27 Respuesta(s) a este Tema

[Ge. Pe.]

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Por considerarlo de mucho interés para Alumnos, Pedagogos y Público en general, hemos decidido publicar aca el Capítulo Biotecnología del Proyecto Biosfera.

Una iniciativa extraordinaria y digna de los mayores elogios. Por mi parte, no me canso de admirarme y elogiarla.

Todos los contenidos de dicho Proyecto son LIBRES y se pueden bajar para ser grabados en DVD, ojala los bajen y asi los pueden utilizar en sus salas, o donde dispongan de Computadoras. No solo es útil para los alumnos, sino también para los Pedagogos que siempre tienen tan poco tiempo para ver y visitar tantas paginas de la red.

© Ministerio de Educación y Ciencia (España) - 2007 - NIPO 651-07-273-3

El proyecto Biosfera consta de unidades didácticas multimedia interactivas, herramientas y recursos para las materias de Biología y Geología en la Enseñanza Secundaria Obligatoria y el Bachillerato, que aprovechan las ventajas que ofrecen el ordenador e Internet.

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INDICE DE CONTENIDOS


1.- Biotecnología

2.- Clonación
ADN recombinante
Clonación acelular
Organismos genéticamente modificados

3.- Aplicaciones de la Biotecnología
Agricultura y ganadería
Medicina
Industria
Fabricación artesanal de la cerveza
Medio ambiente

4.- Bioética

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INTRODUCCIÓN

BIOTECNOLOGÍA

Desde la Antigüedad, el Hombre ha utilizado los recursos naturales para conseguir alimento y sanar sus dolencias.

Primero buscó y seleccionó los mejores animales de producción, por ejemplo a las gallinas más ponedoras, y también las semillas de las mejores plantas.

Posteriormente, con ayuda de una industria muy rudimentaria, se eligieron los mejores ingredientes para elaborar alimentos, como pan, queso, vino o cerveza.

A lo largo de los siglos las técnicas de búsqueda y selección se han basado en cruzar las distintas variedades de las especies seleccionadas. Estos métodos han generado resultados unas veces buenos y otras veces desastrosos.


En la actualidad la técnica de selección ha cambiado de forma radical. Ahora se puede manipular la información genética para conseguir el beneficio esperado.

No sólo se ha buscado mejorar los alimentos. También se ha indagado para encontrar los mejores remedios para dolencias y enfermedades. Por ejemplo, la dedalera (Digitalis purpurea) contiene altas cantidades de digitalina, sustancia que modifica el ritmo cardiaco. Antiguamente se utilizaba una infusión de esta planta para mejorar el estado de ánimo.

Es difícil en ocasiones obtener grandes cantidades de fármacos de forma natural. Gracias a la tecnología actual tenemos a nuestro alcance, además, otras sustancias que permiten curar o paliar muchas enfermedades.

Estudia esta unidad con atención. Te servirá para tener una idea más amplia sobre las aplicaciones de los conocimientos sobre Biología para conseguir beneficios de todo tipo. Visita los vínculos que aparecen en verde y fíjate en las animaciones y las imágenes. Algunas de ellas presentan texto adicional cuando pasas el ratón por encima de ellas. Realiza todas las actividades y después prueba a ver lo que debes repasar cuando hayas realizado la autoevaluación.

Mª Rosa Leva López

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BIOTECNOLOGÍA ¿QUÉ ES?

La Biotecnología es una disciplina que engloba conocimientos de microbiología, bioquímica, genética molecular, ingeniería industrial, inmunología, farmacología, ciencias medioambientales e informática. Estos conocimientos se aplican para transformar una sustancia en un producto de interés. Esta transformación se realiza por la acción de un ser vivo.

Aunque el término Biotecnología es moderno, desde tiempos inmemoriales se usan seres vivos para lograr productos a partir de una materia prima. Un ejemplo de estos usos es la obtención de cerveza a partir de cereales utilizando levaduras desde antes del año 6.000 a.C.

Con la aplicación de la Biotecnología no sólo se persigue la obtención de alimentos elaborados. También se consiguen medicamentos, mejora de especies vegetales y animales, regeneración de medio ambiente dañado e, incluso, proteínas humanas que ayudan a paliar enfermedades como anemia, enanismo o diabetes. La consecución de estos logros se está llevando a cabo gracias a la aparición de las técnicas de ingeniería genética.

Ingeniería genética

Desde siempre, los humanos han intentado mejorar la producción de un alimento, tanto por la calidad como por la cantidad. Por ello, se han seleccionado razas o variedades de distintas especies. Estos individuos se han cruzado de forma inducida con el fin obtener buenos resultados. ¡Los resultados de estos cruzamientos no han sido siempre tan buenos como se esperaban!

La selección y el cruzamiento de estos individuos ha consistido realmente en la selección y combinación de informaciones genéticas.

Los espectaculares avances conseguidos actualmente en este proceso de selección se debe en gran parte a la capacidad tecnológica para poder modificar el ADN de los seres vivos.

La Genética molecular ha sido la pieza central de los estudios de Biología desde que James Watson y Francis Crick dieron a conocer la estructura del ADN.



A partir de 1970 se desarrolla un conjunto de técnicas que se denomina Ingeniería genética y que consiste en manipular el ADN, obtener fragmentos del mismo, secuenciarlos e identificar los genes del genoma de un individuo, modificar su secuencia e, incluso, introducir nuevos genes en el genoma de un ser vivo, obteniendo con ello una nueva variedad biológica con nuevas características.

Actividad de investigación:

El Proyecto GENOMA

http://recursos.cnic...invesgenoma.htm


Actividad 1

(Preguntas sobre el tema)

http://recursos.cnic...idades/act1.htm


Les damos las paginas para facilitarles la ubicacion, en lo sucesivo solo nos remitiremos a los contenidos

CONCEPTO DE CLONACIÓN

El proceso de clonación está encaminado a la obtención de un clon. Un clon es un conjunto de elementos genéticamente iguales. Todos los elementos del clon son iguales entre sí e iguales al elemento precursor. La palabra clon también se utiliza para denominar a cada uno de los elementos genéticamente iguales. Cada uno es un clon de los otros, es decir, son clónicos entre sí. Los elementos del clon pueden ser moléculas, células u organismos completos.


Hay que entender que la clonación es un proceso natural, ya que, por ejemplo, las células somáticas pertenecientes a un mismo tejido son células clónicas. Incluso, los hermanos gemelos univitelinos son un clon.

El proceso de clonación es importante en Biotecnología, debido a la capacidad que ofrece para multiplicar moléculas de ADN o ARN, células e, incluso, individuos completos. Así, podemos distinguir distintos tipos de clonación, atendiendo a la finalidad perseguida:

Clonación de ADN o ARN mediante la técnica de clonación acelular (PCR), o la de clonación celular.

Se utiliza para aumentar el número de moléculas de ácido nucleico que se utilizan en una investigación.


Clonación de células

No hay que confundirla con la clonación celular. En este proceso se pueden clonar células aisladas o tejidos u órganos. Puede utilizarse para terapias génicas, por ejemplo, en enfermos diabéticos.

Clonación de organismos completos, tanto plantas como animales

Se suele utilizar en procesos de mejora genética de especies.
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Actividad 2

http://recursos.cnic...idades/act2.htm

Actividad 3
(se inicia cliqueando el Numero que aparece en el crucigrama)

http://recursos.cnic...idades/act3.htm
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ADN RECOMBINANTE O CLONACIÓN CELULAR

La técnica del ADN recombinante se utiliza en estudios sobre la regulación de la expresión génica, en la regulación de la producción comercial de síntesis de proteínas como la Insulina o la hormona del crecimiento, en el desarrollo de organismos transgénicos y en la amplificación del ADN, es decir, en obtener un gran número de copias de un gen determinado. En este último caso, existe una técnica mejor, denominada con las siglas PCR.

La técnica consiste en introducir el gen seleccionado en el interior de un vector y éste, a su vez, dentro de una célula, denominada célula anfitriona. Aprovechando la maquinaria celular, el gen se expresa, sintetizándose así la proteína codificada en el gen. Además, al dividirse la célula, las nuevas células formadas contienen ese gen que también sintetizan esa proteína. Se genera un grupo celular que contiene un genoma distinto.

Las etapas en la producción de ADN recombinante son las siguientes:

1.- Preparación de la secuencia del ADN para su clonación

2.- Preparación de un vector de clonación

3.- Formación del ADN recombinante

4.- Introducción del ADN recombinante en una célula anfitriona

5.- Propagación del cultivo

6.- Detección y selección de clones recombinantes

1.- Preparación de la secuencia del ADN para su clonación

Es la parte esencial del proceso, ya que el ADN debe separarse y concentrarse.

* Partimos de células con núcleo, que deben ser lisadas (rotas).

* Las proteínas estructurales, enzimas, ARN y restos moleculares deben separarse del ADN.

* El ADN obtenido se concentra y se fragmenta por acción de las enzimas de restricción.

* Se aísla el ADN que se desea clonar, por ejemplo, mediante cromatografía líquida o por centrifugación.

* Si el ADN debe expresarse hay que añadir los segmentos reguladores de la expresión génica.

2.- Preparación de un vector de clonación

El vector es el portador de la secuencia de ADN que se desea clonar. Un vector debe presentar las siguientes características:

* Una pequeña secuencia de ADN fácil de aislar, como, por ejemplo, un plásmido.

* Contener distintos puntos de ataque a enzimas de restricción y que sean conocidos.

* Poder ser incluido en la célula anfitriona con facilidad.

* Replicarse de forma independiente al ADN de la célula anfitriona.

* Poseer un gen marcador con el que puedan identificarse y seleccionar las células clonadas. Un ejemplo de marcador puede ser la resistencia a un antibiótico. .


Las etapas del proceso consisten en:

* Cortar el vector con enzimas de restricción, las mismas enzimas que se utilizaron para cortar el ADN que se quiere insertar.

* Unir el vector y el ADN que se va a clonar mediante los llamados extremos cohesivos, o pegajosos, o escalonados.

* Una vez que el ADN ha sido introducido en el vector se denomina ADN inserto, o simplemente, inserto.

* Los tipos de vectores que se utilizan suelen ser plásmidos, virus como el fago l, cromosomas creados de forma artificial y quimeras.

3.- Formación del ADN recombinante

En esta etapa se produce la unión covalente del vector y el ADN inserto mediante una ligasa. Así se realiza el sellado de la llamada Mella, Muesca o Nick.

4.- Introducción del ADN recombinante en la célula anfitriona

Para la clonación (replicación del ADN recombinante) se necesita la maquinaria celular. Por ello, hay que introducir el ADN recombinante en una célula anfitriona.

Los tipos de células anfitrionas son:

* Células bacterianas: son las más utilizadas, ya que tienen una alta velocidad de replicación, un bajo coste de mantenimiento de las colonias y son fácilmente manipulables.

* Células eucariotas: aunque las células eucariotas son, en general, difíciles de mantener se usan levaduras y células tumorales:

- Levaduras: se utilizan en procesos relacionados con la investigación de la expresión y la regulación génica y la síntesis de proteínas eucariotas.

- Células tumorales: apropiadas en procesos de clonación, ya que la velocidad de replicación es muy alta y se mantienen los caracteres sin producirse cambios, pues son muy estables.

Los métodos para la introducción del ADN recombinante facilitan la entrada de grandes fragmentos de ADN, puesto que la membrana celular es selectiva y no permitiría la penetración de grandes moléculas.

Ampliación sobre los métodos de introducción de ADN recombinante

AMPLIACIÓN DE CONTENIDOS

MÉTODOS UTILIZADOS PARA LA INTRODUCCIÓN DE ADN RECOMBIANTE

Estos métodos son físicos o químicos. Los más empleados son los siguientes:

Transformación: es un tratamiento fisico-químico para bacterias. Se produce una variación de la permeabilidad de la membrana. En ese momento se dice que la célula es competente, ya que pueden penetrar los ADN recombinantes en el interior celular. Las células se hacen competentes cuando en un cultivo celular a 0ºC, con presencia de Ca++, se produce un brusco cambio de temperatura, llegando a 37º-43ºC.

Microinyección: método físico activo en el que se introduce el ADN recombinante en el interior celular con una micropipeta. Este método es utilizado cuando existe la necesidad de asegurarse que se ha introducido el ADN. Debido a la laboriosidad del proceso, sólo es utilizado sobre ovocitos o cigotos. Por contra, puede prescindirse del vector e introducir directamente el ADN seleccionado.

Lipofección: El ADN recombinante se introduce en liposomas, que son pequeñas vesículas fosfolipídicas. Estos liposomas se unen con la membrana celular y el ADN contenido en su interior se introduce en la célula.

Electroporación: método físico activo en el que una solución con células y ADN recombinante es sometida a descargas eléctricas de alto voltaje. Esto altera la permeabilidad de la membrana, permitiendo la entrada del ADN recombinante.

Transfección: método físico activo de gran eficacia, donde el vector es un virus. El virus introduce el ADN recombinante mediante el mecanismo normal de infección viral.

Microproyección o biobalística: método físico activo en el que se utiliza una micropistola que dispara microbalas de acero en las que va impregnado el ADN. Se utiliza sobre suspensiones celulares, cultivos celulares o "in vivo" sobre órganos como piel, hojas, etc.

¡Cuando hayas estudiado la página de ampliación de contenidos puedes repasar con ayuda de la actividad 4!

Actividad 4

http://recursos.cnic...idades/act4.htm

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5.- Propagación del cultivo

Se induce la división de células anfitrionas, de forma que se producen también copias de ADN recombinante y, por ello, la clonación. Primero se efectúa una siembra en placas Petri con agar como medio de cultivo. Se dejan crecer las colonias. Cada una de ellas será seleccionada y transferida a distintos medios líquidos, donde seguirá aumentando el número de individuos de la colonia.

6.- Detección y selección de los clones recombinantes

En los procesos de clonación se utiliza un gran número de células. Al final del proceso se hace necesario separar las células que contienen ADN recombinante de las que no lo contienen.

La detección y la selección de colonias se realiza en los medios de cultivo. En los procesos de clonación se obtienen células anfitrionas que no han incluido el vector, células recombinantes, es decir, que han incluido el vector con el ADN para recombinar, y células anfitrionas con vector que no lleva el ADN inserto.

Los métodos para detectar y seleccionar son:

Método de hibridación: se utiliza una sonda marcada que hibrida con el ADN recombinante o con el ARN mensajero que se transcribe a partir de él.

Método inmunológico: se detecta la proteína codificada en el ADN recombinante mediante anticuerpos específicos.

Métodos genéticos: que, a su vez, pueden ser:

* Inserción del vector y el ADN recombinante en un gen de la célula anfitriona que queda desactivado. Por ejemplo, si la colonia no produce enzima lactasa, es que el ADN recombinante se encuentra dentro del ADN bacteriano en ese gen.

* Vector con genes de resistencia a un antibiótico: en el medio se agrega el antibiótico y sólo crecerá aquella colonia que sea resistente a él, por tanto, que porte el ADN.

* Colonias con defectos nutricionales: se utilizan células anfitrionas mutantes que no puedan sintetizar, por ejemplo, un aminoácido. Para que la colonia sobreviva, el aminoácido debe ser añadido al medio de cultivo. Empleando un vector que lleve el gen correcto para la síntesis de dicho aminoácido, haciendo crecer las colonias celulares en medios carentes de él sólo crecerán las bacterias que lleven el ADN inserto.

Actividad 5

http://recursos.cnic...idades/act5.htm


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Hay excelentes muy bonitoy y muy didacticos recursos de multimedia, se los dejo aca













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[Ge. Pe.]

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LA CLONACIÓN ACELULAR. PCR.

La clonación acelular o amplificación del ADN es un tipo de clonación de moléculas de ADN o ARN sin la intervención de una célula. Mediante esta técnica se amplifica un gen o fragmento de ADN, es decir, que se produce un gran número de copias. También puede realizarse una amplificación de ARN utilizando un ADN complementario de ARN. Para este proceso se necesita la acción de la enzima transcriptasa inversa.

La amplificación se hace por la técnica de la Reacción en Cadena de la Polimerasa o PCR (Polimerase Chaine Reaction). Las aplicaciones de esta técnica son, por ejemplo, la clonación de ADN, la detección de secuencias sin purificar, la búsqueda de mutaciones, el diagnóstico de enfermedades, estudios evolutivos, resolución de problemas forenses, etc.

El método es sencillo, fiable y rápido. Para que se produzca la amplificación, en la mezcla de reacción deben encontrarse los siguientes componentes:

• Fragmento de ADN que se desea amplificar. Puede provenir de distintos órganos, o de extracto de tejidos, o de sangre, o de mezcla de distintos fragmentos de ADN, etc.

• Los cuatro tipos de desoxirribonucleótidos.

• Dos oligonucleótidos de cadena sencilla que actuarán como cebadores.

• Una ADN-polimerasa termoestable, ya que debe actuar a altas temperaturas (unos 75º C) y debe mantener su estructura estable a temperaturas de 95º C.

La amplificación dura unas dos horas y es un proceso cíclico ( entre 20 y 40 ciclos). Cada ciclo dura entre un minuto y medio y cinco minutos. Cuantos más ciclos se realicen, más se amplificará el ADN.


Cada ciclo consta de tres etapas que son:

• Desnaturalización: consiste en separar las dos hebras de ADN. Para ello, esta etapa se realiza a una temperatura superior a la temperatura de fusión. Es una fase corta, que dura entre 30 y 120 segundos.

• Hibridación, o templado: se induce a un enfriamiento brusco de la mezcla, lo que genera la unión de los cebadores con las hebras de ADN. Esta fase dura entre 10 y 120 segundos y se realiza a una temperatura entre 37 y 65ºC.

• Replicación, o elongación, o polimerización: es la fase en la que el ADN se amplifica. Dura entre uno y tres segundos, a una temperatura de unos 75º C. La replicación de esa secuencia se realiza en sentido 5' → 3'. Termina cuando lee toda la hebra molde, o hasta que empieza el siguiente ciclo.




Actividad de laboratorio: Rendimiento de la PCR: Ver -->

http://recursos.cnic...c/ampliapcr.htm



Actividad de investigación: ¿Qué es una genoteca? Ver -->

http://recursos.cnic...vesgenoteca.htm

Actividad 6. Ver -->

http://recursos.cnic...idades/act6.htm


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Recursos multimedias:








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[Ge. Pe.]

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Un trabajo notable que merece ser estudiado... entren a los enlaces, son excelentes
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ORGANISMOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS

La Comunidad Europea define a los organismos modificados genéticamente como los organismos cuyo ADN ha sido modificado de forma no natural (ni por reproducción, ni por mutación), mediante técnicas de ingeniería genética.

Los organismos genéticamente modificados se crean introduciendo uno o más genes, pertenecientes a otros seres, o quitando uno o más genes, pertenecientes al organismo. Estos organismos son conocidos vulgarmente con el sobrenombre de transgénicos. Sin embargo, organismo transgénico es una clase específica de organismo genéticamente modificado.
Los organismos transgénicos están genéticamente modificados, pero con genes pertenecientes a otros organismos muy distintos a ellos (distinta especie). Por ejemplo, un organismo genéticamente modificado podría ser una rata con genes de otra rata. Un organismo transgénico sería una merluza modificada con genes de un salmón.

Los organismos genéticamente modificados han sido desarrollados para facilitar la mejora animal y vegetal, ya que acortan los tiempos de espera en la depuración de la especie por selección de individuos. También, se ha investigado en su desarrollo con otro fin distinto, el de crear organismos que, de otro modo no se formarían en la Naturaleza, como por ejemplo permitir la incorporación de ADN de otra especie.


Las aplicaciones de los organismos genéticamente modificados son muy variadas. Se pueden destacar las siguientes:

En investigación: para el estudio de la expresión de genes y la creación de genotecas.

En medicina: para la obtención de fármacos o proteínas cuya síntesis es difícil conseguir "in vitro". También, para la obtención de tejidos u órganos, o la reparación de anomalías genéticas en humanos.

En agricultura y ganadería: para la mejora (no de forma tradicional) de plantas y animales.

