La

I ngeniería genética

es la tecnología del control y transferencia de ADN de un organismo a otro, lo que posibilita la corrección de los defectos genéticos y la creación de nuevas cepas (microorganismos), variedades (plantas) y razas (animales) para una obtención más eficiente de sus productos La transferencia de forma artificial se realiza mediante la técnica del ADN recombinante

.

A ésta se han ido sumando otras técnicas tales como el uso de las enzimas de restricción, el PCR, la transferencia por vectores y otros.

FRAGMENTACIÓN DE ADN

Se basa en la capacidad de ciertas bacterias que contienen enzimas llamadas

Endonucleasas de restricción

que cortan el ADN por sitios específicos que reconocen, obteniéndose fragmentos de restricción. Para que se puedan unir después los fragmentos de ADN extraño y el ADN que se utilizará como vector, se han de cortar ambos con la misma enzima. Comparando dichos fragmentos, se construyen los mapas de restricción, los cuales se usan para comparar genomas de especies diferentes y establecer cambios evolutivos así como para detectar mutaciones cromosómicas como delecciones e inserciones.

REACCIÓN DE CADENA DE POLIMERASA (PRC)

Mediante la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR en inglés) se pueden obtener grandes cantidades de ADN que permiten diferentes análisis, a partir de cantidades mínimas. Se basa en el proceso de replicación del ADN, para ello se utilizan unos oligonucleótidos que se han de diseñar como cebadores que inician la replicación "in vitro". La replicación se repite multitud de veces duplicando en cada ciclo la cantidad de ADN obtenido.

Esta síntesis artificial de ADN se ha de realizar a altas temperaturas para que las dos cadenas de ADN no se enrollen entre sí, lo cual puede realizarse gracias a una enzima ADN polimerasa llamada TAQ, obtenida de una bacteria termófila.

Esta técnica tiene múltiples utilidades: realizar pruebas de paternidad o averiguar la autoría de un delito; diagnosticar enfermedades hereditarias antes del nacimiento, analizar restos de tejidos en huesos para hacer estudios filogenéticos; realizar secuenciaciones de genomas Figura : Clonación de ADN por la reacción en cadena de la polimerasa

TRANSFORMACIÓN CON VECTORES

La transformación de bacterias con ADN extraño se produce en muy pocas células (baja eficacia) en condiciones de laboratorio. Por ello, se emplean vectores genéticos que funcionan como taxistas que transportan a un cliente el ADN recombinante.

Los vectores más usados son: 1. Plásmido (fragmento extra de ADN bicatenario circular de unos 4,3 kb, que existe en algunas especies de bacterias).

2. Cósmido (similar al plásmido pero de mayor longitud, unos 40 kb).

3. Virus vector ( en este caso el ADN extraño que se quiere transferir se incorpora al ADN vírico y funciona como ADN recombinante).

Si la introducción de ADN extraño se realiza en células eucariotas no reproductoras se denomina al proceso transfección .

Si la introducción se realiza en células reproductoras de plantas y animales, la alteración génica va a estar presente en todas células del cuerpo, en este caso se habla de transgénesis

ANÁLISIS DE ADN

La técnica se llama

Southern blot

. Se utilizan sondas de DNAc (moléculas de DNA marcadas con radioactividad y con una secuencia conocida) para identificar qué bandas del gel contienen secuencias complementarias a la de la sonda

.

Este proyecto de investigación tuvo como objetivo averiguar la secuenciación completa de nucleótidos de los 23 pares de cromosomas humanos, para conocer la composición química exacta de todos los genes (genoma) y su ubicación en cada uno de los cromosomas, así como toda la información adicional extra no codificante y estudiar su función.

En junio del año 2001 se presenta una primera aproximación de la secuencia completa, descubriéndose que tenemos muchos menos genes (unos 30.000) de los inicialmente previstos (100.000).

Ubicación de algunas enfermedades genéticas conocidas en el mapa genético humano

La industria farmacéutica produce actualmente toda una gama de sustancias que obtiene de microorganismos como son: sustancias antimicrobianas (sobre todo antibióticos de diversos tipos), vacunas, vitaminas, hormonas peptídicas (como la insulina, la hormona del crecimiento o somatotropina), factores hipotalámicos (como la somatostatina) y enzimas.

Figura: Síntesis de la somatostatina en

Escherichia coli

POLIMORFISMOS

Un polimorfismo es una variación en la secuencia de un lugar determinado del ADN población.

entre los individuos de una Aquellos polimorfismos que afectan a la secuencia codificante o reguladora y que producen cambios importantes en la estructura de la proteína o en el mecanismo de regulación de la expresión, pueden traducirse en diferentes fenotipos (por ejemplo, el color de la piel).

Un polimorfismo puede consistir en la sustitución de una simple base nitrogenada (por ejemplo, la sustitución de una adenina por una citosina ) o puede ser más complicado (por ejemplo, la repetición de una secuencia determinada de ADN, donde un porcentaje de individuos tenga un determinado número de copias de una determinada secuencia.

Los cambios poco frecuentes en la secuencia de bases en el ADN no se llaman polimorfismos, sino más bien mutaciones . Para que verdaderamente pueda considerarse un polimorfismo, la variación debe aparecer al menos en el 1% de la población.

Secuencias polimórficas.- Son secuencias de ADN que, normalmente, no codifican para un producto génico, se distribuyen de forma más o menos aleatoria a lo largo del genoma y presentan como característica singular el hecho de ser polimórficas. Existen técnicas de Ingeniería genética ( Diagnóstico molecular) que se valen de estudiar las secuencias polimórficas de un genoma , como por ejemplo el polimorfismo del tamaño de los fragmentos de restricción (RFLP).- y el polimorfismo de repetición.

