INGENIERÍA GENÉTICA 5 GAATTC 3 3 CTTAAG 5


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1 INGENIERÍA GENÉTICA 1. Fundamentos básicos de la ingeniería genética 2. Desnaturalización e hibridación del ADN 3. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) 4. Nuevas disciplinas surgidas de la ingeniería genética 5. Aplicaciones de la ingeniería genética 1. Fundamentos básicos de la ingeniería genética La ingeniería genética es un conjunto de técnicas que permiten manipular el genoma de un ser vivo. Normalmente, se introducen genes en el genoma de un individuo con diversos fines, obteniéndose, de este modo, seres transgénicos. La base de estas técnicas son las denominadas enzimas de restricción, capaces de cortar el ADN en puntos concretos para separar los segmentos que interesan. Estas enzimas se localizan de forma natural en las bacterias y su función es destruir el ADN de los virus que las parasitan. Así, Escherichia coli, una bacteria muy común, presente en el intestino grueso humano y ampliamente utilizada en investigación, posee una enzima de restricción denominada ECO RI, que corta el ADN que porta la siguiente secuencia: 5 GAATTC 3 3 CTTAAG 5 Esta secuencia se conoce como diana de ECO RI y, tras actuar la enzima, se separa del siguiente modo: 5 G AATTC 3 3 CTTAA G 5 Se generan, de esta forma, los denominados extremos cohesivos. Entre ellos, puede intercalarse un fragmento de ADN de otra procedencia que haya sido cortado también con ECO RI. El ADN resultante del proceso anterior recibe el nombre de ADN recombinante. Se ha formado al integrarse un segmento de ADN en otro ADN diferente. En la producción de ADN recombinante suelen utilizarse plásmidos. Además de su cromosoma circular, las bacterias suelen presentar en su citoplasma pequeñas moléculas de ADN, también circular, los plásmidos, que portan unos pocos genes y son susceptibles de ser intercambiados entre distintas bacterias. 1

2 La existencia de los plásmidos y de las enzimas de restricción hace posible fabricar ADN recombinante portador de genes cuya expresión permite obtener proteínas específicas. Por ejemplo, podemos abrir un plásmido con la ayuda de ECO RI e introducirle el gen de la insulina humana. Si se incorpora de nuevo en la bacteria este plásmido (ADN recombinante ahora) y se favorece su multiplicación, se está logrando una clonación de este gen. Es decir, al multiplicarse repetidamente la bacteria, está replicando también el plásmido recombinante, con lo que se están obteniendo múltiples copias del gen de la insulina. Su posterior expresión producirá gran cantidad de hormona, que, una vez purificada, puede utilizarse como medicamento para ser suministrado a diabéticos. El plásmido ha sido utilizado como vector de clonación, para producir numerosas copias del gen de la insulina con el fin de amplificar la producción de esta hormona. Como vectores de clonación pueden también utilizarse virus bacteriófagos que infectan a las bacterias. Es necesario manipular el genoma vírico, introduciendo en él un fragmento de ADN que interese clonar. La infección vírica de la bacteria llevara a su cromosoma el ADN del virus, junto con el gen introducido en él. 2. Desnaturalización e hibridación del ADN La estabilidad de la doble hélice del ADN desaparece cuando es sometido a un ph superior a 13, o a 100º C de temperatura. Entonces, se rompen los puentes de hidrógeno que unen las bases nitrogenadas de las dos cadenas, y estas se separan. A este proceso se le llama desnaturalización del ADN. La desnaturalización del ADN es reversible. Si las dos cadenas separadas se mantienen a 65º C durante un tiempo prolongado, vuelven a unirse. Se produce una renaturalización o hibridación del ADN. Este hecho puede utilizarse para averiguar el grado de complementariedad entre moléculas de ADN de distinta procedencia. Mezclando moléculas diferentes y procediendo a una desnaturalización y a una renaturalización posterior, pueden conseguirse moléculas híbridas. El porcentaje de hibridación obtenido entre moléculas de ADN distintas, será mayor cuanto más emparentados estén los individuos de los que procede el ácido nucleico (la hibridación entre el ADN humano y el de ratón es del 25%). 2