En la industria alimentaria: para la mejora de procesos biotecnológicos de elaboración de alimentos (pan, vino, cerveza, yogur, etc.) y para la creación de alimentos nuevos.

La creación y utilización de organismos genéticamente modificados tiene muchas trabas legales, debido al rechazo social existente. Los alimentos manufacturados a partir de este tipo de organismos sólo se acepta para el consumo humano si no queda proteína o ADN del organismo genéticamente modificado. Si esto no se cumple, debe ponerlo en la etiqueta. Por ejemplo, en la fabricación del pan utilizamos levadura. Cuando el pan se cuece la levadura queda destruida. Esa levadura destruida puede ser natural o genéticamente modificada, pero nunca lo sabremos.

ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN

¿Tú que piensas?

Introducción

Sobre los organismos genéticamente modificados aparecen posturas muy enfrentadas. En un lado se encuentran científicos, agencias gubernamentales e industrias. En el otro lado se encuentran grupos ecologistas, muchos medios de comunicación de masas y el público en general.

Descripción de la tarea

Te proponemos una tarea de investigación, utilizando como herramienta la información que se puede obtener a través de Internet. Debes descubrir:

Ventajas de estos organismos a nivel farmacológico, de producción y productividad industrial.

¿Cómo afecta su uso contra las plagas?

Controles que deben pasar.

¿Se modifica el valor nutricional?

¿Afectan a la Biodiversidad?

Procedimiento

Busca en las direcciones que te recomendamos la información requerida. Elabora un informe, con un procesador de textos, en el que se recojan las respuestas. Después, dirige un debate entre las dos posturas que se pueden encontrar en tu clase frente a estos organismos genéticamente modificados. Recoge los argumentos más sólidos que utilicen ambas partes. Elabora posteriormente un informe con esos argumentos y atrévete a decir tú lo que piensas. ¡Seguro que ese informe se puede poner en una columna del periódico de tu Instituto!

Recursos

Te recomendamos las siguientes direcciones para recoger información sobre el tema:

Pros y contras

El vago

Fracaso

Opinión

Papas transgénicas

Puntos de vista

Consumo

Recuerda que las direcciones que recomendamos pueden haber cambiado, por lo que es posible que necesites utilizar un buscador para encontrar la información que deseas. Utiliza palabras clave, como transgénico, organismo genéticamente modificado, etc.

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Actividad 7

http://recursos.cnic...idades/act7.htm


Actividad 7 Bis

http://recursos.cnic.../clonhumano.htm

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LA BIOTECNOLOGÍA EN LA AGRICULTURA Y LA GANADERÍA

Desde que el Hombre reunió rebaños y sembró vegetales para su alimentación ha estado buscando los mejores animales y vegetales para su producción. Ha cruzado individuos con distintas características para intentar crear descendientes mejores que sus antecesores. Sin embargo, estos cruzamientos no aseguran un resultado positivo. Mediante la biotecnología se pueden seleccionar genes concretos e introducirlos en una célula, obteniendo un organismo nuevo al que llamamos organismo genéticamente modificado, que poseerá las características que le hemos insertado.

Agricultura

En agricultura estas técnicas pueden constituir toda una revolución, ya que las células vegetales son fácilmente manipulables. Los genes seleccionados se introducen en la célula vegetal mediante microinyección o biobalística. Se induce la división celular y, en poco tiempo, podemos tener un nuevo plantón, un organismo genéticamente modificado. Con este sistema se han obtenido interesantes variedades, como por ejemplo:

Transgénicos de maíz:

Variedad resistente a las heladas: se ha introducido un gen perteneciente a la platija ártica (¡es un pez!), con lo que consigue soportar temperaturas extremas.

Variedad resistente al taladro del maíz: se ha introducido el gen de una toxina bacteriana que provoca la muerte en la larva de la especie de insecto que provoca el taladro del maíz.

Variedad resistente a herbicidas: se ha introducido un gen bacteriano que permite a la planta degradar el herbicida.

Transgénicos de la patata: se añaden genes de amaranta a la patata, con lo que ésta puede formar proteínas ricas en aminoácidos esenciales. Así aumenta el valor nutritivo de la patata.

Transgénicos de arroz: se añade un gen precursor del b-caroteno para obtener vitamina A.


Con estas variedades y con otras muchas podrían combatirse casos de hambruna endémica en distintas zonas del Planeta.

Ganadería

La creación de animales transgénicos es un proceso más complicado que con vegetales. Las células animales no son totipotentes, por lo que hay que recurrir a un óvulo o a células embrionarias. Los mejores resultados se han obtenido con peces, como el salmón, la carpa y la lubina. A individuos de estas especies se les ha añadido el gen de la hormona del crecimiento, lo que produce un aumento de tamaño del pez en muy poco tiempo. En el salmón se ha introducido otro gen, "el anticongelante". Así puede ser criado en aguas muy frías.

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Actividad 8:

http://recursos.cnic...idades/act8.htm
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BIOTECNOLOGÍA Y MEDICINA

Hasta épocas recientes, los medicamentos han sido extraídos de vegetales mediante técnicas y procedimientos que han servido de base de trabajo para la industria farmacéutica. Con esta antigua biotecnología se identificó gran cantidad de extractos vegetales que permitían paliar distintas dolencias. Se utilizaban decantadores o alambiques en los que se destilaban esencias vegetales. Por ejemplo, en las dolencias leves se tomaba una infusión de corteza de abedul. Ahora conocemos que en la corteza de este árbol se acumula Ácido Acetil Salicílico.

Desde que Fleming, en 1929, descubrió la penicilina, se han utilizado muchos microorganismos, aparte de Penicillium notatum. Las cepas de microorganismos productores se han ido seleccionando y, en la actualidad, pueden crearse nuevas cepas, gracias a la Ingeniería genética. No sólo se producen antibióticos, también vacunas y otros medicamentos, como antifúngicos o algicidas.

La clonación ha permitido avances muy importantes en el campo de la Medicina. Estos avances se han producido en la prevención y el diagnóstico de enfermedades, identificando genes mutados que provocan diversas enfermedades, como por ejemplo, el gen relacionado con el enfisema pulmonar. También se ha avanzado mucho en el tratamiento de enfermedades.


La prevención y el diagnóstico se corresponden con la investigación clínica, siendo necesario técnicas de clonación y creación de sondas de ADN. El tratamiento requiere, en muchas ocasiones, la creación de organismos genéticamente modificados.

La industria farmacéutica invierte gran cantidad de recursos en la obtención de bacterias, levadura o mohos genéticamente modificados, capaces de producir antibióticos u otro tipo de moléculas.

En 1978 se consiguió introducir en la bacteria Escherichia coli el gen que codifica para la síntesis de la insulina. Esta bacteria produce Insulina humana, comercializada con el nombre de Humulina. Al administrarse al paciente diabético no provoca problemas de rechazo, tal y como ocurría anteriormente con la inyección de insulina animal.

En 1985 se introdujo, también en la bacteria Escherichia coli, el gen que produce la hormona del crecimiento (Somatotropina). Los problemas que ocasionaban los anteriores tratamientos, como la transmisión de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (encefalopatía espongiforme humana), son ya Historia.

En otros trabajos se han creado vacas u ovejas genéticamente modificadas, que producen enzimas humanas (granjas farmacéuticas). Éste es el caso de la producción de la enzima a-I-Antitripsina, cuya carencia provoca el enfisema pulmonar hereditario. El gen que codifica esta enzima se introdujo en un cigoto de oveja, junto con el promotor del gen que codifica las proteínas de la leche. Posteriormente, el cigoto fue implantado en una oveja receptora (madre). La oveja transgénica, ya adulta, produjo en su leche gran cantidad de antitripsina. Esta enzima se aísla del resto de componentes de la leche, por centrifugación, electroforesis o cromatografia. Una vez separada, se inocula en el paciente.

También se utilizan organismos genéticamente modificados para obtener tejidos compatibles con los humanos. Estos tejidos animales son utilizados en los xenotrasplantes.

Los últimos avances de estas técnicas corresponden a la terapia génica. Desde 1990 se han desarrollado técnicas de modificación genética, trabajando con las células de los propios pacientes. Estas terapias son individualizadas. Se puede reemplazar, sustituir, inhibir o introducir un gen, dependiendo de cada paciente.

* La inserción génica consiste en introducir una copia del gen normal para que sustituya al gen mutante no activo, del enfermo.

* Con la cirugía génica se extrae el gen defectuoso o se repara.

* La supresión dirigida de células específicas consiste en introducir un gen que induzca la muerte de esas células o la respuesta inmune contra ellas.

* En la inhibición dirigida de la expresión génica se silencia un gen que produce una proteína perniciosa. Para ello, se actúa sobre el ARN mensajero, haciendo que hibride con una sonda específica. Así, el ARN mensajero no se expresa y la proteína no se produce.

Una de las primeras terapias génicas fue la realizada en los pacientes con deficiencia de ADA (niños burbuja). Esta deficiencia provoca la acumulación de Adenosina, que produce la inviabilidad de los linfocitos y degenera en una inmunodeficiencia completa. Para corregir esta deficiencia, en el laboratorio se añade a las células madre de linfocito el gen y, posteriormente, se introducen en el torrente sanguíneo del paciente. Se ha observado que después de la terapia génica el paciente es capaz de formar linfocitos normales.

En la actualidad, estas técnicas pueden aplicarse en los casos donde se cumplan las siguientes características:

* Que sean enfermedades monogénicas, es decir, sólo afectan a un gen.

* Que el gen afectado provoque una falta en la función de la célula.

* Que el gen se exprese siempre y no dependa de una expresión modulada en función de las señales celulares.

* Que el daño se produzca en un determinado tejido o tipo celular y no en todos.

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Actividad de investigación: Terapia génica

Introducción

Algunas enfermedades se desarrollan como consecuencia de una alteración genética. Estas enfermedades tienen difícil curación, pero actualmente existe una técnica que crea nuevas expectativas. Es la terapia génica.

Descripción de la tarea

Te proponemos una tarea de investigación, utilizando como herramienta la información que se puede obtener a través de Internet. Debes descubrir:

¿Qué es la terapia génica?

¿Qué estrategias se utilizan en la aplicación de la terapia génica?

¿Qué riesgo existe en el transplante de genes?

Procedimiento

Busca en las direcciones que te recomendamos la información requerida. Escoge alguna enfermedad que pueda tratarse con terapia génica. Haz un breve comentario sobre la enfermedad escogida, utilizando un procesador de textos. Indaga sobre la utilidad de la terapia génica de esta enfermedad, buscando información en Internet. Explica del modo más sencillo el método usado para curar esa enfermedad con esta innovadora terapia.

Recursos

Te recomendamos las siguientes direcciones para recoger información sobre el tema:

Antitripsina

Informe

Otro informe

Profesor Lacadena

Diabetes juvenil

Diccionario

Burbuja

Curación

Leucemia

Recuerda que las direcciones que recomendamos pueden haber cambiado, por lo que es posible que necesites utilizar un buscador para encontrar la información que deseas. Utiliza palabras clave, como terapia génica, ingeniería genética, transplante de genes.

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Actividad 9:

http://recursos.cnic...idades/act9.htm


Actividad 9 Bis

http://recursos.cnic...invitro/fiv.htm

Contiene un vídeo


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Abedules


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[Ge. Pe.]

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Seguimos
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BIOTECNOLOGÍA E INDUSTRIA ALIMENTARIA

Una de las industrias que más recursos invierte en Biotecnología es la industria alimentaria. Mediante biotecnología se elaboran alimentos, aditivos, colorantes, vitaminas, etc. Todo ello se produce por la acción de microorganismos sobre una materia prima. Los microorganismos más utilizados son las levaduras y las bacterias. Las levaduras más frecuentes pertenecen a los géneros Saccharomyces, Candida y Kluyveromyces. Las bacterias más representativas son de los géneros Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus y Acetobacter . Todos los microorganismos utilizados pertenecen a cepas industriales. Estas cepas de microorganismos suelen ser objeto de patente, como Saccharomyces carlsbergensis, del Instituto Carlsberg, en Dinamarca.

Muchas de estas cepas están modificadas genéticamente, con el fin de mejorar su producción y aumentar las ganancias de la industria. En la mayoría de los procesos biotecnológicos de producción de alimentos los microorganismos transforman la materia prima en un proceso metabólico denominado fermentación.


La fermentación es un proceso catabólico, mediante el que se oxida materia rica en glúcidos (a veces prótidos), produciendo moléculas más pequeñas y generando energía para el organismo que la realiza. Se pueden destacar varios tipos de fermentaciones, como son la fermentación alcohólica, la fermentación láctica y la, mal llamada, fermentación acética, pues desde el punto de vista bioquímico, no es una auténtica fermentación, sino una oxidación incompleta de materia orgánica (interviene oxígeno en el proceso).

Las fermentaciones se realizan en tanques especiales, llamados fermentadores, si se cultivan cepas microbianas, o biorreactores, si se trata de células vegetales o animales.

El fermentador es un tanque en el que se pone en contacto la cepa microbiana con la materia prima que se va a fermentar. Pueden ser fermentadores de flujo continuo o discontinuo. En los de flujo continuo, como por ejemplo, en la elaboración de vinagre, el producto es retirado constantemente. En los fermentadores de flujo discontinuo, que es el sistema más utilizado, debe cargarse de materia prima. Seguidamente, es transformada y después se retira el producto del tanque de fermentación. Por ello, la acción fermentativa de los microorganismos se interrumpe en los momentos de llenado y vaciado del tanque.

Fermentador de flujo continuo

Fermentador de flujo discontinuo

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ACTIVIDADES DE LABORATORIO

Fabricación de yogur

http://recursos.cnic.../ampliaogur.htm



Fabricación de pan

http://recursos.cnic...c/ampliapan.htm

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Actividad 10 (preguntas por ejemplo:)

1.- En la Industria alimentaria, el proceso biotecnológico más utilizado es:

a) La síntesis de moléculas.
b) La Fermentación.
c) La oxidación.
d) La formación de ácidos.

http://recursos.cnic...dades/act10.htm

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[Ge. Pe.]

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BIOTECNOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE. BIORREMEDIACIÓN

La contaminación del medio ambiente se produce de forma natural, por emisiones de gases o sólidos de los volcanes. La actividad vital de los organismos del planeta también supone la emisión de gases (CO2) o sustancias líquidas o sólidas que se acumulan en el medio que les rodea.

De forma natural muchos microorganismos descomponen restos orgánicos que producimos otros seres vivos.

El ser humano, como organismo vivo, produce alteraciones en el medio ambiente por el simple hecho de vivir. Además, la actividad industrial supone una alteración mucho mayor. El problema de la aglomeración urbana y la acumulación de residuos sólidos, líquidos o gaseosos supone un problema aún más grave, tanto que el propio ecosistema parece incapaz de rectificar esas alteraciones.

La biorremediación consiste en recuperar el medio ambiente contaminado mediante la Biotecnología. Existen microorganismos capaces de captar y fijar metales pesados. Otros permiten recuperar un suelo o aguas contaminadas.


Depuración de aguas residuales

Las aguas residuales generadas en las poblaciones urbanas deben regresar al medio ambiente, ya sea a través del cauce de un río, un lago o el mar. Estas aguas no deben provocar una contaminación en estos ecosistemas. Por ello, el agua residual se trata en plantas de depuración de agua para rebajar la cantidad de contaminantes.

El sistema para la depuración del agua se divide en varias fases:

Tratamiento primario: engloba una fase de pretratamiento de agua y una depuración primaria en un decantador. Se retiran del agua grandes sólidos (trapos, maderas, piezas de coche, escombros) mediante una filtración por rejillas. Se separan del agua las grasas y se corrige el pH para permitir un posterior ataque de microorganismos a la materia disuelta en ella. En un decantador de grandes dimensiones se recogen los sólidos, donde precipitan en el fondo, generando lodos que serán conducidos a un digestor.

Tratamiento secundario: también llamado depuración secundaria. Se elimina la materia orgánica por acción de microorganismos. Este tratamiento es aerobio y se comprueba su efectividad midiendo la cantidad de oxígeno consumido por los microorganismos en la oxidación de la materia orgánica. A medida que disminuye la cantidad de materia orgánica del agua, también disminuye el consumo de oxígeno.


El agua que sale de este tratamiento entra en el tanque de decantación en el que, por sedimentación, se depositan en el fondo materiales inorgánicos y orgánicos insolubles. Una vez que sale el agua de este tanque en el que permanece, al menos dos días, ha perdido el 95% de la materia orgánica que llevaba dispersa. Después se vierte el agua al medio ambiente.

Los restos depositados en el tanque de decantación se trasladan a los digestores de cieno (lodo), donde las bacterias fermentadoras y bacterias metanógenas, en un ambiente anaerobio, producen el denominado biogás, que puede utilizarse como fuente de energía.

Los sólidos depositados en el digestor de lodos se retiran periódicamente y, después de eliminarse la mayor parte de los microorganismos, son utilizados como abono agrícola.




Vertidos de petróleo

Otro problema grave de contaminación del medio ambiente por la actividad humana es el producido por el vertido de petróleo o sus derivados. Algunas bacterias y mohos son capaces de degradar de forma natural los hidrocarburos. Estos microorganismos pueden utilizarse para limpiar fondos marinos, playas o agua. Sin embargo, estos microorganismos son seres vivos, por lo que necesitan unas determinadas condiciones de vida. La variación en la temperatura del agua, las corrientes marinas, las diferencias de concentraciones salinas del mar o la necesidad de nutrientes concretos son factores limitantes para su desarrollo.

En los laboratorios de clonación se intenta crear cepas que puedan trabajar a temperaturas muy bajas o que sus necesidades nutricionales se adapten al medio marino en el que van a desarrollar.



Residuos generados por explotaciones mineras

La explotación minera provoca grandes problemas de contaminación del suelo o de aguas subterráneas por metales pesados. También existen microorganismos y plantas que, de forma natural, son capaces de acumular o transformar estos metales pesados, recuperando el medio ambiente dañado. El problema de algunos de estos microorganismos consiste en que necesitan oxígeno para llevar a cabo su metabolismo, por lo que hay que bombear oxígeno al suelo para poder descontaminarlo.

En los laboratorios de clonación se está trabajando con cepas descontaminadoras, que puedan concentrar metales pesados o que aceleren el ritmo de descontaminación. Entre las plantas con actividad fitorremediadora se encuentran las crucíferas del género Brassica, capaces de acumular metales pesados y arsénico. Estas plantas son objeto de estudio y selección en los laboratorios de clonación.

Actividad 11 (Preguntas)

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biotec/actividades/act11.htm

BIOTECNOLOGÍA Y BIOÉTICA

En 1971, V. R. Potter utilizó por primera vez la palabra bioética. A ella se refirió como el diálogo entre la cultura científica y la humanística. En la bioética se unen los valores éticos de la Sociedad y los hechos biológicos conseguidos por los científicos. Aunque la ciencia es imparable, en 1974 se acordó la interrupción de los trabajos realizados con ADN recombinante. Fue la primera respuesta bioética. Con esta interrupción los científicos se plantearon hasta dónde podían o querían llegar en el estudio con el ADN. En 1975 se convocó la Conferencia de Asilomar. En ella se pusieron las bases para el trabajo de la manipulación genética.

Día a día, la Ciencia y la Tecnología avanzan y se adelantan a las normas jurídicas. Una vez conseguido un avance científico, su aplicación es inmediata. La Sociedad, a través de los medios de información, examina ese avance y lo critica, lo apoya o lo rechaza. Sin embargo, en Biotecnología, ¿se puede (o se debe) actuar así? Al crear un organismo transgénico se introduce un gen que no ha coevolucionado con el resto del genoma y se desconocen las consecuencias que esto puede derivar.

Basándose en esta última idea, en 1992, en la Convención para la Biodiversidad se establecieron una serie de reglas de valor universal que se pueden resumir en lo siguiente:

"Sólo puede realizarse una acción (en la Naturaleza) si se ha demostrado la ausencia total de riesgos".

En 1993, el Comité Internacional de Bioética de la UNESCO estableció unas normas para evitar que la Biotecnología atente contra la dignidad humana. Pero, ¿cómo puede la Biotecnología atentar contra la biodiversidad o contra la dignidad humana?

