INGENIERÍA
GENÉTICA
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.
FERMENTACIÓN
INDUSTRIAL
Ha habido dos grandes líneas en la mejora: la ingeniería genética que busca introducir las
características deseadas en el ADN del organismo y las técnicas tradicionales,
mediante tanteo y error en la selección,
consisten en elegir, de entre el ingente número de cepas naturales que hay de
un microorganismo dado, aquellas que sean más rentables para el propósito
específico (una de las mejores muestras industriales de Penicillium, el
microorganismo que produce penicilina. También hay un camino intermedio, que
consiste en aumentar el número de variantes o cepas, mediante la inducción de
mutaciones (rayos UV, rayos X, gas mostaza, lo que sea, ya que la
supervivencia de los mohos trae sin cuidado); evidentemente, el proceso es
aleatorio pero aumenta la probabilidad de lograr un resultado favorable.
El paso del laboratorio a la producción industrial, una vez
obtenida la cepa deseada, es delicado. En los ensayos el cultivo
estuvo en frascos de un litro, y ahora pasa a tanques de 100.000 l. Surgen
nuevos problemas, como el aporte de los mejores nutrientes, la
prevención de la contaminación y el control de las condiciones
óptimas de fermentación (especialmente aerobiosis o anaerobiosis, temperatura, contaminación biológica y enfermedades, pH,
etc.). Y las soluciones no
pueden ser sólo ajustar todo ello a las mejores condiciones de crecimiento del
organismo, sino que se han de tener en cuenta factores de rentabilidad económica,
con un análisis de coste-beneficio. Por ejemplo: evitar el envejecimiento del
cultivo, se procede a vaciar el tanque por completo y desechar los
microorganismos cada cierto tiempo, sustituyéndolos por otros nuevos. Evidentemente,
acompañado de la esterilización de los recipientes industriales.
Completado el proceso de fermentación, el tanque está lleno de
un espeso caldo de células, nutrientes no consumidos, productos y desechos. Hay
que proceder, por tanto a la purificación. De poco habrán valido los esfuerzos
anteriores, y obtener una cepa de muy alto rendimiento, si alguna sustancia
interfiere con el producto y lo degrada antes de recolectarlo, o si hace muy
cara su purificación. Etc. En muchos casos hay que romper las células para
liberar el producto, lo que complica enormemente la tarea. Sin embargo, al
nivel de investigación es posible obtener la sustancia
deseada unida a un fragmento proteínico, que puede servir para que la bacteria
o el moho la excreten al exterior; falta trasladarlo al ámbito industrial. Este
es un campo en plena efervescencia, donde es frecuente que a diario lleguen
nuevos métodos a los despachos científicos y a las industrias de la mano de agentes deventa comerciales.
Biotecnología y
su incidencia en diversas enfermedades
Muchas enfermedades víricas no
cuentan aún con vacuna eficaz, y la biotecnología es la principal esperanza
contra ellas. Entre las más notables están, hepatitis (en sus diferentes
variantes), gripe, herpes simple,
parotiditis, sarampión, resfriado común y varicela. Las técnicas habituales, de
inocular el virus en animales de laboratorio, purificarlos y dañarlos antes de
inyectarlos a humanos no funcionan bien con éstas y con muchas otras. La
alternativa es clonar alguna proteína vírica adecuada; con éste método se han obtenido buenas vacunas contra
las hepatitis A y B.
Con tales metodologías, también es de esperar una sustancial
mejora en la seguridad de las vacunas existentes que emplean
virus completos atenuado, lo que siempre comporta un riesgo.
Pero hay una enfermedad vírica muy especial, el sida.
Del VIH se sabe ya
su estructura genética, y se investigan diversas proteínas como diana para
vacunas.
Los virus no son los patógenos que más muertes causan, sino los
protozoos. Además, éstos, inducen una pésima calidad de vida en
los enfermos, que habitualmente viven en países tropicales, del Tercer Mundo.
Así, el mayor beneficio que la
biotecnología aportaría a la humanidad sería mitigar esa plaga. Entre tales
males destaca la malaria. Aunque había retrocedido gracias al empleo de
sustancias terapéuticas contra Plasmodium e insecticidas contra los vectores, hoy en dia a la enfermedad esta resurgiendo debido a
las resistencias que van apareciendo. El problema que presenta la vacuna es la
enorme capacidad que tiene Plasmodium de mutar sus antígenos, lo que inutiliza
tanto las defensas naturales como las artificiales. La línea que suscita más
entusiasmo (y controversia) es la vacuna de M. Patarroyo, que parece ser eficaz
en algunos de los casos. Además de la malaria, también están los tripanosomas,
con la enfermedad del sueño (T. gambianun y T. senegalense) y el mal de Chagas
(T. cruzi), ambas mortales a menos que sean tratadas. Otros tripanosomas causan
graves pérdidas ganaderas. Pese a su capacidad de mutar, se cuenta con
sustancias biotecnológicas eficaces, aunque todavía en cantidad insuficiente.
