7. aplicación de la ingeniería genética en farmacología y medicina

TEMA 10 BIOTECNOLOGÍA. INGENIERÍA GENÉTICA
PROTEOMA Y PROTEÓMICA
El término proteoma se utilizó por primera vez en 1995 y ha sido aplicado
a diferentes escalas en los sistemas biológicos.
El proteoma celular es la totalidad de proteínas expresadas en una célula
particular bajo condiciones de medioambiente y etapa de desarrollo,
específicas, como lo puede ser por ejemplo la exposición a estimulación
hormonal.
El proteoma completo de un organismo que puede ser conceptualizado
como las proteínas de todas las variedades de proteomas celulares. Es
aproximadamente, el equivalente proteínico del genoma
La proteómica puede definirse como la genómica funcional a nivel de
proteínas.
La proteómica intenta resolver preguntas como:
- ¿Qué función tienen las proteínas?
- ¿Qué tipo de modificaciones postransduccionales sufren las proteínas
y cuál es su función?
- ¿Cómo varía el proteoma de una célula en distintas condiciones
fisiológicas, patológicas o ambientales?.
Las células expresan varios miles de proteínas diferentes y cada una de
ellas puede experimentar numerosas modificaciones en respuesta a
microambientes diferentes. P.e. Cuando una célula está siendo atacada por
un virus, las células producen anticuerpos. Esos anticuerpos son proteínas.
Esos anticuerpos sólo se producen si hay virus, y no se producen si no lo
hay. Lo mismo ocurre con otras condiciones como calor, o frío, o un millón
de cosas distintas. Todas las proteínas que se producen en un momento
determinado y bajo ciertas condiciones se llaman proteomas.
El estudio y comparación sistemáticos del proteoma en diferentes
situaciones metabólicas y/o patológicas permite identificar aquellas
proteínas cuya presencia, ausencia o alteración se correlaciona con
determinadas estadíos fisiológicos.
En el caso concreto del análisis proteómico asociado a patologías
concretas, es posible identificar proteínas que permitirían diagnosticar la
enfermedad o pronosticar la evolución de la misma. Dichas proteínas se
conocen con el nombre genérico de biomarcadores.
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De forma general, para llevar a cabo este estudio de proteínas o proteómica
hace falta la realización de dos pasos fundamentales:
- Separación de las proteínas que queremos estudiar: la técnica más
utilizada es la electroforesis en gel de poliacrilamida.
- Identificación de proteínas: el método más utilizado es la
espectrometría de masas.
APLICACIONES DE LA PROTEÓMICA EN LAS BIOCIENCIAS
Se ha aplicado fundamentalmente a 3 tipos de estudio:
A. La caracterización sistemática de proteínas
Con el objetivo de abordar la identificación a gran escala de los
componentes de un proteoma, lo que permite catalogarlos y construir
una base dde datos
B. Proteómica de Expresión Diferencial.
Consiste en identificar los componentes del proteoma que sufren
alteraciones en sus niveles de expresión a consecuencia de
alteraciones fisiopatológicas o inducidas por agentes externos
Permitiendo así determinar cuáles son las proteínas que intervienen
en esos procesos (caracterización del mecanismo molecular;
identificación de dianas farmacológicas) o identificar proteínas cuyos
cambios de expresión resulten característicos del proceso
(identificación de marcadores diagnósticos).
Este tipo de estudios puede también llevarse a cabo mediante la
tecnología de los “chips de DNA”.
C. “Proteómica de Mapa Celular”.
La caracterización de las interacciones subcelulares existentes
entre la proteínas y la determinación de los componentes de
complejos macromoleculares
Las proteínas no actúan de forma aislada sino a través de grandes
complejos macromoleculares. Estos proyectos pretenden investigar
la función de las proteínas caracterizando las interacciones que
sufren en el interior de la célula.
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1. INGENIERÍA GENÉTICA
Se entiende por ingeniería genética todo cambio intencionado y dirigido de
la información genética contenida en las células de un individuo.
Los procedimientos de ingeniería genética comienzan con la “clonación
génica”. Esta consiste en aislar y replicar genes de interés, con el fin de
producir grandes cantidades de estos genes.
Clonación y Recombinación génica
La clonación posibilita:
- La secuenciación de un gen y de los aa de la proteína codificada
por dicho gen
- La modificación del gen utilizando mutagénesis dirigida para
estudiar su efecto sobre la proteína que codifica.