3 3. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) Otra manera de obtener un clon a partir de un determinado fragmento de ADN es la técnica denominada PCR (Polymerase Chain Reaction). Con ella es posible fabricar (o amplificar), en poco tiempo, millones de copias de una secuencia de ADN. El proceso se desarrolla gracias a la repetición de una serie de ciclos en los que se alternan desnaturalización y replicación de los fragmentos de ADN (ver esquema en la página 269). Cada ciclo incluye tres etapas: -1ª etapa, a 95º C: se desnaturaliza el fragmento de ADN. -2ª etapa, a 50-60º C, anidación de cebadores: se añaden secuencias cebadoras de unos 20 nucleótidos a los flancos de la secuencia a clonar. -3ª etapa, a 72º C: se añade la ADN polimerasa. Inicialmente se utilizó Taq-polimerasa, extraída de la bacteria Termophilus acuaticus, por la Temperatura óptima de actividad de dicha enzima. Con este método, en unas dos horas es posible una gran amplificación de una muestra de ADN. 3

4 4. Nuevas disciplinas surgidas de la ingeniería genética Genómica: parte de la Genética que estudia el genoma completo de un organismo, en sus aspectos estructurales y funcionales. Pretende identificar los genes, así como las interacciones que se producen entre ellos. Proteómica: disciplina cuyo ámbito es el conjunto de proteínas (proteoma) codificado por el genoma de un organismo. Se trata de averiguar cuáles son, qué funciones tienen, como actúan e interactúan entre ellas, etc. De este modo se puede conocer el funcionamiento de la célula y del organismo completo. 4

5 5. Aplicaciones de la ingeniería genética APLICACIONES MÉDICAS Obtención de proteínas para el tratamiento de enfermedades. Del mismo modo que la insulina, pueden producirse otras sustancias de interés como la hormona del crecimiento, EPO (eritropoyetina), factores de coagulación, etc. Obtención de vacunas: componentes de la cubierta externa de seres patógenos. Diagnóstico clínico: localizar en el ADN de una persona genes mutados que induzcan o predispongan el padecimiento de ciertas enfermedades. Terapia génica: la idea es la inserción de la copia correcta de un gen en las células adecuadas de una persona que carezca de dicho gen o cuya copia no sea funcional. Medicina forense: identificación genética de muestras biológicas, para la identificación de víctimas en una catástrofe, de sospechosos a partir de muestras de ADN en la escena de un crimen, identificación de cadáveres en fosas comunes, etc. Animales transgénicos que producen en la leche proteínas de interés farmacológico. También se desarrollan animales de experimentación transgénicos con enfermedades que permitan el estudio de las mismas en modelos vivos. APLICACIONES EN AGRICULTURA Y GANADERÍA La introducción de ciertos genes en plantas o animales persigue obtener seres transgénicos con los siguientes objetivos: Obtención de plantas resistentes a herbicidas. La combinación de la soja transgénica y el herbicida Round Up permite grandes rendimientos agrícolas. Obtención de plantas resistentes a plagas de insectos. Guisantes invulnerables al gorgojo, maíz resistente al taladro o patata resistente al escarabajo. Desarrollar cepas mutantes que proporcionen ventajas al producto. Por ejemplo, tomates de maduración más lenta, que no se estropean tan rápido y permiten su recolección en un estado de maduración más avanzado o soportar largos viajes sin pudrirse. Tomates capaces de crecer en terrenos arruinados por la salinización, sin por ello adquirir gusto salado. Melones de maduración retardada que se conservan 10 días más que los naturales. Clonación de animales con características interesantes para el ganadero. Introducción de genes humanos en animales de experimentación para estudiar el desarrollo de ciertas enfermedades y el efecto de ciertos medicamentos sobre las mismas. 5

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