TERAPIA GÉNICA

La terapia genética es una técnica experimental que utiliza los genes para tratar o prevenir enfermedades. La forma más común de terapia genética incluye la inserción de un gen normal para sustituir a uno anormal. Otros tipos incluyen: •Intercambio de un gen anormal por uno normal •Reparación de un gen anormal •Alteración del grado en el que se active o se desactive un gen

Las vacunas contienen un agente patógeno causante de una enfermedad infecciosa, pero o está muerto o está atenuado (son cepas muy poco virulentas). También se puede vacunar con subunidades del patógeno, éstas pueden hoy día fabricarse mediante ingeniería genética en gran cantidad. Las subunidades son proteínas con poder antigénico. Así, se ha conseguido obtener la vacuna de la hepatitis B mediante la tecnología del ADN recombinante. El gen de la subunidad proteica del virus de la hepatitis fue introducido en la bacteria Escherichia coli y en la levadura Saccharomyces cerevisiae, las cuales produjeron en cultivo la proteína del virus.

En el esclarecimiento de un crimen puede ser crucial la prueba que aporte el biólogo forense al determinar la huella genética del criminal a partir de un resto de saliva en un cigarrillo (contiene células de la mucosa bucal), una mancha de sangre (leucocitos), restos de semen (espermatozoides) o un simple pelo (células del folículo piloso). La técnica que se aplica es la del perfilado del ADN o prueba del ADN . Se basa en la presencia de regiones en el material genético no codificante que se denominan minisatélites , y que contienen muchas repeticiones en tándem de una pequeña secuencia de nucleótidos. Para su detección se utilizan sondas génicas (oligonucleótidos marcados con átomos radiactivos), de modo que cada sonda detecta un minisatélite. Estos minisatélites son de diferente longitud en cada persona puesto que el número de repeticiones en tándem es variable.

Estas técnicas también pueden utilizarse para realizar pruebas de paternidad y para identificar a personas desaparecidas de las que se tengan sus huesos; esto ocurrió con los restos óseos de los miembros de la familia del último zar de Rusia asesinados por los bolcheviques.

Clonación:

El proceso por el que se consiguen copias idénticas de un organismo ya desarrollado, de forma asexual.

Tipos de Clonación:

Partición (fisión) de embriones tempranos

: Los individuos son muy semejantes entre sí, pero diferentes a sus padres. Es preferible emplear la expresión gemelación artificial, y no debe considerarse como clonación en sentido estricto. Ocurre naturalmente en plantas e invertebrados.

Clonación verdadera :

T ransferencia de núcleos de células de individuos ya nacidos a óvulos o zigotos enucleados. Se originan individuos casi idénticos entre sí (salvo mutaciones somáticas) y muy parecidos al donante (del que se diferencian en mutaciones somáticas y en el genoma mitocondrial, que procede del óvulo receptor).

Paraclonación:

T ransferencia de núcleos procedentes de blastómeros embrionarios o de células fetales en cultivo a óvulos no fecundados enucleados y a veces, a zigotos enucleados. El “progenitor” de los clones es el embrión o feto .

Posible usos de los diversos tipos de Clonación

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Terapias para enfermedades mitocondriales Tejidos humanizados y Organos para Xenotransplantes Transgénicos (Producción de Medicamentos) Producción ganadera Salvar especies de la extinción Clonación reproductiva Clonación terapéutica

Células Madre

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También llamadas Troncales, Estaminales o Stem Cells

•

Son Células capaces de: Generar como descendencia Células hijas especializadas en algún tipo tisular

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Autorrenovarse en el tiempo

Tipos de Células Madre.-

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Embrionales: son aquellas que forman parte de la masa celular interna de un días de edad. Éstas son pluripotentes

.

embrión de 4-5 Adultas: son células que se encuentra en tejidos u órganos que puede renovarse y pueden diferenciarse para producir todos o algunos de los principales tipos de células especializadas de tejidos u órganos.

Posible aplicación de las Células Madre Embrionales para Terapias

Investigación Biomédica

: mecanismos de funcionamiento de los sistemas orgánicos en patologías.

Diseño de Nuevos Medicamentos Terapias Celulares para Alzheimer, Parkinson y Enfermedades Neurodegenerativas

Ingeniería de Tejidos

Fenómeno de Transdiferenciación:

Plasticidad de las células madre de adultos que permite que las células precursoras de un linaje, en condiciones determinadas, den origen a células de otros linajes.

Algunos linajes de las Células Madre Adultas:

Cordón Umbilical dan Hematopoyéticas

Hematopoyéticas dan linajes sanguíneos e inmunitarios como glóbulos rojos, plaquetas y glóbulos blancos Estroma de la Médula ósea dan tejidos mesenquimáticos como hueso, cartílago, músculo, ligamento, tendón y tejido adiposo Sistema Nervioso Central dan neuronas, astrocitos, oligodendrocitos, microglía y astroglía.

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La

Ingeniería Tisular

constituye un conjunto de conocimientos, técnicas y métodos de base biotecnológica que permiten diseñar y generar en el laboratorio sustitutos tisulares, tejidos artificiales de origen heterólogo o autólogo a partir de células madre y biomateriales. La

Medicina Regenerativa

es un campo interdisciplinario emergente de investigación y aplicaciones clínicas centrado en la reparación, reemplazo o regeneración de células, tejidos u órganos para restaurar una función dañada por cualquier causa, incluyendo defectos congénitos, trauma y envejecimiento. Ella utiliza una combinación de varios procedimientos tecnológicos que van más allá del trasplante tradicional y las terapias sustitutivas.