La clonación lleva implícita la “Recombinanción génica” con la que se
produce un ADN recombinante, que es un fragmento de ADN construido
artificialmente con segmentos no homólogos, incluso de diferentes
organismos.
El proceso consiste en cortar fragmentos determinados de ADN, unirlos
con otros (también seleccionados) y proceder a introducir el ADN obtenido
en una célula en la que se copie numerosas veces.
En el proceso son necesarios:
- Un “Vector” de clonación: Es un fragmento de ADN que posea un punto
de iniciación de replicación reconocible por una célula que replique el
conjunto. Los vectores más empleados son los plásmidos y los virus.
- Enzimas de restricción: cortan el ADN por lugares específicos y
conocidos de entre 4y 8 pares de bases palindrómicas de forma escalonada
por lo que dejan colas de una sola hebra, denominados extremos cohesivos,
puesto que se pueden unir facilmente a otros segmentos o a vectores de
clonación que también posean extremos cohesivos, por ser sus secuencias
complementarias.
- ADN ligasas: Unen los fragmentos producidos por las enzimas de
restricción
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En uno de los fragmentos puede haber un gen completo y este puede ser
transferido a otro organismo a través de un vector.
Los pasos para construir una molécula de ADN recombinante son:
- Se somete tanto el ADN vector, como el ADN que contiene el
gen que se quiere añadir, a la acción de una enzima de restricción,
(p.e. EcoR1) que dará lugar a fragmentos de extremos cohesivos.
Los fragmentos pueden separarse por electroforesis.
- Al mezclar los fragmentos del vector( p.e. un plásmido), con los
del ADN que se quiere clonar y con la enzima ligasa, se forma
ADN recombinante, en nuestro (ejemplo un plásmido quimera).
- La molécula de ADN reconbinante producida in vitro se
introducen en un organismo huesped, en nuestro caso en la
bacteria. El resultado es que el gen que contine el plásmido se
expresa en la bacteria.
- Si los fragmentos se han obtenido directamente de un genoma
completo, sometido a enzimas de restricción el resultado de la
clonación es una genoteca o banco de genes, en el que están
representados casi todos los genes de la célula de la que extrajo el
genoma.
- En este caso para identificar un gen de interés se emplean sondas
de marcaje. Es posible detectar y seleccionar las bacterias que
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contienen el gen deseado y a partir de estas producir un gran
número de células que contengan dicho clon.
2. VECTORES DE CLONACIÓN
Son pequeños elementos genéticos que se utilizan para recombinar y
replicar genes gracias a que pueden replicarse en el interior de otras
células. Los más utilizados son:
*Plasmidos:
Son pequeñas moléculas de ADN circular que se localizan en el citoplasma
bacteriano y se replican independientemente del cromosoma de las
bacterias. Son vectores naturales ya que suelen llevar genes que aportan
propiedades características sus huéspedes.
Los plásmidos son útiles porque:
- El ADN circular es más estable durante su aislamiento químico
- Se aíslan y manipulan fácilmente debido a su pequeño tamaño
- Poseen marcadores característicos (genes de resistencia a
antibióticos) haciendo más fácil la detección y selección de
clones.
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*Virus bacteriofagos o fagos:
Los fagos lisogénicos pueden insertar su genoma en el cromosoma de la
bacteria que parasitan,
Se puede utilizar como vector de clonación el genoma de un fago al que se
une fragmentos de ADN que se quiere clonar. De esta forma se introduce
el ADN a clonar en el ADN bacteriano.
Clonan fragmentos de ADN de mayor tamaño que los plásmidos.
*Plásmidos Ti para células vegetales:
La bacteria Agrobacterium tumefaciens, patógeno vegetal, tiene un
plásmido denominado Ti, en el que se encuentran los genes causantes de
las tumoraciones en la planta que parasita la bacteria.
El plámido Ti codifica además “un sistema de transmisión de ADN desde
la bacteria al vegetal”. El fragmento de ADN transferible se denomina
ADN-t y se integra en los cromosomas de la célula vegetal y se expresa en
ella.
El plásmido Ti se pude manipular de tal forma que en la región ADN-t se
eliminan los genes de virulencia y se sustituyen por los genes que se quiera
introducir en la planta.
*Cósmidos:
Son vectores que contienen ADN foráneo y el denominado “sitio cos”
(extremo cohesivo ) procedente de un fago.