La lehismaniosis, causada por Lehismania donovani. La enfermedad puede revestir
muchas formas, usualmente leves, aunque el kala-azar es mortal. No existe
vacuna eficaz; el tratamiento, con compuestos a base de antimonio, tiene
efectos secundarios indeseables, pero el uso de liposomas dirigidos con
anticuerpos monoclonales da un gran resultado: por un lado hace más eficaz al
fármaco, y por otro permite reducir las dosis y, por consiguiente, los efectos
secundarios.
El tratamiento de enfermedades bacterianas también puede quedar
sometido a avances biotecnológicos, como en el caso de la lepra, una enfermedad
en auge actualmente, y que ya comienza a dar síntomas de resistencia a la
dapsona, el fármaco que constituye la base del cualquier tratamiento eficaz.
ADN pegajoso y diagnóstico médico
Es evidente la importancia de un
diagnóstico rápido para un correcto tratamiento de unA enfermedad. Los
anticuerpos monoclonales son el instrumento actualmente más desarrollado. Pero
hay un método que puede ser más eficaz. Se trata de sondas de ADN que puedan
adherirse por complementariedad a determinadas regiones de otro ADN. De este
modo, además de diagnosticar, se podrían identificar estructuras genéticas
de cualquier tipo, detectar defectos genéticos, elegir órganos adecuados para
donación, mejorar semillas o ganado, etc. Se trataría de un método miles de
veces más sensible que los actuales, pero también más rápido y barato.
La técnica fundamental para la rápida elaboración de tantas
sondas de ADN como se necesiten, a un precio asequible,
es la PCR. Consiste en la amplificación selectiva de un fragmento de ADN a
partir de un molde bicatenario, unos fragmentos cebadores, nucleótidos y una
ADN-polimerasa especial, resistente a altas temperaturas. Consiste la técnica
en calentar la disolución que contiene el molde bicatenario, de modo que se
desnaturalice; posteriormente se rebaja la temperatura para que los cebadores
se unan a los extremos de las cadenas simples; posteriormente se sube la
temperatura para que la polimerasa se active y cada cadena simple constituya
una cadena doble; finalizado lo cual se vuelve a subir la temperatura para que
las cadenas dobles recién constituidas se desnaturalicen y se conviertan en
cadenas simples para reiniciar el ciclo. Gracias a la PCR se ha logrado clonar
un fragmento de ADN de un insecto atrapado en ámbar con una antigüedad de
150.000.000 años.
Hormonas y
proteínas
La ingeniería centra su atención
en tres tipos de sustancias: las que ya contamos con una fuente de producción,
pero que se busca abaratar o mejorar la producción; las de reconocido valor
médico pero cuya producción es aún insuficiente para la demanda; las que quizá puedan ser útiles pero se ha de contar
con cantidades mayores previamente, para poder ensayarlas. Entre las hormonas
polipeptídicas encontramos ejemplos paradigmáticos de los tres casos insulina, hormona del crecimiento y
factor de crecimiento nervioso, respectivamente. Y las deficiencias a la
hora de sintetizar hormonas polipeptídicas están entre las enfermedades
hereditarias más comunes que afectan a la población.
Las endorfinas, como agentes analgésicos, podrían ser más
seguras y útiles que las drogas de
origen vegetal que se emplean contra el dolor.
Entre las hormonas esteroides, se emplean microorganismos como
parte del proceso de obtención, logrando que el producto final cortisona,
estradiol, testosterona, etc. sea más barato y seguro.
De la misma manera la albúmina (usada en operaciones quirúrgicas
y en el tratamiento de golpes y quemaduras) y varios factores de coagulación
sanguínea son objetivos biotecnológicos declarados.
Enfermedades hereditarias
Cada persona porta, como promedio, casi una docena de genes
defectuosos, habitualmente silenciosos. Pero pueden manifestarse como
enfermedad genética (siempre si son dominantes como la Corea de Huntington, en
homocigosis si son recesivos como la fibrosis quística y en los machos si están
ligadas al sexo como la distrofia muscular de Duchenne). Se conocen dos
centenares de problemas hereditarios más o menos comunes. A veces la
biotecnología puede aportar los enzimas que faltan, bien directamente el
producto, bien el gen para que sea el cuerpo quien fabrique lo necesario
(terapia de sustitución génica). En este último caso, el obstáculo mayor es, no
la inserción del gen, sino que se someta a un mecanismo de control de su
expresión que sea adecuado. El primer intento con cierto éxito se llevó a cabo
en 1990.