Los organismos genéticamente modificados se crean para resistir plagas, herbicidas o condiciones extremas. Por esto, son más fuertes que otras especies naturales. Al competir unas y otras por los recursos podría ocurrir que desaparecieran las especies naturales.


La Biotecnología puede ayudar a curar enfermedades, pero para ello hay que trabajar con el ADN humano, secuenciarlo y conocer su función. Supongamos que se recoge ADN de una población y se detecta en algún idnividuo genes relacionados con el desarrollo de un cáncer. Si esos datos se hacen públicos, esa persona tendría muy difícil cosas tales como conseguir un trabajo duradero, obtener un seguro de vida o, simplemente, formar una familia.

Con los datos que se obtuvieran de la secuenciación de ADN se podría elegir el tipo de hijo que se desea, no sólo que careciera de taras genéticas, sino que se podría escoger el color de ojos, de la piel, complexión, etc.

La legislación actual impide que los seres humanos sean considerados objetos de compra-venta, pero las compañías biotecnológicas pueden patentar parte de un ser humano, como son los genes, las células y los tejidos, así como la posibilidad de patentar los procesos para la creación de estas partes. Podría parecer que los intereses de mercado están por encima del individuo o de la Humanidad.

Sólo teniendo valores éticos firmes e información veraz se puede controlar la aplicación de los avances biotecnológicos.

Actividad 12 (Preguntas)

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biotec/actividades/act12.htm

Actividad 13 (Preguntas)

Ordena los siguientes eventos en la Historia de la Biotecnología

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biotec/actividades/act13.htm

Actividad de investigación: La Conferencia de Asilomar

Introducción

La Conferencia de Asilomar supuso un hito en la Ciencia, porque fue el resultado del autocontrol propuesto por los propios científicos. Debemos reconocer que la Biotecnología puede cambiar nuestro Planeta. Por ello hay que tomar precauciones para que la ingeniería genética no provoque cambios desastrosos.

Descripción de la tarea

Te proponemos una tarea de investigación, utilizando como herramienta la información que se puede obtener a través de Internet. Debes descubrir:

¿Cuál fue su objetivo?

¿Qué científicos promovieron la Conferencia de Asilomar?

Hubo un científico que impulsó esta Conferencia y, posteriormente, dijo que no había servido para nada. ¿Quién fue? ¿Por qué lo dijo?

¿Qué principios se siguieron para establecer las recomendaciones que se promulgaron?

¿Cuáles fueron sus conclusiones?


Procedimiento

Busca en las direcciones que te recomendamos la información requerida. Realiza una presentación digital en tu clase, utilizando un programa como PowerPoint o similar. Expón a tus compañeros tu parecer sobre las limitaciones de la Ciencia.

Recursos

Te recomendamos las siguientes direcciones para recoger información sobre el tema:

Universidad de Navarra

Opinión

Organización de Bioética

Sociedad Internacional de Bioética


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Fin del Tema.
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[Ge. Pe.]

Resumenes
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Objetivos fundamentales de la ingeniería genética

La ingeniería genética es una ciencia que trata de la manipulación de los genes y sus productos, cuyos métodos de trabajo son conocidos también como 'técnicas del ADN recombinante'. Estas tecnologías hacen posible el aislamiento, estudio, modificación y transferencia de genes de un organismo a otro y permiten intervenir con precisión en el material genético de los seres vivos, con los siguientes objetivos:

-identificación de genes.

-fabricación de sistemas de transferencia y de expresión génica (vectores) en las
células de los pacientes.

-desarrollo de sistemas que permitan controlar la expresión de los genes transferidos.

-desarrollo de métodos para bloquear la expresión de los genes.

-desarrollo de sistemas-modelo (ratones transgénicos, por ejemplo) para la investigación
de enfermedades.

En resumen:

a) facilitar la prevención de algunas enfermedades.

b) posibilidad de aislar un gen y expresar-sintetizar la proteína que codifica a gran
escala.

c) como consecuencia, conseguir una mejora genética en los campos agrícola y ganadero.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Es una técnica de clonación génica cuyo interés radica en que produce muchísimos fragmentos de ADN (‘in vitro’) a velocidad extraordinaria. Requiere conocer las secuencias de bases del fragmento de ADN que se pretende replicar (clonar) y con estas secuencias se deben sintetizar cortas cadenas complementarias de ADN (de unos 20 nucleótidos). Estas cortas cadenas funcionarán como cebadores o ‘primers’ de ADN para que actúe la ADNpolimerasa.

La técnica PCR se desarrolla así.

a) el fragmento de ADN a replicar se introduce en una disolución que contiene ADN-polimerasa.

b) se añaden desoxirribonucleótidos en cantidad y las moléculas de cebador ya sintetizadas.

c) al calentar, se separan las hebras complementarias del fragmento de ADN.

d) al enfriar, se unen los cebadores a las hebras simples de nucleótidos, lo cual es reconocido por la ADN-pol que comienza a añadir nucleótidos formando la hebra complementaria.

e) calentando y enfriando alternativamente la solución, se pueden obtener millones de copias de ADN en períodos de tiempo cortos.

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[Ge. Pe.]

Tambien dado en el Tema "Genetica.Teoria. Apuntes"

Un aporte del Colegio San Cayetano


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INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA GENÉTICA


TÉCNICAS DE TRABAJO

- La Ingeniería Genética es una nueva ciencia que trata de la manipulación de los genes y de sus productos. Sus métodos de trabajo son también conocidos como técnicas del ADN recombinante.

La Ingeniería Genética nació como consecuencia del descubrimiento de que algunas bacterias resistentes a los fagos tienen unas enzimas que cortan en trozos pequeños las moléculas de ADN extrañas a las mismas, antes de que puedan replicarse o transcribirse. Estas enzimas se conocen como enzimas de restricción o restrictasas (son endonucleasas).

- Las técnicas del ADN recombinante básicamente consisten en lo siguiente:

a) se toman fragmentos de ADN de distintos organismos y se unen 'in vitro' (proceso llamado 'recombinación in vitro' ); el ADN que resulta se conoce como ADN recombinante.

b) el ADN recombinante se introduce en otras células, en las cuales se logra la expresión de sus genes en forma de proteínas.

c) esas proteínas pueden tener valor por sí mismas si es el caso, por ejemplo, de una hormona con aplicación médica.

-La Ingeniería Genética utiliza otras técnicas de trabajo, como son las siguientes:

1) Obtención de fragmentos de ADN de tamaño tal que pueden ser estudiados y manipulados. Para ello se utilizan:

a) enzimas de restricción (se conocen más de 200).

b) retrotranscriptasas.

2) Clonación génica para la obtención de gran cantidad de fragmentos de ADN. Se consigue por dos métodos:

a) la clonación molecular.

b) la PCR (reacción en cadena de la polimerasa).

3) Determinación de la secuencia de nucleótidos de fragmentos de ADN.

OBTENCIÓN DE FRAGMENTOS DE ADN

OBTENCIÓN POR RESTRICTASAS

- El ADN de cualquier organismo puede ser cortado en fragmentos (fragmentos de restricción) lo suficientemente pequeños para ser analizados y manipulados, gracias a las restrictasas.

- Las restrictasas son endonucleasas que poseen muchas bacterias y que tienen la propiedad de cortar el ADN extraño que penetra en la célula. Lo cortan por sitios específicos llamados secuencias de reconocimiento, formadas por cuatro u ocho pares de bases, que, en la bacteria original, están protegidas para evitar que se destruya su propio ADN.

- Estas enzimas 'tijeras biológicas' cortan el ADN de forma que en cada extremo queda un trozo de hebra monocatenaria formada por las bases de la secuencia de reconocimiento.

Estos extremos se llaman adherentes o cohesivos, ya que es por ellos por donde se pueden unir a otros fragmentos de ADN cortados por la misma enzima de restricción, al ser sus bases complementarias.

- Los fragmentos así obtenidos se pueden separar para su estudio.

OBTENCIÓN POR RETROTRANSCRIPTASAS

-Esta técnica se utiliza también para obtener fragmentos de ADN, cada uno de los cuales corresponde a un gen estructural, cuando se conoce la secuencia de aminoácidos de una proteína.

-Consiste en sintetizar en 'in vitro' el ARNm correspondiente, o bien aislar de la célula el ARNm deseado (hay técnicas para conseguirlo). Entonces, utilizando el ARNm adecuado, mediante transcriptasa inversa, se sintetiza el ADN correspondiente.

CLONACIÓN GÉNICA

- Los trabajos genéticos necesitan gran cantidad de fragmentos de ADN idénticos para poder manipularlos, y para ello se siguen dos métodos:

1) Clonación molecular:

- Consiste en la formación de múltiples copias de un determinado fragmento de ADN, mediante el poder replicativo de organismos vivos (bacterias).

Para ello es necesario:

a) unir el fragmento de ADN del que se quieren obtener copias, obtenido por una restrictasa, a otro ADN, llamado vector de clonación. (Los vectores de clonación son pequeños elementos genéticos, tales como plásmidos o fagos).

b) introducir el ADN resultante (recombinante) en células hospedadoras (por ejemplo, bacterias) donde se replica formando nuevas copias.

- Para realizar la unión del fragmento deseado al vector escogido, éste también debe ser cortado por la misma restrictasa utilizada para obtener el fragmento. De esta manera los segmentos cohesivos de uno y otro fragmento están formados por bases complementarias y pueden unirse (hibridación). La ADN-ligasa cataliza la unión de los extremos de los fragmentos.

Se consigue así que el fragmento de ADN deseado se una al ADN del vector, formando un ADN recombinante por la unión de ambos.

- Para unir el ADN recombinante en las células hospedadoras (bacterias) se utilizan las técnicas de transformación, transducción y conjugación bacterianas (que veremos en el siguiente tema).

En cualquier caso (úsese plásmidos o fagos), las copias del ADN recombinante obtenidas en las células hospedadoras, se conocen como clones.



2) Técnica PCR: (reacción en cadena de la polimerasa).

- Gracias a esta técnica se replican pequeños fragmentos de ADN 'in vitro', a una velocidad mucho mayor que mediante la clonación molecular.

(A título anecdótico, se produce un ciclo cada 4 o 5 minutos, lo que supone aproximadamente unos 100.000 millones de copias en una sola tarde...)

- El procedimiento PCR requiere conocer las secuencias de bases del fragmento de ADN que se pretende replicar.

Con estas secuencias se deben sintetizar pequeñas cadenas complementarias de ADN (de unos 20 nucleótidos), que actuarán como cebador o primer para la ADN-polimerasa.

- En resumen, la técnica PCR se desarrolla así.

a) el fragmento de ADN a replicar se introduce en una disolución que contiene ADN-pol.

b) se añaden desoxirribonucleótidos en cantidad y las moléculas de cebador sintetizadas.

c) al calentar, se separan las hebras complementarias de los fragmentos de ADN.

d) si se enfría, se unen los cebadores a las hebras simples de nucleótidos, lo cual es reconocido por la ADN-pol que comienza a añadir nucleótidos formando la hebra complementaria.

e) calentando y enfriando alternativamente la solución, se pueden obtener millones de copias de ADN en períodos de tiempo cortos.

SECUENCIACIÓN DEL ADN

- Una de las técnicas más empleadas para la determinación de la secuencia de nucleótidos de un ADN es la conocida 'técnica de terminación de Singer (Nobel Química, 1980) o también llamada 'técnica del didexosi' (basada en la síntesis del ADN).

Se la califica así porque precisa de didesoxirribonucleótidos, que no son más que nucleótidos que han perdido el grupo -OH del carbono 3'.

Así pues, lo que va a suceder cuando los nucleótidos se unen es que si en un momento dado se encuentran con un 'didesoxi', la unión no se realizará y la cadena terminará ahí.


- Para llevar a cabo la secuenciación se necesita:

a) Una de las cadenas del fragmento de ADN que se quiere secuenciar y que se utiliza como 'molde'.

b) Un cebador complementario del extremo de la cadena.

c) Los cuatro desoxirribonucleótidos correspondientes (dAMP, dTMP, dCMP y dGMP).

d) Los cuatro 'didesoxis' (ddAMP, ddTMP, ddCMP y ddGMP).


-Supongamos que el fragmento que deseamos secuenciar y el cebador son los siguientes:

Entonces, el proceso de secuenciación lo ejecutamos así...

1) Iniciamos el proceso añadiendo dos componentes:

a) ADN pol, para que comience la polimerización en el cebador

b) un 'didesoxi', por ejemplo, ddCMP

2) La síntesis de la nueva hebra se detendrá cuando se incorpore el ddCMP.

Esto indicará que, en la cadena original de ADN, en ese lugar estará el nucleótido complementario que lleva guanina (G).

Nos quedará, por tanto, un pequeño fragmento de ADN de 5 nucleótidos (sin contar el cebador).

3) Continuamos la síntesis añadiendo más ADN pol y ddCMP. Volverá a interrumpirse cuando nuevamente vuelva a incorporarse el 'didexosi' ddCMP, por la misma razón que antes.

Nos quedará un fragmento de 7 nucleótidos (sin contar el cebador).

4) Repetimos la operación y nos vuelve a quedar un fragmento de 13 nucleótidos (sin contar el cebador).

5) Volvemos a preparar las mismas reacciones con los otros tipos de 'didesoxis', y obtenemos:

a) con ddGMP: fragmentos de 1, 4, 10 y 15 nucleótidos.

b) con ddTMP: fragmentos de 3, 8, 9 y 12 nucleótidos.

c) con ddAMP: fragmentos de 2, 6 11 y 14 nucleótidos.

6) Cada uno de estos fragmentos, mediante determinadas técnicas se separan y 'radiografían' y, entonces, la 'sucesión de bandas' de cada una de las reacciones con los cuatro tipos de 'didesoxi', comparándolas entre sí, dan la secuencia del ADN (como puede observarse en el esquema adjunto).

APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA

- Las aplicaciones son de gran interés e importancia, sobre todo, en tres ámbitos: en medicina, en agricultura y en animales.

EN MEDICINA

- Las aplicaciones se pueden concretar en cuatro aspectos:


1) La producción de sustancias con efectos terapéuticos.

Entre estas sustancias podemos citar a título de ejemplos más relevantes:

- Somatostanina (SS) que, segregada por el hipotálamo, inhibe la síntesis de somatotropina (GH) u hormona del crecimiento.

- Insulina que, segregada por el páncreas, regula la concentración de glucosa en sangre.

- Somatotropina (GH) que, segregada por la adenohipófisis controla y regula el normal crecimiento (evitando enanismo).

- Interferones, que son proteínas elaboradas por células animales en respuesta a una infección vírica.

- Factor VIII antihemofílico (AHF), es una globulina que estimula a las plaquetas (para la coagulación sanguínea).

- Renina, es una enzima que cuaja la leche, necesaria para la elaboración de quesos (o para algunos fármacos).

- Celulasa, enzima hidrolítica de la celulosa, es utilizada en algunos preparados digestivos.

- Vacunas recombinantes, como la de la hepatitis B.


2) El diagnóstico de enfermedades hereditarias.

Para ello se utilizan técnicas como la amniocentesis, basadas en la extración de células amnióticas del feto. Se pueden diagnosticar enefermedades como la hemofilia, la anemis falciforme, la diastrofia muscular y otras, que son debidas a mutaciones genéticas.

3) La identificación de genes humanos específicos.

Se trata de localizar e identificar el gen responsable de una enfermedad que se sabe que es herditaria. Aunque es un problema tan arduo como el de 'encontrar una aguja en un pajar', se ha logrado algún éxito como es el caso de la identificación de la fibrosis quística (enfermedad, sobre todo, pulmonar).

4) La terapia génica.

A grandes rasgos, este tipo de terapia o curación de enfermedades consiste en reemplazar en las células un gen defectuoso, causante de la enfermedad, por un gen normal.

Como realizar tal cambio en todas las células de una persona es imposible, los ensayos se realizan introduciendo genes sanos en células seleccionadas. Por ejemplo, si la enfermedad es debida al mal funcionamiento de las células madre de la sangre, en la médula ósea, es en esas células donde se lleva a cabo la terapia.

EN AGRICULTURA

- En el ámbito de la agricultura siempre se ha pretendido obtener plantas cultivables, cuyos rendimientos sean óptimos.

Desde hace muchos años se utilizan los conocimientos de la Genética, aunque muchas veces de una forma inadvertida, y en este sentido deben entenderse los procesos de selección génica realizados provocando cruces y originando poliploidías, para luego seleccionar aquellas plantas de buenos resultados y multiplicarlas asexualmente, formando clones con ellas.

- La aplicación de técnicas de Ingeniería Genética están dando resultados espectaculares en la obtención de plantas transgénicas, es decir, plantas a las que se ha introducido ADN clonado (recombinante) y que lo han incorporado a su genoma de forma estable.

Los principales caracteres conseguidos en las plantas transgénicas, son:

a) resistencia a herbicidas, a insectos y enfermedades microbianas.

b) incremento del rendimiento fotosintético.

c) mejora en la calidad de los productos agrícolas.

EN ANIMALES

- En animales, la aplicación de las técnicas de la Ingeniería Genética persiguen los objetivos siguientes:

a) favorecer la investigación biomédica para estudiar la fisiología de los genes y la biología del desarrollo.

b) mejorar la productividad o la resistencia a las enfermedades de animales útiles para los hombres.

c) producción de proteínas de valor farmacológico.

INCONVENIENTES EN INGENIERÍA GENÉTICA

- Los inconvenientes o 'desventajas' que presenta la ingeniería genética pueden proceder del mal uso de las técnicas a las que hemos hecho referencia, dados los riesgos e implicaciones de diversa índole que pueden derivarse. A ello ha dado respuesta el Comité Internacional de Bioética de la Unesco fijando unos objetivos que están centrados en evitar aspectos del progreso que atenten contra la dignidad humana y en el hecho de que las posibilidades científicas no generen peligrosidad por falta de definiciones éticas.

En resumen, los criterios para evitar tales inconvenientes establecen una serie de limitaciones por motivos ecológicos, sanitarios, sociales, políticos, morales, etc. Se trata, sobre todo, de:

a) salvaguardar la dignidad y los derechos del hombre.

b) imposibilitar la discriminación social e ideológica.

c) impedir desastres ecológicos.

d) evitar el desarrollo o aparición de enfermedades que pudieran ser incontrolables.

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[Ge. Pe.]

Y en la Enciclopedia...

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BIOTECNOLOGÍA



1. - INTRODUCCIÓN

Biotecnología, utilización o manipulación de organismos vivos, o de compuestos obtenidos de organismos vivos, para la obtención de productos de valor para los seres humanos. Los primeros organismos utilizados fueron microorganismos (como bacterias y hongos), aunque posteriormente se emplearon plantas y más recientemente animales. La biotecnología tradicional incluía procesos microbianos bien conocidos como la elaboración de la cerveza o el pan, la obtención de antibióticos o la depuración de aguas residuales. No obstante, el término ha llegado a hacerse bastante familiar desde el desarrollo, durante la década de 1970, de la ingeniería genética. La biotecnología moderna utiliza organismos modificados genéticamente para obtener beneficios aún mayores, o incluso procedimientos completamente nuevos.

2. - ORÍGENES DE LA BIOTECNOLOGÍA

Los ejemplos más antiguos que pueden considerarse como procesos biotecnológicos son la obtención de la cerveza, el vino y otras bebidas alcohólicas. Muchas civilizaciones del pasado descubrieron que el azúcar y las materias primas azucaradas podían sufrir transformaciones espontáneas que generaban alcohol. El proceso fue controlado gradualmente, hasta que en el siglo XIX el químico francés Louis Pasteur demostró que la fermentación estaba producida por microbios. Pasteur demostró también que otros microorganismos, diferentes en apariencia, eran responsables de otros procesos, como la producción de vinagre.