El ADN recombinante se puede empaquetar dentro de la cubierta del fago y
ser inyectado en la célula . Se pueden clonar así fragmentos grandes de
ADN. Esto es especialmente útil en la clonación de genes de cromosomas
eucarióticos.
*Cromosomas artificiales de levaduras (YACs):Vectores de
clonaciónque albergan fragmentos de ADN de gran tamaño (más que el de
los cósmidos)
*Cromosomas artificiales humanos (HACs): son estables en células
humanas y llevan genes que pueden ser expresados de forma normal
3. HUESPEDES PARA VECTORES DE CLONACIÓN.
El huesped debe reunir las siguientes características:
- Crecimiento rápido en un medio de cultivo barato
- No ser patógeno
- Aceptar el ADN exógeno y que este sea estable
- Poseer enzimas adecuadas para permitir la replicación del vector.
Los más utilizados son:
* Virus bacteriofagos:
* Procariotas (Bacterias): Escherichia coli y Bacillus subtilis
E. coli ha sido muy utilizada pero es potencialmente patógeno y poduce
endotoxinas que pueden contaminar los productos. En la actualidad se han
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producido cepas en la que se ha solucionado estos problemas y sigue
siendo la bacteria más utilizada.
* Eucariotas:
- La levadura Saccharomyces cerevisiae es la más utilizada. Para
esta se han desarollado plásmidos y cromosomas artificiales de
levadura (YACs)
- Células vegetales que pueden recibir ADN externo mediante la
bacteria Agrobacterium tumefaciens portadora del plásmido Ti.
- Cultivos de células de mamífero: Se utilizan par investigación de
genética humana, cáncer, enfermedades infecciosas....Presentan
una ventaja sobre los microbianos y es que poseen los sistemas de
procesamiento postranscripcionales necesarios para la
maduración del ARN.
4. INTRODUCCIÓN DEL VECTOR EN LA CÉLULA
HOSPEDADORA
En las células eucariotas la entrada de ADN no se produce de forma
natural. Se utilizan para ello las siguientes técnicas:
 Microinyección: Con un capilar de pequeño diámetro de inyecta el
ADN en células animales.
 Electroporación: Las células que se encuentran en una solución del
ADN con el gen a clonar, se someten a impulsos eléctricos de alto
voltaje. Esto hace permeable las membranas celulares.
 Pistola de genes: Dispara microproyectiles revestidos de ADN.
5.CLONACIÓN Y EXPRESIÓN DE GENES DE MAMÍFERO
La clonación de genes de mamifero es complicada debido principalmente a
la presencia de intrones (información genética no codificante) y la
extensión del genoma. Por ello se recurre a las siguientes técnicas:
* Obtención de genes a partir de ARNm:
El ARNm no contiene intrones. Para aislar un determinado tipo de ARNm
se utiliza el tejido donde se exprese el gen que da lugar a ese ARNm, pues
este tejido aunque también contenga otros ARNm el buscado es el más
abundante.
El ARNm es identificable por las colas de poliA que se encuentran en el
extremo 3´.
Una vez aislado el ARNm servirá de molde par la obtención de un ADN
complementario por el proceso de transcripción inversa que lleva a cabo la
transcriptasa inversa.
El ADN obtenido es monocatenario y sirve de molde para formar ADN
bicatenario sin intrones.
El ADN bicatenario obtenido se inserta en un plásmido u otro vector para
ser clonado.
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*ADN sintético y PCR (técnica de la reacción en cadena de la
polimerasa)
Es una técnica que se utiliza para amplificar una determinada secuencia o
fragmento de ADN.
Primero se fragmenta el ADN o se utiliza un ADN sintético obtenido a
partir de un ARNm
Del fragmento que se quiere amplificar, se separan las hebras de la cadena
(desnaturalización), se le añaden secuencias cebadoras y se somete a la
acción de una ADN polimerasa resistente a altas temperaturas.
El efecto es la multiplicación exponencial del fragmento deseado por lo que
se obtienen grandes cantidades de ese fragmento.
La técnica de PCR se utiliza rutinariamente para estudios comparativos o
evolutivos; para ampliar y clonar ADN de restos humanos momificados;
para amplificar pequeñas cantidades de ADN de una muestra ...
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6.APLICACIÓN DE LA INGENIERÍA GENÉTICA A LA
INVESTIGACIÓN:
Proyecto Genoma humano
Surgió con el objetivo secuenciar y analizar molecularmente la herencia
genética humana, con el fin prioritario, de solucionar las enfermedades de
origen genético.
