniciado diversos ensayos clínicos de terapia genética somática celular destinados al tratamiento de cánceres o enfermedades sanguíneas, hepáticas, o pulmonares. La ingeniería genética consiste en la manipulación del ácido desoxirribonucleico, o ADN. En este proceso son muy importantes las llamadas enzimas de restricción producidas por varias especies bacterianas. Las enzimas de restricción son capaces de reconocer una secuencia determinada de la cadena de unidades químicas (bases de nucleótidos) que forman la molécula de ADN, y romperla en dicha localización. Los fragmentos de ADN así obtenidos se pueden unir utilizando otras enzimas llamadas ligasas. Por lo tanto, las enzimas de restricción y las ligasas permiten romper y reunir de nuevo los fragmentos de ADN. También son importantes en la manipulación del ADN los llamados vectores, partes de ADN que se pueden autorreplicar (generar copias de ellos mismos) con independencia del ADN de la célula huésped donde crecen. Estos vectores permiten obtener múltiples copias de un fragmento específico de ADN, lo que hace de ellos un recurso útil para producir cantidades suficientes de material con el que trabajar. El proceso de transformación de un fragmento de ADN en un vector se denomina clonación, ya que se producen copias múltiples de un fragmento específico de ADN. Otra forma de obtener muchas copias idénticas de una parte determinada de ADN es la reacción en cadena de la polimerasa, de reciente descubrimiento. Este método es rápido y evita la clonación de ADN en un vector.