El trabajo de Pasteur no sólo revolucionó la tecnología de la elaboración de la cerveza y el vino, excluyendo microorganismos que pudieran contaminar el proceso de fermentación y causar grandes pérdidas, sino que demostró también que había otros productos que podían ser obtenidos en la industria gracias a la intervención de los microorganismos. Uno de estos productos fue la acetona, un disolvente utilizado para la fabricación de pólvora explosiva. Durante la I Guerra Mundial, el químico y posteriormente primer presidente de Israel, Chaim Weizmann, verificó que la acetona era producida por la bacteria Clostridium acetobutylicum.

3. - BIOTECNOLOGÍA CON MICROORGANISMOS

Actualmente, existen muchos otros productos químicos que se obtienen por fermentación (un término técnicamente restringido a los procesos que ocurren en ausencia de aire, como la producción de alcohol por levaduras, aunque este término a menudo se utiliza de forma más amplia). Estos productos incluyen el ácido oxálico utilizado en tintes y colorantes, el ácido propenoico (ácido acrílico) utilizado como intermediario en la producción de plásticos, o el ácido láctico empleado para acidificar alimentos y como anticongelante. Los microorganismos se han usado, así mismo, en la obtención de diferentes enzimas utilizadas para aplicaciones tan diversas, como la eliminación de manchas en los tejidos (gracias a la incorporación de enzimas en los detergentes que atacan proteínas y ácidos grasos), o la conversión de harina de maíz en sirope (utilizado para endulzar refrescos, galletas y pasteles).

Otro suceso importante en el desarrollo de la biotecnología fue la producción de penicilina a partir del hongo Penicillium. Aunque inicialmente fue un proceso a pequeña escala, desarrollado por Howard Florey y sus colaboradores durante la II Guerra Mundial, poco después se consiguió producir penicilina en grandes cantidades, al tiempo que se utilizaban otros microorganismos para obtener una gran variedad de antibióticos, como la estreptomicina. Hoy en día, la biotecnología es la principal herramienta para la obtención de nuevos antibióticos que sean activos frente a las bacterias patógenas resistentes a una gran gama de antibióticos. También resulta de gran utilidad la aplicación de la ingeniería genética en microorganismos para sintetizar antibióticos sintéticos, es decir, ligeramente diferentes de aquellos obtenidos de forma natural.

La biotecnología ha llegado a “programar” bacterias con objeto de obtener distintos tipos de drogas que, de otra forma, estos microorganismos no podrían fabricar. La insulina humana, necesaria para el tratamiento de la diabetes, es un claro ejemplo de esta metodología, ya que está producida por bacterias en las que se ha introducido, mediante ingeniería genética, el gen que codifica la síntesis de esta hormona. A diferencia de las hormonas producidas por cerdos y vacas, esta hormona es idéntica a la secretada por el páncreas humano. Igualmente, la hormona del crecimiento humano, utilizada para el tratamiento de niños con deficiencias en su producción, y que de otro modo no podrían alcanzar una estatura normal, también se obtiene a partir de bacterias en las que se ha insertado una copia del gen humano. Este sistema, como en el caso anterior, también presenta ventajas frente a la obtención de la hormona a partir de cadáveres, ya que se evita el riesgo de contaminación con priones, agentes causantes de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Otros productos farmacéuticos generados a partir de microorganismos manipulados genéticamente incluyen, el interferón para el tratamiento de algunas hepatitis y ciertos cánceres, y la eritropoyetina, que se suministra a pacientes sometidos a diálisis para reponer los eritrocitos perdidos durante este proceso.

4. - PREVENCIÓN DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS

Hasta ahora, el desarrollo de las vacunas se limitaba a la utilización de agentes infecciosos atenuados o muertos, pero la biotecnología ha comenzado a revolucionar este campo ya que los investigadores pueden utilizar microorganismos totalmente inocuos en las vacunas. Esto permite introducir genes que determinan la producción de ciertos antígenos (obtenidos de microorganismos causantes de enfermedades y que son determinantes de la patogenicidad) en bacterias inocuas, las cuales constituyen, en sí mismas, las vacunas, que permiten que el individuo vacunado pueda generar los anticuerpos protectores necesarios para atajar una posible infección. Esta técnica facilita la inmunización frente a enfermedades para las cuales aún no se habían desarrollado vacunas satisfactorias, e incluso permite desarrollar vacunas que protejan frente a varias infecciones simultáneamente. Dos ejemplos de vacunas creadas por ingeniería genética son la vacuna frente a la hepatitis B y frente a la rabia.

5. - BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

La biotecnología ambiental hace referencia a la aplicación de los procesos biológicos modernos en la protección y restauración de la calidad del medio ambiente.

Un área de rápido desarrollo dentro de la biotecnología ha sido el uso de sistemas biológicos para la reducción de la contaminación del aire o de los ecosistemas acuáticos y terrestres. Para ello, se utilizan microorganismos (también plantas) que son capaces de degradar un gran número de compuestos, como los pesticidas clorados, los clorobencenos, el naftaleno, el tolueno, la anilina y los metales pesados. De hecho, el suelo contiene muchos microorganismos capaces de destruir compuestos químicos que podrían ser tóxicos para otros muchos organismos y, por tanto, la introducción de nutrientes o aire en el suelo puede potenciar masivamente su crecimiento, facilitando la eliminación del contaminante. Otra técnica consiste en la introducción de microorganismos seleccionados específicamente por su capacidad de destoxificación. Una tercera aproximación consistiría en trasladar el suelo contaminado, exponerlo a este tipo de microorganismos bajo condiciones controladas y devolverlo a su ubicación original.

6. - BIOTECNOLOGÍA VEGETAL

La biotecnología aplicada a las plantas tiene el mismo objetivo que la agricultura tradicional: desarrollar cultivos y plantas con ventajas, como la resistencia a las plagas y a la sequía, así como mejorar la palatabilidad y el contenido nutritivo de las distintas especies. Gracias a las técnicas modernas, que permiten la introducción de genes específicos en las plantas, se han obtenido mejores resultados que con los cruces de plantas desarrollados por métodos tradicionales, que implican la transferencia de un gran número de genes.

Un ejemplo típico es el desarrollo de ciertos tipos de plantas transgénicas resistentes a las plagas, causadas por lepidópteros (polillas y mariposas), que originan grandes pérdidas en las cosechas mundiales. Estas plantas se han desarrollado gracias a la incorporación de un gen, transportado por la bacteria del suelo Bacillus thuringiensis, que induce la producción de un compuesto químico que es tóxico para estos lepidópteros y que actúa como insecticida.

La biotecnología también ha permitido la creación de plantas resistentes a virus, hongos y gusanos, así como variedades insensibles a los herbicidas. De hecho, ya se dispone de plantas modificadas genéticamente, sometidas a ensayos de campo a gran escala, entre las que se encuentran calabazas resistentes a virus, algodón tolerante a los herbicidas, y semillas oleaginosas de soja y colza con aceites modificados. Así mismo, se puede mejorar la calidad de los productos incrementando los niveles de ciertas proteínas, como en el trigo utilizado para hacer pan. También es posible, mediante ingeniería genética, desarrollar cepas mutantes de plantas capaces de retrasar su deterioro, como sucede con la variedad de tomates flavr savr, que no se estropean tan rápido como los tomates normales y pueden recolectarse en un estado más avanzado de maduración.

7. - BIOTECNOLOGÍA ANIMAL

No sólo los microorganismos y las plantas pueden ser modificados genéticamente, sino que también se pueden introducir genes en embriones animales fecundados. Un ejemplo lo constituye la obtención de leche de oveja con alfa-1-antitripsina, utilizada para el tratamiento del enfisema pulmonar, gracias a la incorporación en el animal del gen humano que codifica esta enzima. Esta misma metodología se ha empleado en ovejas que producen leche con el factor IX sanguíneo, que es requerido por las personas que padecen hemofilia. Actualmente, se han introducido diversos genes en ovejas y cerdos que les confieren resistencia a diversas enfermedades, mejoran la producción de lana o incrementan su tasa de crecimiento.

La biotecnología animal ha sido objeto de crítica por parte de grupos que luchan para la protección de los animales, ya que consideran que algunos de estos experimentos pueden tener efectos negativos sobre ellos. No obstante, los científicos defienden este tipo de trabajo ya que los animales gozan de buena salud (incluso mejor que la de los animales no manipulados) y de una calidad de vida normal.

8. - CRITICAS A LA BIOTECNOLOGÍA

Las multinacionales de diversos países se han opuesto a ciertos aspectos de la biotecnología, al igual que muchas organizaciones ecologistas. Las críticas que se hacen a la biotecnología se basan en la incapacidad de predecir lo que puede ocurrir al liberar organismos modificados genéticamente al medio ambiente, así como en la posibilidad de que los nuevos genes que estos organismos transportan puedan causar daños si llegan o se trasladan a otros organismos vivos.

Sin embargo, los defensores de estas técnicas argumentan que la precisión de la ingeniería genética, comparada con las transferencias de genes que se producen habitualmente en la naturaleza, reduce más que incrementa dicho peligro. Además, los comités oficiales que regulan la biotecnología en los diferentes países valoran cuidadosamente estos riesgos antes de permitir que se lleve a cabo cualquiera de estos experimentos.

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Como citar este artículo:
"Biotecnología," Enciclopedia Microsoft® Encarta® Online 2007
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Por José Antonio Lozano Teruel


Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular.
Facultad de Medicina.
Universidad de Murcia.

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10.3. Aplicaciones biotecnológicas




MILSTEIN Y LOS HIBRIDOMAS

22-05-98

Los inmunólogos españoles han finalizado la celebración de su XXIV Congreso de un modo relevante, con la participación de dos grandes Premios Nobel de Medicina y Fisiología: el francés Jean Dausset y el argentino-británico César Milstein. Este último pronunció la lección inaugural del Congreso sobre la diversidad de las inmunoglobulinas.

Las aportaciones científicas de ambos galardonados son excepcionales. Dausset, descubrió en humanos el sistema de los antígenos de histocompatibildad, sistema HLA, esencial en las tecnologías de los trasplantes de órganos. César Milstein, obtuvo los hibridomas, células híbridas productoras de anticuerpos monoclonales. Ambos, con sus logros, han marcado hitos señeros en la historia de la Medicina del siglo XX. Hoy nos referiremos a la persona y obra de César Milstein.

BIOGRAFÍA.

César Milstein nació en Bahía Blanca, Argentina.

Sus padres, de modesta economía hubieron de realizar grandes sacrificios para que sus tres hijos alcanzasen estudios universitarios. Se licenció en Química en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Buenos Aires, en 1952. Su interés científico se despertó en su época escolar, con la lectura de los trabajos de van Leeuwenhoek y de Pasteur. Por ello, fue lógico que se interesase por la química de los seres vivos, por la bioquímica.

Tras su licenciatura contrajo matrimonio y al año siguiente comenzó la tesis doctoral dirigida por el profesor Stoppani, catedrático de Bioquímica de la Facultad de Medicina de Buenos Aires, estudiando la cinética de la enzima aldehído deshidrogenasa. La tesis fue realizada sin ningún apoyo económico por lo que el matrimonio hubo de dedicar parte de su tiempo a los análisis clínicos para proporcionarse el sustento. Al finalizar el doctorado, en 1957, consiguió una beca del British Council, ampliando estudios, entre 1958 y 1961 en el Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge, donde también obtuvo otro doctorado. De vuelta a Buenos Aires, durante los dos años siguientes dirigió la División de Biología Molecular del Instituto Nacional de Microbiología.

REINO UNIDO.

Sin duda, el ambiente de los años 60 en Argentina no era buen caldo de cultivo para una Investigación serena ni para el propio Milstein quien, durante su época de estudiante, ya había mostrado su espíritu luchador. Cuando se generalizó la persecución política de los intelectuales liberales y científicos y ello alcanzó al director de su propio Instituto, Milstein se trasladó inmediatamente y nuevamente a Cambridge, adoptando la nacionalidad británica, sin perder la argentina. Allí se reunió con Frederick Sanger con quien había colaborado en su anterior etapa británica. Sanger había recibido el Premio Nobel de Química en 1958, por su determinación de la estructura de la hormona insulina y acababa de ser nombrado director de la División de Química de Proteínas del nuevo Laboratorio de Biología Molecular del Medical Research Council. Por cierto, en 1980, obtuvo un segundo Premio Nobel de Química por sus métodos de estudios químicos y biológicos de las moléculas de ADN.

Desde su llegada a Cambridge Milstein ha trabajado allí. En 1975, Milstein y Köhler, quien estaba en Cambridge con una beca posdoctoral, realizaron su trascendental descubrimiento de la obtención de anticuerpos monoclonales. Sin duda este descubrimiento será considerado como uno de los avances biomédicos más importantes del siglo XX.

HIBRIDOMAS.

Era conocido que, tras la activación por un antígeno, una célula B sanguínea circulante (un linfocito B) puede multiplicarse, formando un clon de células plasmáticas, en el que cada una de las células clonales produce el mismo anticuerpo o inmunoglobulina o anticuerpo monoclonal.

Desde el punto de vista científico y médico era muy importante poder disponer de estos anticuerpos en grandes cantidades, pero los linfocitos son incapaces de ser cultivados in vitro. Por otra parte existía una condición en la que podía existir una gran cantidad de una inmunoglobulina simple en el suero sanguíneo. Ello ocurría al desarrollarse un mieloma múltiple (un cáncer de los linfocitos), una tumoración de una célula B simple, que prolifera formando un clon de células secretoras de inmunoglobulinas. Los mielomas, frecuentes en diversos animales de laboratorio, pueden cultivarse y multiplicarse indefinidamente, en contraste con las líneas celulares normales. Sin embargo, esos cultivos frecuentemente pierden la capacidad de producir inmunoglobulinas.

En esta situación Milstein y Köhler lograron fusionar linfocitos B de corta vida y altamente específicos, productores de anticuerpos, procedentes del bazo de un ratón inmunizado, con células cultivadas de mieloma, capaces de crecer indefinidamente, pero que habían perdido su capacidad de producir inmunoglobulina. La célula híbrida resultante, un hibridoma, simultáneamente poseía la capacidad productora de anticuerpos, propia de las células B, y la capacidad de multiplicarse indefinidamente, característica de las células del mieloma, pudiendo proporcionar así, mediante las selecciones previas oportunas, cantidades potencialmente ilimitadas de cualquier anticuerpo deseado. Esta verdadera revolución tecnológica en las ciencias biomédicas.

César Milstein recibía, en 1984, el Premio Nobel de Medicina y Cirugía, junto con Nies K. Jerne y J.F. Köhler.

El primero por " las teorías relativas a la especificidad en el desarrollo y control del sistema inmune", y Köhler y Milstein por el desarrollo y obtención de los hibridomas productores de los anticuerpos monoclonales. Antes y después de la concesión del Nobel la valía de César Milstein ha sido reconocida a través de un sinnúmero de distinciones y premios de las más prestigiosas Instituciones del mundo.

La Fundación Nobel indicaba en la correspondiente presentación del galardón que la obtención de los anticuerpos monoclonales constituía el avance metodológico más importante realizado en el campo de la biomedicina en los años 70, permitiendo abrir nuevas posibilidades tanto en el campo de la Investigación biomédica básica como en la aplicada, entre ellas ejemplos como los siguientes:

· Estudios detallados de la distribución de las diferentes funciones en diversos lugares de las moléculas de antígenos. Ello permite localizar relaciones de los elementos constituyentes de agentes infecciosos o en productos celulares como enzimas y hormonas, o en superficies celulares, etcétera.

· La consecución de un alto grado de purificación de sustancias, como en el caso del interferón, aprovechando la capacidad única de un determinado anticuerpo para enlazarse a un cierto antígeno.

· La caracterización diagnóstica de enfermedades, como las causadas por agentes infecciosos, identificando las adecuadas estructuras especiales celulares. O la distinción entre diferentes formas de tumores que, incluso, permiten seguir su desarrollo. También, la posibilidad de distinguir entre diferentes clases de células, como las blancas sanguíneas, lo que es importante en la caracterización de ciertas condiciones de inmunodeficiencias como la asociada al SIDA.

· Otra posibilidad diferente es la de la inmunización pasiva contra determinadas enfermedades, inyectando anticuerpos, en lugar de antígenos, o la aplicación, conocida con el nombre de bala mágica, uniendo el anticuerpo monoclonal adecuado a un fármaco tóxico o isótopo radiactivo, para que el anticuerpo reconozca y actúe solo contra determinadas células, por ejemplo tumorales, que posean el antígeno hacia el anticuerpo correspondiente.

· La generalización de la tecnología de los anticuerpos monoclonales ha permitido en los últimos muchísimas aplicaciones, así como abrigar fundadas esperanzas en otras, sobre todo las dirigidas contra ciertas células cancerosas o contra las células inmunitarias que rechazan el trasplante.

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OJOS EN LAS PIERNAS

16-04-1995

Ni la narración mitológica más fantástica ni el creador de cine de terror más audaz podrían superarlo. Se trata de la creación de una criatura viviente, voladora, dotada de 14 ojos situados a lo largo y ancho de todo su cuerpo, en la parte superior de la cabeza, en el pecho, patas, antenas y alas.

Como se publicó hace una quincena, en una gran revista científica, ello ha sucedido realmente, en un laboratorio, en el del grupo del Dr. Walther Gehring de la Universidad de Basilea, en Suiza. Mientras, en otros muchos laboratorios, es usual la obtención de ratones vivos, desprovistos prácticamente de cabeza o de otros ejemplos parecidos. Las interrogantes son inmediatas: ¿Están jugando los científicos a ser brujos?. ¿Qué justificación cabe para estas experiencias, para la creación de estos tipos de monstruos animales?.

Un Premio Nobel francés de Medicina, el prestigioso François Jacob, con motivo de una visita científica a Madrid, acaba de contestar a estas preguntas. Lo que se busca es comprender los mecanismos de formación de los órganos y tejidos de los vertebrados, incluido el hombre. Entre otras razones porque es bien sabido que existen muchas malformaciones de tipo genético, que por ahora no tienen terapia, y de lo que se trata de saber es cuando ocurren y por qué.

Veamos un ejemplo de este tipo de investigaciones. José Luis Gómez Skarmeta es un bioquímico formado en la Universidad de Murcia, cuya tesis doctoral ha dirigido el Dr. Modolell, en Madrid. Trata de la identificación de un gen, el gen iroquois, que actúa jerárquicamente, como un gen regulador de otros genes en el desarrollo embrionario, es decir, en la generación del patrón de órganos sensoriales. El nuevo doctor resume adecuadamente la situación global indicando que todos los organismos pluricelulares se caracterizan por el hecho de que las células especializadas se disponen ordenadamente en tejidos y órganos, formando patrones morfológicamente constantes. Una de las grandes preguntas que se formula la biología del desarrollo es cómo, a partir de una única célula, el huevo fertilizado, se genera y organiza la complejidad celular característica del organismo adulto.

Son tres los grandes fenómenos que intervienen en este proceso:

la DIFERENCIACIÓN, es decir, la generación de la diversidad celular;

la MORFOGÉNESIS, o lo que es lo mismo, la organización de las células diferenciadas en tejidos y órganos, dando lugar a la forma y estructura; y, en tercer lugar,

la PROLIFERACIÓN celular controlada, responsable del crecimiento del individuo.

TODA la información necesaria para realizar esta compleja serie de acontecimientos está contenida en el ADN celular, en los genes.

Todas las células de un organismo poseen la misma dotación genética o genoma. Pero, durante el desarrollo, en función del momento y de las circunstancias en que se encuentren, esa información genética es interpretada diferencialmente, lo que provoca la diversidad celular y morfológica que caracteriza al organismo adulto. La genética del desarrollo permite determinar cuáles son los genes implicados en estos procesos y la biología molecular y celular caracterizan la naturaleza de esos genes y los mecanismos con los que operan.

DROSOPHILA.

El modelo experimental más usado en la biología del desarrollo es la mosca de la fruta, la Drosophila melanogaster. Algunas razones para ello son obvias: su corto ciclo vital y el pequeño tamaño de su genoma (una veintava parte del humano), organizado en tan solo cuatro cromosomas. Además, la fácil disponibilidad de un gran número de mutaciones le hacen ser uno de los sistemas más adecuados para el estudio de los distintos procesos del desarrollo. Más aun, hace unos 15 años la Ciencia descubrió algo sorprendente: básicamente existen los mismos genes en todas las especies vertebradas, desde las moscas y los ratones hasta los seres humanos.