Se trata de realizar series de mapas de cada uno de los cromosomas
humanos.
Implica dividir los cromosomas en pequeños fragmentos que puedan ser
caracterizados y posteriormente ordenados según su localización primitiva
en el cromosoma. El siguiente paso es determinar la secuencia de bases de
cada uno de ellos.
Después encontrar los genes que contienen , para finalmente desarrollar
técnicas que posibiliten el uso de esta información en estudios de biología
humana y medicina.
Los mapas a realizar son de dos tipos:
a) mapas genético y físico: muestran la localización relativa de diferentes
genes en cada cromosoma.
Sirven para localizar enfermedades hereditarias en el mapa.
b)mapas de transcripción: muestran la secuencia de nucleótidos en la
molécula de ADN que constituye el cromosoma.
Conocida la secuencia de un gen hay que averiguar la función que realiza.
Aunque el objetivo final es diseñar mejores estrategias para luchar contra
enfermedades de tipo hereditario, sin embargo el conocimiento del genoma
humano, también implica algunos riesgos:
*Psicológicos: detectar en individuos genes mutantes causantes de
enfermedades graves (p.e. cáncer de mama) lo que no siempre implica que
se vaya a padecer, genera temor y ansiedad en los pacientes.
*Familiares: El resultado de las pruebas puede afectar a varios miembros
de la familia y generar sentimientos de culpa y ansiedad.
*Comerciales: Empresas sacan al mercado pruebas diagnósticas a costos
elevados sin tener un grado de fiabilidad alto, o sin informar de la
utilización que se haga de esa información.
*Sociales: Discriminatoria, si indican diferencias en el individuo, ya sean
estas positivas o negativas.
*Compañías de seguros: No aseguran a individuos que presenten factores
de riesgo o portadores de mutaciones.
Por los motivos expuestos anteriormente , se está cuestionando el proyecto
“diversidad del genoma humano” cuyo objetivo es el estudio de las
variaciones genéticas entre diversos grupos o etnias en todo el mundo.
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Este proyecto podría aportar una valiosa información sobre adaptación,
pero existe el riesgo de que la información pueda ser usada por colectivos
de carácter xenófobo para apoyar sus ideas.
También el proyecto puede degenerar en una carrera para patentar líneas
celulares humanas portadoras de determinados genes.
7. APLICACIÓN DE LA INGENIERÍA GENÉTICA EN
FARMACOLOGÍA Y MEDICINA
7.1. Obtención de proteínas de Mamíferos
La farmacología ha encontrado en el ADN recombinante la posibilidad de
que las bacterias produzcan todo tipo de sustancias desde hormonas
humanas (insulina, hormona de crecimiento) hasta el interferón.
P.e. la Síntesis de insulina humana:
Las técnicas empleadas en este caso serían:
- Producción de una ADN sintético a partir de la insulina.
La insulina humana es una proteína pequeña por lo que es más fácil
sintetizar químicamente el ADN que intentar aislarlo de tejido
humano.
- Utilización de la PCR para amplificar
- Producción de un ADN recombinante con el ADN de la insulina
y un plásmido e introducción en una bacteria ( E. coli, o la
levadura Saccaromyces cerevisiae)
- Obtención industrial de insulina
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7.2 Utilización de animales transgénicos:
Son transgénicos los animales y plantas que llevan en su genoma genes
introducidos artificialmente y que no proceden de sus antecesores.
Se obtienen animales transgénicos introduciendo genes clonados en huevos
fecundados.
Se utilizan para producir proteínas humanas activas o modificadas
postraducionalmente (los microorganismos no pueden sintetizarlas),
vacunas interferones o anticuerpos.
Los vectores empleados suelen ser:
- En animales. Retrovirus que pueden hacer copias en ADN de sus
genomas e insertarlo en cromosomas de la célula hospedadora.
- En plantas: Agrobacterim tumefaciens que introduce en algunas
plantas los genes de interés para la síntesis de productos
biosanitarios
7.3Terapia Génica
Tiene que ver con el diseño de nuevas estratégias para abordar el
tratamiento de enfermedades de caracter hereditario o relacionadas con
alteraciones genéticas (cancer, SIDA, artritis, cardiopatías..)