Pruebas genéticas
predictivas
La implantación de pruebas
predictivas para individuos sanos es aún tema muy controvertido. La mayor parte
de las paradojas éticas proceden precisamente de la novedad que supone
predecirle a un individuo, con años de conocimiento, una probabilidad mayor o
menor a sufrir una enfermedad. Si la enfermedad en cuestión es incurable e
inhabilitante, esa información puede ser más peligrosa que el mismo factor
genético de riesgo, pudiendo ser psicológicamente devastadora para el
individuo.
Actualmente existen tests predicativos para enfermedades
monogénicas de manifestación tardía como la corea de Huntington, Alzheimer
hereditario, poliquistosis renal, hemocromatosis y cáncer hereditario de
ovario.
Pronto se podrán realizar pruebas de susceptibilidad a
enfermedades multifactoriales. Si esto es así, será un poderoso factor de cambio en la
práctica clínica, ya que pasaríamos de tratar simplemente los síntomas del
enfermo a intentar prevenir la enfermedad en las personas con susceptibilidad
genética. Un primer problema es cómo va a entender la persona que ha hecho la
consulta un resultado probabilístico para una situación en la que intervienen
otros factores genéticos y ambientales.
Es difícil prever qué efectos tendría la introducción de pruebas
predictivas para enfermedades más o menos comunes, pero necesitamos un período
de reflexión y debate, ya que estamos ante una tecnología con una gran
potencialidad de cambiar el modo en que pensamos la salud y la enfermedad,
nuestra manera de hacer planes para el futuro, de hacer elecciones
reproductoras, etc. Otro tema esencial será garantizar la no discriminación y
la intimidad genética.
Conclusión
Como conclusión las aplicaciones
de la biotecnología son muy amplias, cual es su limite es muy incierto, ya que
cada dia se van descubriendo nuevas técnicas para diversas áreas que como ya
mencione van desde la medicina hasta la industrias de todo tipo.
La biotecnología es la nueva revolución industrial, que ha
demostrado su gran importancia en nuestra vida apartir de por ejemplo la
curación de enfermedades, fabricación de fármacos, industria de todo rubro,
etc.
Gracias a ella y a su rama mas poderosa la ingeniería genética
podemos hoy en dia identificar a un individuo apartir de su patrón genético,
este es un uso exclusivo en la criminología, pruebas de paternidad mediante un
examen sanguíneo, identificación de enfermedades a contraer a futuro como
diabetes, cáncer, etc. esta es la llamada prueba de análisis polimorfico de
fragmentos de restricción PLFR, tiene una gran incidencia en la elaboración del
mapa genomico humano. Otra técnica prometedora es YAC que se basa en la
fabricación de genes artificiales.
La utilización de sondas que son secuencias de ADN marcada
radiactivamente, función que cumplen es la de identificar defectos genéticos,
elegir órganos adecuados en caso de transplantes, etc.
Los proyectos mas conocidos y debatidos son los : Proyecto
genoma humano y la utilización de células madre como terapia genética , sus
frutos son muchos y sus expectativas muy amplias, no tienen un final , estamos
ante la futura medicina genómica que reenlazará a la medicina convencional
surgiendo la terminología "enfermos aun no pacientes" ya que no será
necesario por ejemplo una operación o esperar a que una enfermedad se
manifieste, si mediante exámenes y técnicas , inyección, fármacos se puede
erradicar la enfermedad, incluso en el caso de muerte celular de tejidos
importantes para nuestro organismo o defectos en ellos que como en la
actualidad se usa los transplantes, en un futuro no serán necesario solo la
implantación de células madres generadoras de tejido especializado lo curaran.
Una interrogante que queda en el aire,
¿ No le estaremos dando la razón a Hitler?,
fue él el primero en implantar la idea de la raza perfecta, (no hay que olvidar
que tuvo un proyecto denominado" Los hijos de Hitler") Su pensamiento no
fue tan siniestro como en un principio se suscito, ya que esta es justamente
una de las razones de debate ético y moral con
respecto a los alcances de la biotecnología que es la selección de futuros
individuos por características fenotipicas especiales y genéticas, en lo que se
refiere a realizar abortos "terapéuticos" con el fin de no dar
oportunidad de nacer a bebes defectuoso que en un futuro podrían generar una
enfermedad.
Pero aun así la biotecnología es nuestra esperanza futura de
vida en la erradicación de enfermedades.
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