Pero volvamos a Basilea, al laboratorio del Dr. Gehring. Ya en el año 1915 algunos investigadores describieron lo que después se supo que eran mutaciones de un gen que se identificó hace unos años, en Drosophila, como el gen eyeless (ciego, sin ojos). Tales mutaciones conducían a que las moscas naciesen sin ojos o con ojos deformados, es decir, que parecía tratarse de un gen controlador de la formación embrionaria del ojo, parecido al gen iraquois caracterizado por Gómez Skarmeta. En 1993, dos de los colaboradores del Dr. Gehring, la entonces doctoranda Rebecca Quiring y el investigador Uwe Walldorf, comenzaron a estudiar el gen eyeless, encontrando que era de composición casi idéntica a un gen small (pequeño), de ratones, y a un gen aniridia, en humanos. En este último caso, la mutación producida en una de las dos reproducciones presentes del gen, produce defectos hereditarios en iris, lente, córnea y retina, que son bien conocidos por todos los oftalmólogos.

OJOS.

Al descubrirse, el pasado mes de agosto, esta gran similitud genética, constituyó una gran sorpresa, ya que los ojos de los insectos son muy diferentes de los de los vertebrados. Así el ojo de la mosca es compuesto, constando con 800 unidades individuales, cada una con una lente miniatura. En contraste, el ojo de los vertebrados posee una sola lente, por lo que los biólogos pensaban que habían evolucionado desde orígenes diferentes. Pero la similitud existente entre los tres genes de mosca, ratón y hombre parece sugerir un ancestro común. Estos genes actuarían como una especie de genes maestros o interruptores, de modo que su activación provoca la puesta en marcha del programa específico del desarrollo del ojo. Por el contrario, su inactivación o no actuación impide esa formación, en la que sin duda están involucrados otra serie abundante de genes. Como comparación, más o menos acertada, sus funciones respectivas podrían asimilarse a las de director de orquesta, para el gen eyeless, o a la de componentes de la orquesta, para los numerosos genes que han de interpretar coordinada y cooperativamente la obra de la formación del ojo.

Por otra parte, últimamente, Rebecca Quiring había sido capaz de aislar, secuenciar y producir copias en el laboratorio del gen eyeless, es decir, había clonado el gen, con lo que quedó disponible para que dos estudiantes del grupo de Gehring. Ellos pudieron introducir el gen, mediante técnicas de ingeniería genética, al inicio del proceso embrionario de la mosca, en estructuras conocidas con el nombre de discos imaginales, que han sido estudiadas por diversos investigadores, entre ellos el español García-Bellido.

Los científicos suizos pudieron introducir el gen clonado en lugares anatómicos que se correspondían al posterior desarrollo de alas, patas o antenas. Al nacer las moscas correspondientes, contaban con ojos adicionales, aparentemente normales, situados en esas localizaciones. Es decir, que el gen había activado allí genes que normalmente deberían permanecer sin expresión. Había logrado que se expresase un órgano complejo y completo como es un ojo, poniendo en marcha toda la jerarquía ordenada y regulada del resto de los genes, a modo del director de orquesta antes señalado, orquesta que en ausencia de director permanecería silenciosa.

Es indudable que el trabajo del equipo suizo de científicos va a marcar un hito en la biología del desarrollo. Hará que se abran futuras y hasta ahora solo imaginadas posibilidades, más aun cuando hace poco el Dr. Gehring acaba de adelantar que los ojos formados en lugares anómalos parecen funcionales en el sentido de que sus células fotorreceptoras responden a la luz. Posiblemente por ello sea pertinente el comentario que estos hallazgos han provocado en el genetista Rubin de la Universidad de California: "Esto es algo similar a como si alguien hubiese encontrado un gen que convirtiese un riñón en un hígado", o como, sonriendo irónicamente, el biólogo molecular Charles Zuker del Instituto Howard Hughes contestaba a una pregunta "Esto significa que, básicamente, nosotros somos como grandes moscas".

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CABRAS BIOTECNÓLOGAS

28-08-1994

Animales transgénicos son aquellos que se desarrollan a partir de embriones a los que se les ha introducido un material genético extraño. Si la transferencia genética se realiza sobre el huevo fertilizado, el oocito, cuando éste es tan solo aun una única célula, y si el transgén se ha integrado adecuadamente en el genoma del embrión, el nuevo gen estará presente en todas las células del animal cuando el mismo se desarrolle. Será heredado por la progenie, con las mismas propiedades de una clásica característica mendeliana dominante.

Por otra parte, bien sabemos que muchas enfermedades humanas tienen su origen en fallos de proteínas y enzimas cuyos genes han sufrido una mutación indeseable, por lo que no expresan correctamente a tales enzimas o proteínas. En estos casos, muchas veces hereditarios, mientras no sea posible una verdadera terapia génica sobre los humanos ya nacidos, sería de sumo interés poder contar con cantidades adecuadas y económicamente factibles de la proteína correcta para poder sustituir a la defectuosa. Piénsese, por ejemplo, en los casos de talasemia con una hemoglobina anormal; la hemofilia A, con la misma situación respecto al factor VIII de coagulación; la hemofilia B y el factor IX de coagulación; el enfisema hereditario y la *-antitripsina; la distrofia muscular y la distrofina; la Fibrosis cística y el compuesto antimucoso, etcétera.

TRANSGÉNICOS.

Por tanto, no es de extrañar que se haya desarrollado la aspiración de crear animales transgénicos para poder producir proteínas terapéuticas humanas, mediante la inserción de los genes correspondientes. Fue en 1980 cuando, por primera vez, se tuvo éxito en producir un animal transgénico, un ratón, con la ayuda de una técnica de microinyección. Desde entonces, son centenares y centenares las líneas de animales transgénicos creadas, la mayor parte de ellas a partir de ratones.

En la actualidad se comercializan bastantes compuestos de interés terapéutico o biomédico que se han producido biotecnológicamente mediante cultivos de bacterias, levaduras o células de mamífero cultivadas in vitro, tras la correspondiente modificación genética. Entre tales compuestos se encuentran la hormona de crecimiento, la insulina o el interferón. Pero, para muchas proteínas bioactivas, este procedimiento no es adecuado porque necesitan de ciertas transformaciones tras su síntesis (denominadas modificaciones posttraduccionales) para llegar a alcanzar su total actividad biológica, y resulta que el proceso de cultivos de microorganismos presenta dificultades, por ahora insalvables, en orden a conseguirlo.

REBAÑOS TRANSGÉNICOS.

¿Qué sería lo ideal?. Indudablemente poseer animales de granja tales como vacas, cabras u ovejas transgénicas, a las que se les hubiese insertado el gen adecuado cuando eran un oocito y que estos animales fuesen capaces de producir, en grandes cantidades, la proteína necesitada en forma de una proteína más de su leche. Viviendo normalmente en su establo, bastaría el sencillo ordeño de cada día para poder recoger sin más complicaciones la producción, que una vez aislada y purificada sería usualmente suficiente para salvar o mejorar las vidas de muchos seres humanos. La pregunta inmediata, ¿será ello posible?, tiene una respuesta instantánea: efectivamente, ya comienza a serlo. La tecnología consiste en aislar o producir el gen interesado utilizando alguna de las modernas técnicas de la biología molecular actual. Tras obtenerlo, usualmente se fusiona con ciertas secuencias reguladoras (promotoras, porciones controladoras, etcétera.) pertenecientes a genes de proteínas lácteas normales. Se pretende que el nuevo gen engañe a la maquinaria celular y se comporte como cualquier otro de los genes responsables de las proteínas lácteas, es decir, que no se exprese en todas las células del organismo, sino tan solo en las responsables de la secreción láctea. Así no se afecta en absoluto el resto de la fisiología del animal. La siguiente fase del proceso consiste en extraer ovarios de los animales, que se maduran y fertilizan in vitro en el laboratorio con el semen, previamente obtenido y congelado, de los machos. Con un micromanipulador, bajo observación microscópica, se procede a la microinyección del gen previamente preparado, de modo que es usual que un equipo de 3 personas pueda microinyectar unos 1000 oocitos durante una jornada de trabajo. Tras ello se cultivan los embriones in vitro durante 6-8 días, realizándose en ellos las pruebas de determinación de sexo (interesan únicamente las hembras) así como los correspondientes análisis de integración del gen externo microinyectado. Se procede entonces a la transferencia de los embriones viables hasta los úteros maternos, con un porcentaje de éxito que, por ahora, está resultando ser ligeramente superior al 1% de los embriones originales y, de ellos, producen embarazos que llegan a buen término unos tres casos por cada grupo de 1000 oocitos iniciales.

LOGROS.

Entre los logros más llamativos conseguidos al respecto en estos últimos años se pueden citar algunos como los siguientes: uroquinasa humana, en leche de ratonas, a concentraciones diez veces superiores a las obtenidas por sistemas de cultivos celulares in vitro; lactoferrina humana, también en ratas transgénicas, aunque en este caso la expresión tuvo lugar en diversos órganos y tejidos; glándulas mamarias de ovejas transgénicas han proporcionado ya tanto factor VIII antihemofílico humano, en unos casos, como factor IX antihemofílico, en otros. Un animal muy interesante para estos experimentos es la cabra, que puede producir hasta 4 litros de leche diarios y cuyos periodos de gestación y desarrollo (5 y 8 meses respectivamente) son menores que los de las vacas. De su leche se han conseguido extracciones conteniendo miligramos del activador tisular del plasminógeno humano.

De todos modos, hasta la fecha, los mayores niveles de expresión corresponden a ovejas transgénicas que han llegado a producciones de hasta 60 mg por mililitro de la enzima *-1-antitripsina, necesaria para suplir la deficiencia plasmática de la misma, cuya concentración plasmática normal es de 2 mg por mililitro, en pacientes con enfisema hereditario. En estos experimentos, tres de las hembras transgénicas se cruzaron con machos normales y en uno de los casos se produjo descendencia portadora del transgén. Por tanto, está al alcance de la mano la creación de verdaderos rebaños de animales transgénicos, aparentemente iguales en todo a los normales, cuyas características se transmitirán de generación en generación, constituyendo una muestra palpable más del secular servicio que a lo largo de la historia del hombre los animales de granja han realizado. Hasta ahora, para proporcionarnos alimentos, y a partir de los avances genético-moleculares actuales, también para producirnos los componentes, proteínas, enzimas, hormonas, etcétera., que nuestro cuerpo, en casos de ciertas enfermedades, no puede sintetizar.

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LEYES Y GENES


20-11-1994

En una de las más célebres tragedias de Sófocles, Antígona, cuando el coro trata de explicar la grandeza del hombre, tras varios ejemplos, cantan: "Cosas maravillosas he visto pero ninguna más maravillosa que el hombre". Sin embargo, el adjetivo utilizado por Sófocles para calificar al hombre, deinóteron, aunque efectivamente tiene la acepción de muy maravilloso o portentoso, también posee otro primer significado de muy terrible.

Es una constante de la naturaleza humana esta dualidad, ese contraste que le llevó a escribir a Pascal: "!Qué quimera, pues, el hombre! ¡Qué novedad, qué monstruo, qué caos, qué motivo de contradicción, qué prodigio!".

PROYECTO GENOMA.

Cuando el dos de abril de 1953, los ahora célebres Premios Nobel James Watson y Francis Crick, entonces casi unos desconocidos, enviaron a la revista Nature su manuscrito proponiendo la archiconocida y divulgada estructura de la doble hélice para el ADN, para los genes, ellos eran perfectamente conscientes de que abrían una nueva época. Como, de una forma deliberadamente muy comedida, comenzaba su artículo: " Deseamos sugerir una estructura para la sal del ADN. Esta estructura posee nuevas características que son de considerable valor biológico". Los editores de Nature así lo entendieron y sin dilación alguna, a los 15 días, era publicado el trabajo. Pronto fue el punto de partida para la serie de hitos que han ido marcando el desarrollo de la Biología Molecular, de la Genética molecular o de la Ingeniería genética desde entonces, incluyendo el toque de atención que, en 1987, supuso la reflexión y propuesta del profesor Dulbecco, Premio Nobel de origen italiano, en el sentido de que: "Si se ha conquistado la Luna, es posible conquistar el genoma humano".

Comenzaba el Proyecto Genoma. En el mismo año 1987, el Departament of Energy y el National Institute of Health de los EE.UU proponen al Congreso, que la aprueba, una asignación anual de 200 millones de dólares, durante 8-9 años, con la finalidad de secuenciar los 3.000 millones de pares de bases que constituyen cada genoma humano, distribuidas entre unos cien mil genes. Al frente del proyecto fue nombrado James Watson. En Europa, en Francia, ya existía un excelente Centre d´Etudes du Polymorphisme Humain, que tantos éxitos ha alcanzado en los últimos años, junto a su institución hermana el Genethon, en el estudio de la cartografía genómica. El primero de tales Centros está dirigido por el profesor Jean Dausset, Premio Nobel por sus trabajos de inmunogenética, y el segundo, por su brillante discípulo, el doctor Daniel Cohen. Cohen, de origen tunecino, siempre demostró un gran interés hacia la Biología Molecular, lo que tuvo la ocasión de plasmarse en un ambicioso proyecto investigador cuando, en 1981, al morir la rica coleccionista de arte francesa Helena Anavi, legó sus cuadros para potenciar el Centro de Dausset. La subasta, realizada en Londres, rindió la cantidad de 50 millones de francos, que sirvieron para dar un gran impulso adelante. Las muestras de referencia de numerosas familias que hasta entonces se utilizaban en los estudios sobre alelos de antígenos de histocompatibilidad se pusieron a disposición de la comunidad científica para ser usadas en el Proyecto Genoma. Otros grupos en Japón, Reino Unido, Alemania, etcétera. también han mostrado una gran actividad al respecto, en un esfuerzo que simultáneamente tiene caracteres de competición entre grupos y países, pero también de cooperación, por lo que se ha propuesto la palabra híbrida de coopetición para su descripción.

TOPOGRAFÍA.

En el año actual, la situación respecto a la topografía del genoma quedó plasmada hace un par de meses en un número monográfico de la revista Science, con la publicación de un mapa con 5.480 marcadores genéticos de varias clases. Así se conseguía balizar o servir de puntos de referencia aproximadamente cada 0,7 millones de pares de bases, equivalentes a la longitud que ocupan en total 20 o 30 de los cien mil genes del genoma. Respecto a identificación individual de genes, son miles los casos en los que se ha conseguido. Entre ellos, el pasado año 1993, se identificaron, por ejemplo, los genes correspondientes a enfermedades como el síndrome de Menkes, la agammaglobulinemia ligada al X, la esclerosis lateral amiotrófica, la adrenoleucodistrofia, la neurofibromatosis de tipo II, la enfermedad de Huntington, etcétera.

En cuanto a la secuenciación o conocimiento de la composición de bases, son más de 50.000 las moléculas de ADN complementario las secuenciadas, de ellas un 45% de origen humano. Respecto a proyectos de terapia génica, existen bastantes en ejecución, incluyendo la introducción de transgenes en pacientes con diversos tipos de cáncer, o las aproximaciones terapéuticas en un creciente número de patologías genéticas. Como dato esperanzador, el año pasado, en Bethesda, las niñas Ashanta de Silva y Cindy Cutshall organizaban una fiesta para celebrar que tras sus terapias génicas realizadas tres años antes, habían dejado de ser niñas-burbujas y su vida se desarrollaba con gran normalidad y sin necesidad de cuidados médicos constantes.

LAS LEYES.

Las razones de la preocupación de los humanos por los posibles conflictos éticos y legales derivados de la nueva genética son comprensibles. Esto incluye los temores a un posible atentado contra la dotación genética individual o de la especie; a un resurgimiento del eugenismo: a la manipulación del material genético de las células reproductoras, con lo que las modificaciones introducidas en ellas pueden ser transmitidas a los descendientes; a las implicaciones respecto a las ya solicitadas patentes de porciones del genoma, etcétera. Son numerosos los científicos que han alertado sobre el problema y, ya en 1975, se celebró en Asilomar la primera Conferencia para tratar aspectos éticos de los límites de la Investigación sobre el ADN, participando abogados, administradores públicos, representantes de los diversos ámbitos sociales, etcétera. Como expuso hace unos años el gran científico Erwin Chargaff: "Se puede interrumpir la división del átomo, se pueden interrumpir los viajes a la Luna y la utilización de aerosoles... pero no se puede hacer marcha atrás cuando se ha creado una nueva forma de vida".

Aparte de la legislación particular al respecto que va apareciendo en cada país, entre ellos España, en Europa la Asamblea Parlamentaria del Consejo de Europa, el 26 de enero de 1982, ya aceptó la recomendación 934 relativa a la ingeniería genética. Recomendaba al Comité de ministros que hiciese una relación de las patologías que fuesen aceptables de ser sometidas a tratamientos de terapia genética. El 16 de febrero de 1989, el Parlamento europeo hizo pública una resolución sobre los problemas éticos y jurídicos de la terapia genética tanto somática como germinal. Respecto a la situación actual, el pasado mes de julio, el Comité de ministros del Consejo de Europa dio la luz verde a un proyecto de Convención a fin de que los respectivos gobiernos hagan las consultas necesarias previas a su aprobación final. Preparado por el Comité Director para la Bioética, a través de la Dirección de Asuntos Jurídicos, la llamada Convención de Bioética constituye un intento de proteger los derechos del hombre y la dignidad del ser humano a la luz de las nuevas aplicaciones de la Biología y de la Medicina.

El propio Nobel Jean Dausset, que preside el Movimiento Universal de la Responsabilidad Científica, ha hecho la propuesta de que en la Declaración Universal de los Derechos del Hombre debe añadirse una disposición según la cual: "Los conocimientos científicos no deben ser utilizados más que para servir a la dignidad, integridad y futuro del hombre". Según opina, aunque otras personas no comparten su idea, el uso de la terapia génica en células germinales podría ser considerado dentro de las acciones que atentarían directamente contra esa dignidad.

CRONOLOGÍA

· 1865: Mendel establece sus conocidas leyes. Cuando muere sigue siendo un desconocido

· 1953: Watson, Crick y Rosalind Franklin proponen el modelo de la doble hélice para el ADN

· 1955-1956: Severo Ochoa sintetiza por primera vez en el laboratorio ARN mensajero y Arthur Kornberg hace lo propio con ADN

· 1964: Nirenberg y otros elucidan el código genético, mecanismo traductor desde los genes a las proteínas

· 1970-1972: Se descubre la primera enzima de restricción (tijeras del ADN) lo que permite a Paul Berg fabricar el primer ADN recombinante

· 1974: Se clona un gen procedente de una rana

· 1977: Se clona el gen de una enfermedad humana, la anemia falciforme

· 1982: Se obtiene el primer animal transgénico, un ratón

· 1983: En células cultivadas se consigue corregir un defecto genético (Lesh Nyhan)

· 1987: Se propone la realización del Proyecto Genoma

· 1991: Se autorizan e inician los primeros ensayos de terapia génica

· 1994: Mapa del genoma humano, con 5.480 marcadores; se han clonado los genes de 32 enfermedades humanas y secuenciado decenas de millares de bases de otros genes; secuenciadas unas 25.000 secuencias de ADN complementario humano; comercialización inmediata de equipos capaces de secuenciar un millón de bases anuales;algunas de las primeras pacientes de terapia génica viven normalmente, tras 3-4 años de su intervención

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Por José Antonio Lozano Teruel

Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular.

Facultad de Medicina.

Universidad de Murcia.


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10. LA GENÉTICA MOLECULAR Y LA BIOTECNOLOGÍA

10.3. Aplicaciones biotecnológicas



NEUROCIRUGÍA MOLECULAR


27-11-1994

Cientos de millones de personas, concretamente más del 3% de la población mundial, sufren alguna enfermedad neurológica importante. En casi la tercera parte de tales casos, la patología está asociada a algún o algunos factores genéticos o hereditarios, es decir, a algunas alteraciones genéticas. En la mayor parte de las ocasiones, la evolución inexorable de las mismas conduce a deterioros neurológicos cada vez más intensos.

En todo caso, la incidencia de las enfermedades neurológicas que poseen componentes hereditarios es igual o supera a la de todo el resto de las patologías hereditarias. Desgraciadamente para esas graves afecciones neurológicas no existen en general tratamientos médicos o quirúrgicos de gran eficacia Hemos de limitarnos fundamentalmente a los meramente paliativos que, como máximo, consiguen modificar levemente, ampliándolo, el periodo de tiempo evolutivo del proceso. Entre esas enfermedades neurológicas se encuentran el síndrome de Down, epilepsias, el síndrome del X frágil, el de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, así como otras menos conocidas popularmente como las de Charot-Marie-Tooth, la de Krabbe, leucodistrofia metacromática, Lesch- Nyhan, etcétera.

TERAPIA GÉNICA.

Sin embargo, los brillantes logros de la biología y de la genética molecular hacen vislumbrar un posible próximo cambio en estas casi sombrías realidades. La solución radicaría en la terapia génica, en este caso denominable como una verdadera neurocirugía molecular. ¿Puede ser ello posible?. Vamos a tratar de responder a este interrogante, que es el mismo que hace menos de cinco años se planteaba en torno a la terapia génica de enfermedades no neurológicas. Las pruebas realizadas en los últimos tres años y las actualmente en curso se han encargado de responder, en el sentido de sustituir la interrogación por un signo de admiración. Ello se debe a los logros ya obtenidos en casos, por ahora en pequeño número, de deficiencias de adenosina desaminasa (los niños-burbuja), de Fibrosis cística (una de las patologías hereditarias más frecuentes y graves) o de hipercolesterolemia familiar.

La neurocirugía molecular aun está dando sus primeros pasos, pero las ideas parecen claras respecto a sus posibilidades. Se trataría, según el caso, de transferir un gen, incrementar su eficacia o de inhibirlo, con la particularidad de que los genes objeto de la manipulación se encuentran en las células nerviosas cerebrales. Lo que se pretende es prevenir la aparición de la enfermedad antes de que comiencen los síntomas o, si éstos ya están presentes, revertir o amortiguar su evolución negativa. El punto de partida es prometedor, ya que rápidamente los científicos están adquiriendo un conocimiento más exacto sobre los genes que están implicados en las enfermedades neurológicas degenerativas. Algunas de ellas son monogénicas, es decir, que tan solo está afectado un gen, lo que facilita enormemente la tarea. Además, a pesar de ser severas, en la mayoría de los casos los pacientes son normales cuando nacen y su deterioro tarda cierto tiempo en producirse, por lo que podría realizarse el correspondiente diagnóstico antes de que se evidenciaran los síntomas. Entre las enfermedades más abordables estarían las distrofias (adrenoleucodistrofia ligada al X, leucodistrofias metacromáticas, enfermedad de Krabbe), así como las enfermedades lisosomales (mucopolisacaridosis, lipidosis, gangliosidosis) y otras.

PARKINSON.

En cuanto a la más usual enfermedad de Parkinson, su solución parece más lejana. Sus síntomas aparecen como consecuencia de la pérdida de más del 90% de un grupo específico de células, de neuronas dopaminérgicas nigroestriadas. Aunque los síntomas no se evidencian normalmente hasta después de los 40 años de edad, uno de los problemas mayores es el de carecer de un método de diagnóstico presintomático que permitiera identificar con antelación a las personas que posteriormente vayan a desarrollar la enfermedad. Si ello fuera factible, aun sin identificar precisamente a los genes implicados en el desorden, podrían realizarse aproximaciones terapéuticas basadas en introducir en las células cerebrales genes productores de factores del crecimiento que frenasen la muerte celular de las neuronas nigrales. También se podrían trasplantar (de hecho se hace en algunos casos, en enfermos ya afectados) células productoras de L-dopa o de dopamina, tales como las fetales, cuya principal dificultad es su suministro, aunque se están realizando investigaciones para usar células modificadas en cultivo que ejerzan los mismos efectos.

Respecto a la enfermedad de Alzheimer, es positivo que recientemente se hayan identificado ciertos factores genéticos de riesgo, lo que sin duda facilitará el desarrollo de un método de diagnosis temprana. Esto es esencial para que la terapia pueda comenzar antes de que se inicie el deterioro, con las consiguientes muertes neuronales. Aunque por ahora las aproximaciones al respecto sean demasiado teóricas, se piensa en la posibilidad de la transferencia de ciertos alelos de lipoproteínas que muy recientemente se ha demostrado que protegen contra el desarrollo de la enfermedad. Otra posibilidad sería la de trasplantar genes que bloqueen la producción de la molécula precursora de la proteína beta-amiloide asociada a la enfermedad, o la transferencia de genes que consigan bloquear la apoptosis o muerte neuronal.

TUMORES.

Quizá el aspecto en el que se da un mayor avance clínico sea el relativo a los cánceres primarios o metastásicos del sistema nervioso central. Los tratamientos clásicos (radioterapia, cirugía, quimioterapia) no suelen ser demasiado eficaces. En estos casos no se trataría siquiera de descubrir el defecto responsable del tumor, sino tan solo de destruirlo. El asunto ya está al nivel de los primeros ensayos clínicos, consiguiéndose la introducción de un retrovirus especial, parecido al del SIDA, muy infectivo, pero que está modificado de modo que solo infecta a las células en división tales como las tumorales, pero no a las normales, es decir, a las neuronas desarrolladas. Al retrovirus se le inserta asimismo un gen timidina quinasa, de manera que, una vez realizada la transferencia vírica, si se suministra una sustancia especial, el ganciclovir, en las células infectadas con el retrovirus tiene lugar la expresión del gen timidina quinasa lo que provoca que el ganciclovir se convierta en un producto tóxico para las células tumorales, que provoca su destrucción específica sin que se afecten las sanas.

Con animales de experimentación se han logrado excelentes éxitos y los primeros ensayos clínicos en pacientes humanos están resultando muy esperanzadores.

En España existe en fase operativa al menos una Investigación clínica usando este tipo general de aproximación.

El grupo investigador está dirigido por una bióloga molecular y en el mismo se integran otros componentes, incluyendo a neurocirujanos.

Cuentan ya con todas las preceptivas autorizaciones para aplicar los protocolos correspondientes a una serie de unos 10 pacientes que se encuentren en fase terminal con diversos tipos de cánceres cerebrales.

También su experiencia previa sobre ratones ha sido excelente y cabe desearles éxito para que cada vez más se vaya consolidando este nuevo campo de la Neurocirugía molecular. Del mismo se ocupará asimismo la reunión Internacional sobre Terapia Génica que, auspiciada por la Fundación Banco de Bilbao y la Fundación Valenciana de Estudios Avanzados, se celebrará del 28 al 30 de noviembre próximo en Valencia. Se trata de una continuación de los otros dos encuentros realizados en los últimos años que se ocuparon de otros aspectos relacionados con el genoma humano.

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BACTERIAS RESUCITADAS

28-05-1995

El argumento del filme Parque Jurásico se basaba en un hecho, hoy por hoy, científicamente fantástico: la recuperación del genoma o material genético de un dinosaurio, cuyo ADN se encontraba en la sangre que le había chupado un mosquito. Concretamente, en el tracto digestivo de un mosquito, que había quedado fosilizado tras su inclusión en un trozo de ámbar.

Sin embargo, si no con un dinosaurio, si parece que se ha conseguido una resurrección real de esta clase, en un ser mucho menor, una bacteria. Ésta, había permanecido, de 25 a 40 millones de años, incrustada en forma de espora en el vientre de una abeja fosilizada, en el interior de un trozo de ámbar.

FOSILIZACIÓN.

En el número correspondiente al pasado día 19 de mayo, en la revista Science, Raúl J. Cano, un microbiólogo de la Universidad Politécnica Estatal San Luis Obispo, California, y su estudiante de doctorado Monica Borucki, han publicado un gran trabajo. Relatan el aislamiento de unas esporas de bacterias de la cavidad abdominal de una abeja, la conocida como Problebeia dominicana. La abeja había permanecido fosilizada en una incrustación de ámbar, cuya edad podría alcanzar los 50 millones de años. Este es un tipo de abeja que se suele encontrar frecuentemente incrustada en muestras fósiles de ámbar, posiblemente porque muchas de ellas quedaban atrapadas cuando, en vida, intentaban recoger bolitas de resina, para construir sus panales.

Hasta la fecha, desde hace largo tiempo, muchísimos investigadores, partiendo de restos fósiles, han intentado extraer el material genético de criaturas extintas hace miles de años. Aun cuando habían creído haber recuperado algo del ADN, copiarlo y amplificarlo por la técnica conocida como PCR (Polymerase Chain Reaction), posteriormente, casi siempre comprobaban que se trataba de ADN procedente de alguna contaminación en la manipulación.

Pero éste no parece ser el caso actual, en el que se han dado circunstancias muy notables. En primer lugar, el que la bacteria esporule y haya podido permanecer en su estado de espora durante tantos millones de años. En la práctica, la esporulación significa un mecanismo muy efectivo para la preservación. Efectivamente, la falta de nutrientes hace que muchas bacterias, incluidas las cepas vivas actuales de la Bacillus sphaericus, prácticamente idénticas a las presumiblemente encontrada en forma fósil, pasen a la forma de espora. Sucede así que se recubren de una gruesa capa protectora de proteína y consiguen que su metabolismo se reduzca hasta niveles prácticamente imperceptibles.

ESPORULACIÓN.

El material genético, el ADN, es muy frágil y, espontáneamente, puede sufrir cada cierto tiempo modificaciones, que se irían acumulando haciendo que el producto final se degradase y fuese muy diferente al inicial. Algunas de estas mutaciones espontáneas son el origen del fenómeno que conocemos como evolución biológica. Entonces, ¿cómo es posible que, en la bacteria esporulada, ese frágil material químico no se haya estropeado a lo largo de miles de millones de años?. La razón es que, cuando se produce la esporulación, el genoma de la bacteria, consistente en un solo cromosoma, queda deshidratado, lo que estabiliza perfectamente a esa molécula. Más aun, este proceso de esporulación provoca que el cromosoma se una a ciertas proteínas denominadas SASP (Specialized Acid-soluble Spore Proteins). Con ello se consigue modificar la estructura del ADN y se evita el que los genes reaccionen con moléculas dañinas para ellos, sobre todo con las especies oxigenadas reactivas. Tampoco se puede ignorar otro elemento protector importante, cual es el propio ámbar endurecido, que proporciona una especie de cierre hermético protector alrededor de la abeja.

La capacidad de resistencia de las esporas bacterianas se hace tan grande que, a menudo, pueden resistir condiciones de esterilización, en autoclaves, sin morir y, desde luego, si mueren, cualquier otra forma de vida ha muerto antes. Así, es un ejemplo bien conocido por los microbiólogos, que las esporas que colocó el gran científico Luis Pasteur en unas ampollas, hace casi 100 años, fueron estudiadas por otros científicos, en 1956, comprobando que aun seguían vivas.

RESURRECCIÓN.

En el caso que nos ocupa hoy, para recuperar las bacterias, tras los 50 millones de años transcurridos, los investigadores, primeramente, esterilizaron el ámbar que recubría la abeja. En condiciones asépticas lo abrieron, disecaron el estómago de la abeja y colocaron las esporas en un medio de cultivo. Las esporas normales, en contacto con nutrientes tales como glucosa y aminoácidos, pronto son capaces de salirse de su envoltura y comenzar a crecer y multiplicarse. Y esto mismo fue lo que ocurrió en este caso. Al cabo de dos semanas los microorganismos habían crecido, lo que permitió proceder a su estudio biológico y bioquímico, encontrándose que eran muy parecidas, aunque no exactamente iguales, a las bacterias Bacillus sphaericus, que, actualmente, siguen parasitando a ciertas abejas dominicanas.

Más aun, los bancos de datos hoy existentes de secuencias genéticas permiten comparar fácilmente las secuencias de bases de los ácidos nucleicos entre sí. Cuando se intentó, con la secuencia de un fragmento de ADN, conocido como S16 del ADN ribosómico, se halló, como era lógico, que el del microorganismo resucitado era idéntico al preexistente en las esporas del abdomen de la abeja. Pero, también se comprobó que, de entre otros muchos comparados, el más semejante, el que más se parecía al ADN de la bacteria fósil era el ADN de la actual Bacillus sphaericus.

Los biólogos de la evolución esperan mucho del análisis comparado y minucioso de todos y cada uno de los genes de esta bacteria, que vivió hace tantos miles de millones de años y que ha sido resucitada ahora. Al relacionarlos, con todos y cada uno de los genes de la bacteria evolucionada hoy existente, podrá obtenerse informaciones valiosísimas sobre los mecanismos y la velocidad de los procesos evolutivos, aclarándonos algunas relaciones entre las antiguas y las modernas criaturas.

En todo caso, el ejemplo comentado hoy, hace evidente que, en la Ciencia, frecuentemente la realidad alcanza y supera la propia ficción. La velocidad de los hallazgos científicos sigue estando en una fase exponencial, lo que significa que la sociedad de nuestros hijos y nuestros nietos será radicalmente diferente a la que a nosotros nos está tocando vivir.

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Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular.

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10. LA GENÉTICA MOLECULAR Y LA BIOTECNOLOGÍA


10.3. Aplicaciones biotecnológicas




LA BIOTECNOLOGÍA Y EL TRIÁNGULO


18-06-1995

La biotecnología se puede definir como "la tecnología que aplica la potencialidad de los seres vivos, y su eventual modificación selectiva y programada, a la obtención de productos, bienes y servicios".

Si hubiésemos de encontrar referencias históricas a un primer biotecnólogo, probablemente acudiríamos a la Biblia, donde se describe a Noé como conocedor del proceso de obtención del vino. Es decir, lo que hoy sabemos es la fermentación alcohólica efectuada por unos organismos, levaduras, que transforman los azúcares de partida hasta el producto final, el etanol. Pero, a pesar de su antigüedad histórica, en realidad lo que realmente nos interesa es la nueva biotecnología, nacida directamente de los grandes progresos científicos de los últimos 20 años. Principalmente los acaecidos en los campos de la biología celular, la bioquímica y biología molecular, la microbiología, la inmunología y, destacadamente, la ingeniería genética, avances que han posibilitado el conocimiento y manipulación de los genomas de los seres vivos.

BIOTECNOLOGÍA.

Como ha escrito recientemente el científico español Emilio Muñoz: "...la propia naturaleza interdisciplinar y pluridisciplinar de la biotecnología permite la orientación de su aplicabilidad a todos los sectores, desde la agricultura hasta los servicios. De hecho se convierte en la tecnología con más amplio campo potencial de utilización ya que permite incidir en un gran número de problemas...tales como la preparación de una vacuna contra el SIDA...o la descontaminación de una cuenca industrial que posea riqueza turística".

Tres ejemplos pioneros nos ayudarán a comprender las amplias posibilidades de la biotecnología.

El primero, una aplicación farmacéutica, fue la obtención de insulina humana sintetizada por bacterias, comercializada por Eli Lilly en 1982, constituyendo el paradigma de una nueva generación de fármacos en la terapia de un cada vez más amplio abanico de enfermedades. Ésta es la cara brillante de la moneda, pero no olvidemos el gran esfuerzo que supone el lanzamiento de un nuevo fármaco biotecnológico, sus inversiones cifradas en centenares de millones de dólares, las dificultades y tiempos, superiores a los diez años, para su aprobación, etcétera.

El segundo ejemplo es el de la terapia génica. No hace tantos años que el Premio Nobel de Medicina Sir Farlane Burnet consideraba tan difícil su aplicación práctica como "alcanzar las últimas divisiones del tiempo". Por ello, las niñas Ashanti DaSilva y Cynthia Cutshall, que desarrollan una vida prácticamente normal, representaron el hito de ser los dos primeros pacientes tratados con éxito con terapia génica por padecer una inmunodeficiencia severa combinada, por carencia congénita de la enzima adenosina desaminasa. En 1995, son varias las decenas de protocolos aprobados de terapia génica en todo el mundo, pero desde luego nos encontramos aun muy lejos de su aplicabilidad práctica generalizada en los centros hospitalarios.

El tercer ejemplo, es el del primer tomate transgénico biotecnológico, el Flavr Savr, de lenta maduración tras su recolección, comercializado en los EE.UU. por la firma Calgene. Sin duda, un gran éxito científico y técnico, pero con inversiones cuantiosísimas y grandes dificultades de aprobación y comercialización, por lo que la compañía ha seguido dando pérdidas en el año 1994.

Lo mismo ha lo sucedido con la mayoría de las 15 principales empresas agrobiotecnológicas americanas que, en los últimos años, vienen presentando balances negativos, aunque parece que pronto se alcanzará el punto de inflexión. En efecto, en 1994 sus ventas se incrementaron un 12% respecto a las del 1993, alcanzando unos 460 millones de dólares, mientras que las pérdidas se redujeron en ese mismo tiempo en un 35%, llegando incluso cinco de esas compañías a obtener beneficios netos en 1994.

Tras los Estados Unidos, las otras potencias biotecnológicas mundiales serían Japón y Europa occidental. La Unión Europea, ha dispuesto de varios programas sucesivos de apoyo biotecnológico, tales como el BEP (Biomolecular Engineering Programme), el BAP (Biotechnology Action Programme) y el Bridge (Biotechnology Research for Innovation Development and Growth).

En ellos, la participación española ha tenido cierta entidad, aparte de otras actuaciones propias, como el Programa Nacional de Biotecnología, todo lo cual hace aparecer como elemento común, en nuestro país, una buena productividad científica y una discutible realización industrial. Según el ya citado Emilio Muñoz, en España la biotecnología es una prioridad razonable ya que se dispone de un potencial científico adecuado, aunque "la industria española relacionada, incluso la más innovadora...no parece haber apostado inicialmente por la biotecnología".

EL TRIÁNGULO.

Es este contexto el que permite valorar en sus justos términos la iniciativa del Club de Inversores, formado por inquietos e innovadores empresarios alicantinos presididos por José Orts, de la creación del Polo Biotecnológico de Aplicación Industrial. Se inscribe dentro del programa de generación de actividad industrial en el triángulo Alicante-Elche-Santa Pola. Sus impulsores son conscientes de que la biotecnología se está convirtiendo en una herramienta clave para gran número de industrias y procesos productivos relacionados con la salud, la agroalimentación o el medio ambiente. Estos sectores en nuestro país pueden superar el equivalente al 15% del producto interior bruto.

Desde una perspectiva práctica, con el objetivo de motivar y preparar al tejido industrial ya existente, la propuesta, en un primer escalón, consiste en poner en marcha un Centro de Biotecnología Aplicada para que sirva de embrión inicial de ese Polo de Desarrollo Industrial.

Desde finales de 1992, la labor realizada ha sido intensa, cubriendo contactos, propuestas y convenios con decenas de Instituciones europeas y españolas, Centros científicos nacionales y regionales, grandes empresas biotecnológicas, Universidades de Alicante y León. Ello finalizó con la elaboración de un programa concreto de actuación dividido en dos fases sucesivas, precompetitiva y competitiva respectivamente. También se abordó la elaboración de un libro blanco sobre "Proceso de mejora e innovación en Industrias tradicionales y explotación de recursos naturales autóctonos", así como la puntualización del organigrama del Centro, con cuatro áreas tecnológicas, Biofísica, Química de Proteínas, Química de Ácidos Nucleicos e Inmunología. La dirección científico-técnica se encomendará a un gran profesional, el químico alicantino Rafael Llopis, quien no solamente cuenta con un brillantísimo curriculum científico internacional, sino también con el excepcional bagaje de su experiencia previa, como director del instituto Kabi-Pharmacia, en la dirección y la gestión de proyectos industriales biotecnológicos

COLABORACIONES.

Según el propio Club de Inversores, parece arriesgado, en las presentes circunstancias, invertir en Ciencia básica, si ésta no está directamente relacionada con un área de negocio propia bien consolidada.

Consiguientemente, el modelo propuesto de interacción con la Universidad, consiste en la creación de un Instituto Tecnológico Universidad-Empresa.

El 50% de la actividad se dedicaría a promocionar la Investigación básica de temas biológico-químicos de interés regional.

El otro 50% se reservará a las labores precompetitivas y competitivas gestionadas empresarial e íntegramente por el Club de Inversores.

Se buscará la rentabilidad a corto plazo de las iniciativas, por lo que tendrán prioridad no las grandes y pretenciosas realizaciones biotecnológicas, sino aquellas que posean mayores posibilidades de ser aplicadas industrialmente, con un menor esfuerzo.

Si la propuesta alcanzase el éxito que merece el esfuerzo que se está desarrollando, sus efectos positivos redundarían no solo al área geográfica del Triángulo, sino a un ámbito mucho más amplio e interprovincial. En efecto, según la Oficina de Evaluación de Tecnologías del Congreso de EE.UU "la biotecnología puede conducir a la comercialización de productos que pueden mejorar dramáticamente la salud humana y animal, el suministro de alimentos y la calidad del ambiente...y...muchas aplicaciones de la biotecnología se consideran ahora por parte de muchas compañías y gobiernos del mundo como esenciales para el crecimiento económico".

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BIOORDENADORES EN TUBOS DE ENSAYO


31-01-1997

Ni el más potente de los superordenadores actuales sería capaz de encontrar una solución para el problema de un representante de comercio al que se le encargara realizar una visita a cada uno de los mil posibles clientes del país, en un orden tal que el recorrido resultante fuese el mínimo.

Sin embargo, existen fundadas esperanzas de que, en un futuro no lejano, la solución se pueda alcanzar en el laboratorio, usando tubos de ensayo, manipulando moléculas de ADN, el ácido desoxirribonucleico, la base de nuestro material genético. El problema propuesto es un ejemplo clásico de los conocidos como caminos hamiltonianos, basados en grafos orientados, lo que es sinónimo de un conjunto de puntos (la ubicación de los clientes: los vértices), que se unen entre sí por segmentos de sentido único (camino recorrido entre dos clientes consecutivos: los enlaces). Desde el punto de partida A hasta el punto de llegada Z un recorrido hamiltoniano tendría que usar esos enlaces de modo que se pasase una sola vez por cada uno de los vértices del grafo.

DIFICULTADES.

Este es tan solo uno de la multitud de ejemplos matemáticos posibles de algoritmos de tipo NP-completo. La dificultad ascendente de los algoritmos va desde los P hasta los NP-completos (P es abreviatura de polinómicos y NP de no-polinómicos). Los más sencillos, de la clase P, se resuelven en tiempo polinómico, es decir que si el número n de datos del problema aumenta, el número de etapas del algoritmo solución también lo hace, pero siempre es menor que una determinada potencia de n, con lo que la amplitud del cálculo queda dentro de límites razonables. En cuanto a los algoritmos NP-completos, más complejos, poseen la propiedad de que si se supiese resolver uno de ellos, en tiempo polinómico, se sabría hacer lo mismo para el resto de problemas NP-completos: de ahí su importancia teórica.

El ejemplo del representante de comercio, si tuviese un número reducido de vértices o clientes, 6 ó 7, no sería difícilmente resuelto con un ordenador moderno, pero conforme aumente el número de datos la complejidad se incrementaría exponencialmente, por lo que para 1000 lugares la solución no sería posible hoy día.

LIMITACIONES.

Los ordenadores actuales usan en todos los circuitos de cada chip un código binario (0/1) e interruptores conexión/desconexión, consiguiendo con la acumulación de estos sistemas resolver, desde una simple suma hasta complejas ecuaciones diferenciales. Un ordenador convencional puede efectuar un millón de operaciones por segundo y la realización de cada cien millones de operaciones supone el consumo de energía de un julio, que equivale a la energía necesitada para mantener encendida una bombilla de 100 vatios durante un segundo. En cuanto a capacidad de información los actuales sistemas, tales como las cintas magnéticas, pueden almacenar información con una densidad de un bit por billón de nanómetros cúbico (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro).

Hace algún tiempo el Dr. Adleman, de la Universidad de California del Sur, tuvo la idea revolucionaria de explorar la posibilidad de usar secuencias de ADN (ácido desoxirribonucleico) y técnicas de biología molecular para resolver problemas de tipo combinatorio. Como punto de partida debemos recordar que el ADN posee un código de cuatro letras A, T, G, C (cada letra representa una base o nucleótido diferente, ubicada en un determinado sitio de la secuencia), en lugar de un código con dos números. Otras características del ácido son la de la fácil asociación entre las cadenas de ADN con secuencias complementarias de bases (A lo es de T y G lo es de C). Por otra parte, la técnica PCR de biología molecular permite obtener números astronómicos de copias de una o unas determinadas moléculas iniciales de ADN lo que es como trabajar con multitud de sistemas en paralelo. Es interesante conocer que con sistemas biológicos de este tipo, la velocidad de las operaciones puede superar el millón de veces la de un ordenador convencional, la eficacia energética sería más de diez mil millones de veces mayor y la densidad de información puede multiplicarse por un factor de un millón.

LA SOLUCION.

El Dr. Leonard Adleman, y posteriormente otros grupos investigadores, han abordado la solución biológica de diversos problemas, entre ellos el relativamente sencillo del representante de comercio que debe visitar hasta siete lugares diferentes con el menor recorrido. Para conseguirlo, sintetizaron en el laboratorio ramas de ADN de secuencias determinadas conocidas, con una longitud de 20 nucleótidos o letras, de modo que a cada uno de los siete vértices del camino le corresponde una de esas ramas (diferentes entre sí) codificadoras. A continuación, fabricaron ramas codificadoras de recorridos entre vértices, es decir caminos codificadores. Por ejemplo, entre el vértice 1 y el vértice 2 el camino codificador sería una rama de ADN consistente en las últimas diez letras representativas del vértice 1 más las primeras diez letras representativas del vértice 2. Y la misma operación se repite para cada uno de los distintos caminos posibles entre los diferentes vértices. El paso posterior consistió en mezclar cantidades iguales de las secuencias complementarias que codifican todos los vértices con todas las secuencias de los diferentes caminos entre vértices. De ese modo se obtienen multitud de posibles combinaciones (unos 30 billones por cada vértice) quedando, cada una de ellas con continuidad molecular (una sola molécula para el recorrido global), gracias a la acción unidora de ciertas enzimas ligasas que unen cada camino con los vértices que le corresponden.

La complejísima mezcla así conseguida se amplifica mediante la técnica de PCR, para obtener suficiente cantidad de moléculas y poder separar las que nos interesen. Con técnicas de hibridaciones complementarias, primeramente se seleccionan entre toda la multitud de soluciones aquellas moléculas de ADN que comienzan en el vértice 1 y que finalizan en el 7. Después, entre éstas, se separan, mediante técnicas de electroforesis en gel, la de menor tamaño que pase una sola vez por cada vértice. Ésta será la solución al problema.

En el caso del ejemplo que se hizo en el laboratorio la solución fue 1® 6®3®2®4®5®7. Mediante aproximaciones parecidas se pueden abordar otras muy diversas situaciones.

Aunque, por ahora los ordenadores biológicos sean tan solo una realidad académica, las posibilidades abiertas son fascinantes ya que sus tiempos de resolución no deben aumentar exponencialmente con la magnitud del problema, hecho que es inevitable en los ordenadores actuales. Pero es importante ser conscientes de que aun se desconoce si los errores introducidos por las diferentes manipulaciones químicas harán controlables o no los sistemas. Las investigaciones futuras serán las que nos indicarán las posibilidades reales de los ordenadores biológicos.

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Por José Antonio Lozano Teruel

Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular.

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LAS ARMAS DEL BIOTERROR

28-10-2001

En tres centros comerciales de tres grandes ciudades americanas se han esparcido unos aerosoles que contienen virus de la viruela. Nadie se apercibe de nada hasta que transcurridos unos 12 días comienzan a llegar a las urgencias hospitalarias pacientes aquejados de fiebre y sarpullidos. Pero el contagio es ya inevitable. A las tres semanas existen 16.000 afectados y 5.000 fallecidos. A los dos meses los infectados son tres millones y las muertes superan el millón de personas. Y la epidemia continúa creciendo...

¿Alarmismo?. Afortunadamente, por ahora se trata de una mera simulación. Pero es una simulación basada en supuestos científicos y que ha sido recogida en medios de comunicación tan solventes como el New York Times y el BusinessWeek. Los episodios del ántrax han hecho que la sensibilidad y el temor hacia el bioterrorismo se hayan despertado en todo el mundo. Lo peor es que no faltan motivos de preocupación para ello. Comentaremos algunos de los aspectos más relevantes del problema.

BIOTERRORISMO.

Según el Dr. Henderson, experto científico americano, lo más destacable respecto al escenario bioterrorista es el hecho de ser muy diferente al tradicional. La liberación del agente biológico es silenciosa e indetectable ya que su lanzamiento (al contrario de un arma convencional, química o nuclear) puede ser invisible, inodoro e insípido, en forma de un aerosol o gas, capaz de penetrar en áreas interiores. Además, existen miles de armas biológicas potenciales, aunque realmente solo unas pocas reúnen las características necesarias para un uso realmente peligroso. Las cuatro más terribles serían las basadas en los agentes patógenos de la viruela, la peste, el ántrax y el botulismo.

Al contrario de lo que se piensa usualmente, la guerra biológica no es una novedad. Posee su historia. Hace más de 600 años, en 1347, en el asedio de Caffa, en Crimea, se restregaron los cadáveres de personas fallecidas víctimas de la peste sobre las paredes de las murallas como medida de protección contra los atacantes. Ello ocasionó que, posteriormente, los barcos genoveses llevaran el bacilo de la peste (Yersinia pestis) hasta Europa, ocasionando la epidemia que se conoció como la "Muerte Negra". Más recientemente, en la 2.ª Guerra Mundial, los alemanes llegaron a infectar con muermo diversos cargamentos de víveres destinados a las tropas aliadas. Y en la pasada década, en al menos 30 ocasiones, los seguidores de la secta japonesa Aum Shinrikyo vaciaron aerosoles conteniendo toxina del botulismo en Tokio y en algunas instalaciones militares americanas de Japón.

La toxina del botulismo ha sido la más escogida en muchos de los intentos de ataques biológicos. Se trata de una proteína dimérica, cuya cadena peptídica ligera posee una actividad proteolítica endopeptidasa que al actuar evita que las vesículas que contienen acetilcolina se fundan con la membrana terminal de los axones motoneuronales. La consecuencia inmediata es la parálisis muscular. La dosis letal humana por inhalación es inferior a los 0,9 microgramos. Hay que recordar que Irak, tras la Guerra del Golfo, admitió ante los inspectores de Naciones Unidas, la producción y tenencia de unos 19.000 litros de una disolución concentrada de toxina de botulismo y que 10.000 litros ya se habían colocado en armas militares portadoras. Con tal ingente cantidad de toxina, por inhalación, teóricamente se podría haber matado tres veces a toda la población mundial. Se sabe que, no solo Irak, sino Irán, Corea del Norte y Siria han desarrollado programas de producción de toxina del botulismo

VIRUELA.

Preocupa tanto o más que el botulismo. Se trata de una enfermedad eruptiva contagiosa originada por un virus, el Ortho poxvirus, miembro de la familia de lo poxviridaes. El tiempo medio de incubación es de 8-14 días, con aparición de escalofríos, fiebre, dolor de cabeza y de espalda, evolucionado con la aparición de erupciones cutáneas. Por ello, en caso de epidemia, no sería reconocida, hasta 2-3 semanas de su provocación. Hace más de 20 años que se confirmó el último caso de viruela en el mundo y se interrumpieron las vacunaciones. Por ello, hace casi dos décadas que la OMS la declaró como una enfermedad erradicada y en 1997 solicitó que se destruyesen todas las muestras conservadas existentes en los laboratorios de todo el mundo. Por tanto, actualmente, más del 80% de la población mundial, sobre todo la más joven, ha quedado desprotegida inmunológicamente ante una enfermedad cuya tasa de mortalidad podría superar el 30% de los afectados. Con la complicación adicional de que actualmente no existen productores, a gran escala, de vacunas contra la viruela, capaces de contrarrestar rápidamente el brote de una posible epidemia ocasionada por el bioterrorismo.

Otra preocupación respecto a la viruela ha sido que, recientemente, se ha señalado la aparición en África, de una variedad de viruela (ocasionada por un poxvirus simio) propia de los simios que ha pasado y afectado a algunos humanos, posiblemente tras su ingesta de carne de mono. En un primer momento, se pensó en el peligro epidémico que ello podría supones. Pero parece que, por lo conocido hasta ahora, solo se realiza la transmisión simio-humano, pero no la de humano-humano.

ÁNTRAX.

La actual situación en Estados Unidos ha confirmado que el bioterrorismo ya no es solo una especulación sino una desgraciada realidad. La preocupación al respecto se generaliza, incluyendo a los científicos, para intentar contrarrestar sus efectos. Hace unos días la prestigiosa revista Nature ha puesto en marcha en Internet unas páginas de acceso libre para proporcionar la última información científica sobre el ántrax y otras potenciales armas biológicas. Su inauguración coincide con dos esperanzadoras investigaciones en relación con el ántrax.

Hay que recordar que el agente causante del ántrax, la bacteria Bacillus anthracis, produce una toxina compuesta de tres proteínas: antígeno protector (AP), factor edema (FE) y factor letal (FL). AP se enlaza a receptores celulares situados sobre las membranas de las células huéspedes y, tras una cierta modificación química (una proteolisis) se enlaza a las otras dos proteínas FE y FL, facilitando su introducción al interior de la célula huésped, donde ejercen sus efectos patogénicos.

Una de las investigaciones, la dirigida por el Dr. Bradley, ha conseguido clonar el gen de la proteína receptora de la toxina del ántrax, es decir, de la proteína reconocedora y receptora para la AP. La segunda Investigación, dirigida por el Dr. Pannifer, ha caracterizado y determinado la estructura cristalina de la FL, que es una enzima que actúa favoreciendo la liberación de otra enzima MAPKK (Mitogen Activated Protein Kinase Kinase) que desorganiza los mecanismos de señalización celular en la célula huésped. Otra tercera Investigación reciente ha sido la dirigida por el Dr. Dietrich, en la Facultad de Medicina de Harvard, localizando, en ratones, un gen que los hace resistentes a la toxina del ántrax.

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[Ge. Pe.]

Por José Antonio Lozano Teruel

Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular.

Facultad de Medicina.

Universidad de Murcia.


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FÁBRICAS BACTERIANAS DE PLÁSTICOS

22-11-2002

Hace unas décadas la Química era incapaz de obtener los materiales plásticos que hoy nos rodean por doquier como componentes indispensables de nuestro modo de vivir. El aumento del consumo de materiales plásticos es contínuo. En 1974 se consumían 11 kilos por persona, quince años después la cifra se había triplicado y, posteriormente, el ritmo de crecimiento ha continuado en ascenso. Ello ha obligado a la construcción de grandes complejos químicos para su obtención (el de General Electric lo encontramos en nuestra inmediata cercanía geográfica), realizada usualmente a partir de sustancias obtenidas a partir del petróleo.

La publicación, de una excelente investigación en el número de diciembre de la revista Nature (Materials), sobre la producción de materiales plásticos, concretamente termoplásticos, por células vivas, por bacterias, abre una nueva posibilidad futura, la de la sustitución o adaptación de los grandes complejos químicos por la obtención biológica industrial de plásticos.

TERMOPLÁSTICOS.

Los plásticos son polímeros, es decir, cadenas formadas por estructuras químicas repetitivas. Su nombre responde a que, generalmente, bajo la influencia del calor, son capaces de incrementar su capacidad de fluir en estado semisólido y de adoptar una forma que, una vez enfriados son capaces de mantener. Entre los polímeros más abundantes en los plásticos se encuentran: polietileno, polipropileno, poliestireno, poliésteres, policarbonato, PVC, polimetacrilato de metilo, etcétera.

Uno de sus clasificaciones se basa en la distribución en el espacio de las cadenas cuando el plástico está solidificado, estableciéndose las categorías de elastómeros, termoestables (o termoendurecibles) y termoplásticos. Los primeros se caracterizan por una fácil degradación frente al calor y una ireversibilidad del proceso de moldeado, esto es, una vez moldeados no se pueden volver a utilizar como materia prima. Los termoestables presentan respecto al resto de plásticos una mayor resistencia térmica ya que al aportar más calor no logra romperse la estructura de cadenas, por lo que difícilmente se pueden volver a fundir para su reutilización. Su mayor resistencia térmica es directamente proporcional a una mayor fragilidad.

En los termoplásticos, que representan el 78-80% de consumo total de los plásticos, no suele existir ningún tipo de enlace químico fuerte entre sus cadenas, por lo que su estructura es como un entrecruzamiento caprichoso y liado de cadenas a modo de ovillo de lana. Un aporte de calor permite que las cadenas puedan desliarse y resbalar unas sobre otras confiriendo el llamado estado viscoelástico. Por tanto, los termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se calientan se reblandecen y pueden moldearse a presión y su propiedad esencial es que existe una temperatura en la que las cadenas adquieren suficiente energía para poder desplazarse unas respecto a otras. A esta temperatura se la denomina temperatura de transición del estado vítreo ("glassy temperature") Tg. Los polímeros termoplásticos son rígidos por debajo de Tg y deformables por encima de esta temperatura. Es decir, que si la aplicación del polímero exige que posea rigidez a temperatura ambiente (por ejemplo si va a utilizarse para construir tuberías o envases), debe cumplirse que Tg > Tambiente, aunque no interesa tampoco que Tg sea demasiado grande, pues esto dificultaría el procesado del polímero.

CLASES.

Existen muy variados e importantes clases de termoplásticos. Entre ellos:

a). Polietileno, el termoplástico más usado en nuestra sociedad. Los productos hechos de polietileno van desde materiales de construcción y aislantes eléctricos hasta material de empaque. Es un plástico barato que puede moldearse a casi cualquier forma, extruirse para hacer fibras o soplarse para formar películas delgadas.

b). Polipropileno, cuya aplicación como un excelente termoplástico esperó hasta las dos últimas décadas, debido a la falta de una producción directa del propileno, subproducto de las industrias petroleras, y a la carencia de un catalizador capaz de producir un polímetro esteroregular. Las propiedades y usos del polipropileno comercial varían de acuerdo al porcentaje de polímero isotáctico cristalino y del grado de polimerización. En general, destaca su dureza, alta resistencia a la abrasión y al impacto, su excelente transparencia, y que no es tóxico. Los artículos hechos con polipropileno tienen una buena resistencia térmica y eléctrica además de baja absorción de humedad. Sus usos van desde bolsas que se pueden meter al horno para cocinar alimentos, a suelas de zapatos.

c). Cloruro de polivinilo (PVC) en sus variedades rígidas o flexible. Ambos tienen alta resistencia a la abrasión y a los productos químicos. Las resinas de PVC casi nunca se usan solas, sino mezcladas con diferentes aditivos.

d). Poliestireno y copolímeros de estireno, que suponen el tercer termoplástico de mayor uso, debido a sus propiedades y a la facilidad de su fabricación. El poliestireno es una resina clara y transparente con un amplio rango de puntos de fusión y fluye fácilmente, lo que favorece su uso en el moldeo por inyección.

e) Otros polímeros, como el copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), que son duros, con alta resistencia mecánica, por lo que son de los pocos termoplásticos que juntan la resistencia con la dureza. Se combina con otros plásticos, por ejemplo, el ABS con el PVC nos da un producto de alta resistencia al calor, lo que le permite encontrar amplio uso en la construcción de televisores o en las porciones moldeadas de automóviles, que lo contienen en un porcentaje significativo.

BACTERIAS.

La industria de los plásticos presenta importantes problemas ambientales relacionados con su producción y su reciclado o eliminación.

Por ésta y otras razones, el uso de sistemas biológicos podría ser de gran interés.

Se conoce hasta ahora que los sistemas vivos pueden producir seis principales clases de polímeros. Entre ellos se encuentran los polioxoésteres, que son polímeros termoestables. Dos características muy notables de esta clase de polímeros son las de su biocompatibilidad y su degradabilidad. Por ello, algunas de sus variedades, producidas clásica e industrialmente, ya poseen aplicaciones biomédicas. Los análogos azufrados de los polioxoésteres serían los politioésteres que, hasta ahora, no se habían producido industrialmente. El artículo de investigación citado al comienzo del texto explica cómo los investigadores, mediante la inserción de tres genes a bacterias Escherichia coli alimentadas con ácidos mercaptoalcanoicos, en lugar de su dieta natural, fueron capaces de producir politioesteres puros que eran termoplásticos, capaces de resistir la degradación térmica, a temperaturas superiores a la de los polioxoésteres termoplásticos, lo que abre la puerta de la investigación sobre sus aplicaciones potenciales.

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[Ge. Pe.]

En:

Por José Antonio Lozano Teruel

Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular.

Facultad de Medicina.

Universidad de Murcia.


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10.3. Aplicaciones biotecnológicas


INTIMIDADES EN LOS BANCOS


25-04-2003

En 1983, A. B. Butler, un negro americano, fue condenado en Texas, donde no se aplica la pena de muerte, a 99 años de prisión, por el rapto y violación de una joven blanca, tras arrancarle la policía una confesión de culpabilidad.

Pasó 16 años encarcelado y fue liberado a comienzos de 1999, siendo absuelto posteriormente.

Fue su ADN el que le salvó de la cadena a perpetuidad al igual que sus respectivos ADN han demostrado la inocencia de más de un centenar de americanos condenados judicial pero injustamente a penas muy graves, varios de ellos, incluso, a penas de muerte.

El de Butler es un ejemplo típico de aplicación forense de una identificación genética.

Pero el complejo tema de la información genética, sus clases, su archivo en bancos de datos y sus posibles utilizaciones es muy importante, nos incumbe a todos. Por ello, en la colaboración de esta semana abordaremos los tipos de bancos de datos genéticos que pueden existir y, próximamente, trataremos de otros aspectos de tipo biomédico, forense, ético y legal.

GENOMA.

El ADN o ácido desoxirribonucleico es el portador de la información genética de nuestros cromosomas, expresada funcionalmente en forma de genes.

Constituye nuestra individualidad biológica más preciada.

Una pequeña proporción del ADN total, cerca de un 10%, es el ADN codificante o expresivo, es decir, que almacena la información genética de nuestros genes.

El resto, la mayor parte, es un ADN no codificante (a veces, popularmente se le ha denominado ADN basura) porque no codifica directamente la secuencia de proteínas aunque, sin duda, juega un papel importante en la estructura y función de los cromosomas y, sobre todo, en los conocidos como puntos calientes de recombinación.

El Proyecto Genoma Humano nos está descubriendo las secuencias básicas del ADN codificante, es decir el orden relativo en el que se van situando linealmente las 4 bases constituyentes de la cadena polinucleotídica: (A)denina, (T)imina, G(uanina) y ©itosina.

Por otra parte, los estudios de los polimorfismos de nucleótidos simples nos irán dando a conocer, en el futuro, las características y diferencias puntuales de cada individuo respecto a esas secuencias básicas. En la actualidad son ya miles los genes diferentes identificados y muchos de ellos se han aislado y se conoce su secuencia completa.

En cuanto al ADN no codificante, en principio puede ser de dos tipos: ADN espaciador, situado entre regiones codificantes del genoma, y ADN repetitivo que, a diferencia del anterior, consta de numerosas copias idénticas entre sí, que se sitúan a lo largo de todo el genoma. A su vez el ADN repetitivo puede dividirse en dos tipos, de acuerdo a las características de sus secuencias:

a) Secuencias repetitivas en tándem, que son secuencias comunes, relativamente cortas (por ejemplo de 5 bases) que se repiten en tándem, de manera continua, un cierto número de veces, en una determinada zona del ADN.

Por ejemplo:

……TGGCA TGGCA TGGCA TGGCA TGGCA TGGCA…

b) Secuencias repetidas intercaladas que son secuencias más largas, que también se repiten, pero no en tándem, no seguidas, sino en lugares diferentes y distantes entre sí del genoma.

BIOMÉDICOS

No existen dos seres humanos que tengan el mismo ADN bien sea codificante o no. Por tanto, la individualidad está relacionada tanto con el ADN codificante como con el ADN codificante, pero de un modo diferente.

La información del ADN codificante es la que guardan los genes, nuestros aproximadamente 30.000 genes y se expresa finalmente en forma de unas 200.000 diferentes proteínas y enzimas.

Estos genes y sus interacciones y las de sus productos son la base más íntima y profunda de la individualidad del individuo, de su apariencia, de su salud y de sus enfermedades, de su modo de ser.

Debido a su trascendente misión este ADN esencial o codificante está muy altamente conservado, presentando pocas variaciones tanto entre individuos como entre generaciones. Los cambios pequeños que suelen haber pueden afectar funcionalmente de modo variable a las proteínas codificadas, desde nada hasta aspectos esenciales. Algunas enfermedades monogénicas graves pueden deberse a una simple mutación de una base en una secuencia de miles de ellas en un gen.

En otras ocasiones se asocian diferentes polimorfismos (variaciones en determinadas bases) de un cierto número de genes para producir una patología bien directamente o bien retardadamente, con el concurso de diferentes factores de riesgo ambientales.

Por todo ello, los datos genéticos del ADN codificante se pueden relacionar con los rasgos físicos, sicológicos y de comportamiento de cada individuo y con el diagnóstico, prevención y predicción de enfermedades, así como con posibilidades terapéuticas individualizadas, es decir, con aspectos biomédicos. Y, es especialmente a ello, a la protección de la información genética de cada persona, a lo que se refieren diferentes declaraciones: Valencia, Bilbao, Oviedo, Unesco, ONU, etcétera.

No obstante, se multiplican en el mundo los bancos de datos genéticos públicos y privados que contienen informaciones relacionadas con el ADN codificante.

Como ejemplos extremos citaremos dos, ambos ocurridos en Estados Unidos. El primero ocurrió cuando un laboratorio pretendió patentar el uso (y, por tanto, la información genética derivada de ella) de la sangre de una tribu centroamericana: la guaymí. La segunda fue la de un cierto número de afectados por la rara enfermedad de Canavan, quienes, después de haber estado participando durante años en una investigación genética sobre esta enfermedad realizada en un hospital, se vieron abocados a realizar unos cuantiosos pagos para que se les aplicase la prueba diagnóstica genética desarrollada por ese mismo hospital.

FORENSE.

Las aplicaciones genéticas forenses de los bancos de ADN son meramente identificativas por lo que usan solo la información del ADN no codificante.

Este ADN, a diferencia del codificante, presenta una gran variabilidad de unos individuos a otros, variabiliodad que es estudiada con la aplicación de modernas técnicas como la hibridación con sondas, la PCR (reacción en cadena de la polimerasa) o la secuenciación de ADN mitocondrial.

En general, al tratarse de ADN no codificante, no aporta información alguna sobre las características fenotípicas de su poseedor y de lo que se trata es comparar el perfil genético del individuo, la "huella genética", con el de algún indicio o muestra en los que haya dejado ese perfil genético.

Con fines legales o judiciales existen muy diversos tipos de bancos de datos genéticos, que se podrían clasificar según el tipo de personas a los que se refieran:

a) Profesiones de riesgo cuyos integrantes, voluntariamente, donan muestras de saliva o sangre para que, en caso de accidente, sirvan para solucionar los problemas derivados de la identificación del cadáver;

b) Personas desaparecidas;

c) Identificación criminal, con bancos de datos bien de víctimas, de sospechosos o de convictos;

d) Banco de datos de los indicios obtenidos en el lugar en que ha acaecido un hecho criminal sin autoría conocida a fin de su comparación con los datos genéticos de sospechosos.

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[Ge. Pe.]

Conferencias...








Enrique Iañez Pareja


Instituto de Biotecnología, Universidad de Granada, España


(Artículo de opinión publicado en el suplemento Campus del diario Ideal, y en la Revista Diálogo Iberoamericano del Consejo de Universidades de España e Iberoamérica)


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El 27 de febrero de 1997 la revista científica Nature publicaba el informe sobre la primera clonación de un mamífero a partir del núcleo de una célula adulta de otro individuo. La "presentación en sociedad" de la oveja Dolly es uno de esos momentos en los que la ciencia espolea una plétora de reacciones emocionales de todo tipo, despertando sueños (o pesadillas) y reavivando mitos y viejos fantasmas.

¿Qué es la clonación?

Si nos referimos al ámbito de la Ingeniería Genética, clonar es aislar y multiplicar en tubo de ensayo un determinado gen o, en general, un trozo de ADN. Sin embargo, Dolly no es producto de Ingeniería Genética. En el contexto a que nos referimos, clonar significa obtener un individuo a partir de una célula o de un núcleo de otro individuo.

En los animales superiores, la única forma de reproducción es la sexual, por la que dos células germinales (óvulo y espermatozoide) se unen, formando un zigoto (o huevo), que se desarrollará hasta dar el individuo adulto. La reproducción sexual fue un invento evolutivo (del que quedaron excluidas las bacterias y muchos organismos unicelulares), que garantiza que en cada generación de una especie van a aparecer nuevas combinaciones de genes en la descendencia, que posteriormente será sometida a la dura prueba de la selección y otros mecanismos evolutivos. Las células de un animal proceden en última instancia de la división repetida y diferenciación del zigoto.

Las células somáticas, que constituyen los tejidos del animal adulto, han recorrido un largo camino "sin retorno", de modo que, a diferencia de las células de las primeras fases del embrión, han perdido la capacidad de generar nuevos individuos y cada tipo se ha especializado en una función distinta (a pesar de que, salvo excepciones, contienen el mismo material genético).

En los años 70, Gurdon logró colecciones de ranas idénticas a base de insertar núcleos de células de fases larvarias tempranas en ovocitos (óvulos) a los que se había despojado de sus correspondientes núcleos. Pero el experimento fracasa si se usan como donadoras células de ranas adultas. Desde hace unos años se vienen obteniendo mamíferos clónicos, pero sólo a partir de células embrionarias muy tempranas, debido a que aún no han entrado en diferenciación (a esta propiedad se la suele llamar totipotencia). No es extraño pues el revuelo científico cuando el equipo de Ian Wilmut, del Instituto Roslin de Edimburgo comunicó que habían logrado una oveja por clonación a partir de una célula diferenciada de un adulto. Esencialmente el método (que aún presenta una alta tasa de fracasos) consiste en obtener un óvulo de oveja, eliminarle su núcleo, sustituirlo por un núcleo de célula de oveja adulta (en este caso, de las mamas), e implantarlo en una tercera oveja que sirve como "madre de alquiler" para llevar el embarazo. Así pues, Dolly carece de padre y es el producto de tres "madres": la donadora del óvulo contribuye con el citoplasma (que contiene, además mitocondrias que llevan un poco de material genético), la donadora del núcleo (que es la que aporta la inmensa mayoría del ADN), y la que parió, que genéticamente no aporta nada.

Científicamente se trata de un logro muy interesante, ya que demuestra que, al menos bajo determinadas circunstancias es posible "reprogramar" el material genético nuclear de una célula diferenciada (algo así como volver a poner a cero su reloj, de modo que se comporta como el de un zigoto). De este modo, este núcleo comienza a "dialogar" adecuadamente con el citoplasma del óvulo y desencadena todo el complejo proceso del desarrollo intrauterino.

Dolly no es una copia idéntica de la "madre" que donó el núcleo (no se olvide que el óvulo contiene ese pequeño ADN de la mitocondria). Aunque ambas comparten el mismo ADN nuclear, las instrucciones genéticas de Dolly no experimentaron exactamente el mismo tipo y combinación de estímulos que los de su "madre nuclear". Esto se debe a los fenómenos de epigénesis, complejas series de interacciones entre los genes y el entorno, y aquí entendemos por entorno desde los factores presentes en el citoplasma del óvulo, pasando por los procesos de formación del embrión/feto, a su vez sometidos al peculiar ambiente uterino, y alcanzando a la vida extrauterina (estímulos al nacer, periodo de lactancia, relaciones con la madre, interacciones "sociales" con otros individuos de la especie, etc). En resumidas cuentas, el ADN no contiene un programa unívoco de instrucciones, sino que es flexible, y la expresión genética en cada individuo queda matizada por multitud de factores, quedando "abierta" con una finalidad adaptativa clara.

¿Para qué serviría la clonación en animales?

Como suele ocurrir con muchos avances científicos de vanguardia, aquí puede que también se hayan exagerado las posibles derivaciones prácticas inmediatas, aunque no cabe duda que a medio y largo plazo, cuando la técnica se vaya perfeccionando, podría encontrar numerosos campos de aplicación. (Dejamos aparte el ámbito de la biología fundamental, que tendrá que "hincar el diente" en los fascinantes interrogantes básicos abiertos, sobre todo relativos al ciclo celular y al control de la diferenciación).

Uno de los objetivos buscados por el grupo de Wilmut (en alianza con una empresa) es unir la técnica de la clonación con la de Ingeniería genética de mamíferos con objeto de producir medicamentos o sustancias útiles comercialmente. La idea es que una vez que se haya obtenido un animal transgénico interesante (por ejemplo, ovejas o vacas que en su leche secretan sustancias terapéuticas determinadas por un gen introducido previamente), ese individuo serviría de "molde" para generar varios ejemplares clónicos.

Otra aplicación (más en la línea de la ganadería tradicional) sería asegurar copias de un ejemplar que haya mostrado buenos rendimientos (en carne, en leche, etc.). La clonación evitaría que su buena combinación de genes (su genotipo) se "diluyera" al cruzarlo sexualmente con otro. Sin embargo, mientras el coste de la técnica sea elevado, no estará al alcance de las explotaciones ganaderas convencionales. Pero además habría que tener mucha precaución con la amenaza de pérdida de diversidad genética de la cabaña ganadera, ya que si se impusiera este método, se tendería a la uniformidad (una tendencia ya presente en la agricultura y ganadería actuales). Recordemos que la biodiversidad es un recurso valioso también en los "ecosistemas agropecuarios", ya que supone una reserva de recursos genéticos adaptados a diversas condiciones ambientales y a diversos contextos socioeconómicos.

Se ha hablado igualmente de que la clonación podría representar la salvación "in extremis" de ciertas especies silvestres amenazadas de extinción y difíciles de criar en cautividad. Pero si se llega a este caso, sería el triste reconocimiento de nuestro fracaso de conservarlas por medios más simples y naturales. Además, lo más probable es que, debido a que la clonación no aporta diversidad genética, la especie estuviera abocada de todas formas a la "muerte genética", condenada quizás a vivir en zoológicos o en condiciones altamente artificiales, casi como piezas de un museo viviente.

¿Clonación en humanos?

Como es sabido, cuando una técnica se pone a punto en un animal doméstico o de laboratorio, sólo es cuestión de tiempo y dinero el que pueda ser aplicada a humanos.

Esta perspectiva es la que, obviamente, ha despertado esa mezcla de fascinación, ansiedad y temor en la opinión pública.

El ciudadano actual percibe los adelantos científicos con cierta ambivalencia: si bien reconoce como positivos el avance del conocimiento y del bienestar, es igualmente consciente de que pueden acarrear problemas ambientales, y amenazar valores y creencias importantes para la cohesión social.

El mito de Frankestein no es más que la plasmación simbólica del temor a que nuestras creaciones tecnológicas nos sobrepasen y nos dominen, una idea sistematizada por las recientes aportaciones de la filosofía y sociología de la ciencia y la tecnología.

Desgraciadamente, la mayoría de los medios de comunicación han perdido una nueva oportunidad de demostrar que pueden estar al servicio del debate social y del diálogo sobre bases racionales, primando la difusión de estereotipos trasnochados e ideas peregrinas. Pero por otro lado, algunas revistas científicas siguen empeñadas en querer demostrarnos que la racionalidad tecnocientífica es la forma más excelsa (¿quizá única?) de conocimiento auténtico, y que los otros criterios deberían rendirse a ella.

Lo que se juega en el debate sobre la clonación no es obtener copias de Einstein o de Hitler, (algo imposible, porque en cada individuo influye poderosamente el ambiente y la educación).

Olvidémonos de anti-utopías de tipo Un mundo feliz. Tampoco me parece pertinente la postura de los comentaristas de la revista Nature, cuando despachan lo que ellos llaman "vagas aseveraciones sobre la dignidad humana", imputando a sus defensores el caer en ideas sobre determinismo genético.

Efectivamente, nuestros genes no determinan nuestra individualidad ni nuestra dignidad como personas. Pero la auténtica oposición a la clonación en humanos no va por esos derroteros.

Evidentemente, un individuo clónico (aparte de no ser totalmente idéntico al original, por las razones ya apuntadas) tendría su propia individualidad, y es absurdo hablar en este sentido de "fotocopias humanas" (sobre todo en lo referente al carácter y conducta).

Esto, insisto, no es lo esencial. Según mi opinión, el cogollo de la cuestión ya quedó brillantemente apuntado hace casi 20 años por Hans Jonas, cuando analizó lo que significaría existencialmente ser un clónico para el propio individuo afectado. Independientemente de la influencia real que tengan los genes en la conducta humana (desde luego, no superior a la ambiental y cultural), el clónico se sentiría como individuo diseñado ex-profeso por terceras personas, y su situación, a diferencia de lo que se ha dicho, no es en absoluto equivalente a la de los gemelos idénticos.

Mientras los gemelos comparten simultáneamente en el tiempo un mismo genotipo aleatorio totalmente nuevo, del que nadie sabe nada a priori, al clónico se le impone un genotipo ya experimentado anteriormente por otra persona. La clave de la crítica estriba en que esto crearía una situación asimétrica del clónico respecto del original: el clónico tendrá encima la "losa" de saberse fruto de diseño de otras personas, y su autopercepción se resentiría por ello. Todo el proceso de su autodescubrimiento y sus relaciones con los demás quedarán marcados indeleblemente.

Una vez más: no se trata de determinismo genético, sino de la intromisión de un conocimiento perturbador en lo más central de lo que constituye la búsqueda que cada individuo hace de su propia personalidad. Cada uno de nosotros responde a la pregunta "¿Quién soy yo?" partiendo de un genotipo nuevo (con sus potencialidades desconocidas para todos) y del secreto.

Pero el clónico tiene un genotipo ya vivido (no original), y tenderá a creer que sabe demasiado de sus propios límites y posibilidades: este mero conocimiento puede ser profundamente condicionador de su personalidad. ¿Dónde quedaría la aventura de sentirse único e irse descubriendo a sí mismo? Por estas razones, y al igual a lo que se ha propuesto para los avances en las técnicas de sondeo de propensiones genéticas, la bioética y el bioderecho están articulando y reclamando la proclamación de un "derecho a ser fruto del azar" y de un "derecho a la ignorancia", a no saber (o creer saber) demasiado de uno mismo por adelantado.

Y, por supuesto, paralelamente a estos argumentos, no deja de resonar un viejo principio ético básico de nuestra cultura: los seres humanos son fines en sí mismos, y no pueden ser medios para otros fines, por muy loables que éstos sean (incluyendo el avance científico). ¿Con qué autoridad y con qué sabiduría podríamos imponer a otros seres humanos nuestro diseño en su misma entraña biológica, a carecer de la referencia a un padre y una madre, a ser fruto de una unión sexual?

¿Seríamos capaces de experimentar ("a ver lo que sale") con otros seres humanos so pretexto de eliminar el azar biológico? ¿Quiénes somos nosotros para abrogar este mecanismo de lotería genética que lleva miles de millones de años funcionando, qué criterios usaríamos en su lugar, y quién decidiría? El debate de la clonación (junto con otros avances derivados de la biotecnología) va a ser un buen campo para poner a prueba la capacidad de nuestras sociedades para discutir racional y democráticamente sobre la posibilidad de encauzar la tecnología. ¿Tendremos en nuestras manos la oportunidad de ponerla al servicio de las profundas necesidades de la humanidad, o seguiremos deslizándonos por la pendiente del sonambulismo tecnológico?

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