Cualquier tratamiento de terapia génica necesita en primer lugar delimitar
el problema mediante:
-Identificación de los genes responsables de la patología
-Desciframiento de su función y de la importancia de la misma en la
enfermedad
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El paso siguiente consistirá en introducir los genes sanos en las células
dañadas del paciente
Para ello se utiliza un vector que atraviesa la membrana celular sin dañarla
y deposite los genes en el interior de la célula
Normalmente los vectores utilizados suelen ser virus modificados en los
que se ha sustituido genes víricos (dejan de ser peligrosos) por los genes
que se quieren introducir.
Para introducirlos se plantean 3 posibilidades:
1-Ex vivo (fuera del cuerpo)
-Se extraen ciertas células del cuerpo del paciente se las modifica
genéticamente y se reintroduce en el organismo
-Esta línea de trabajo está enfocada hacia células hematopoyéticas de
médula ósea (generadoras de células sanguíneas)
2-In situ (en el mismo lugar)
-Consiste en introducir los portadores de los genes directamente en los
tejidos afectados
-Este sistema es ideal cuando la patología presenta una localización muy
concreta, pero no cuando la afección está extendida.
3-In vivo (dentro del cuerpo)
-No se aplica aún en humanos.
-Consiste en utilizar vectores que se dirigirán con alta especificidad hacia
un determinado tipo celular (células diana).
-Se puede también introducir un gen especialmente diseñado que dote a las
células con una nueva propiedad (p.e. a enfermos de SIDA, dotarles de un
gen que codifique para una proteína que frene la replicación del virus).
Frente a estos aspectos beneficiosos se plantean también problemas:
*Científicos:
-Precisión del punto de inserción: El ADN del gen terapéutico se inserta
aleatoriamente en el ADN del genoma celular, lo que genera problemas
secundarios.
-Pervivencia de las células alteradas, que en la actualidad es muy baja.
*Económicos
-Debido al coste la terapia génica únicamente es realizada de modo
experimental y en hospitales con gran presupuesto.
*Éticos:
-Preocupan los fines que se puedan perseguir.
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7.4 Diagnóstico clínico
 Chips de ADN
Un chip de ADN (del inglés DNA microarrays) es una superficie
sólida (de vidrio, plástico o de silicio) a la cual se unen una serie de
fragmentos de ADN (por ejemplo el ADN de un tipo celular
determinado). Son utilizados para averiguar la expresión de genes,
monitorizándose los niveles de miles de ellos de forma simultánea.
En los chips de ADN las pruebas son ADN complementarias
(ADNc) que corresponden con ARN mensajero (ARNm).
En este tipo de chip de ADN se hibrida el ADN de una célula en un
momento determinado, con ADNc de ARNm obtenidos en dos
condiciones de esa célula. Estos ADNc son marcados, con dos
fluoróforos diferentes. Las condiciones son mezcladas e hibridadas
en el mismo chip de ADN.
Una vez realizado este primer paso se procede al escaneo del
resultado y a la visualización del mismo. De esta forma se pueden
observar genes que se activan o se reprimen en distintas condiciones.
Con esta tecnología podemos observar de forma casi instantánea la
expresión de todos los genes del genoma de un organismo. De tal
forma que suelen ser utilizados para identificar genes que producen
ciertas enfermedades mediante la comparación de los niveles de
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TEMA 10 BIOTECNOLOGÍA. INGENIERÍA GENÉTICA
expresión entre células sanas y células que están desarrollando
ciertos tipos de enfermedades
La contrapartida de estos experimentos es que no se pueden observar
niveles absolutos en la expresión.
 Sondas de ADN
Para diagnosticar si la causa de una enfermedad infecciosa es producida por
determinado agente patógeno, se utilizan Sondas de ADN.
Consiste en la detección de fragmentos de genoma característicos y
exclusivos del patógeno
Para ello se construyen moléculas sondas de ADN que son fragmentos de
ADN complementarios de una de las hebras del fragmento buscado.
Si el patógeno está presente en la muestra se forma una molécula híbrida
entre los genes del patógeno buscado y la molécula utilizada como sonda
Se utiliza para dectectar enfermedades bacterianas como la producida por
Salmonella, Pseudomonas..
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TEMA 10 BIOTECNOLOGÍA. INGENIERÍA GENÉTICA
1.- Digestión del ADN con enzimas de restricción tras conseguir extraer un ADN de alta
molecularidad. Separación de los fragmentos obtenidos y desnaturalización de los fragmentos
separados y cortados.
2.- Colocación de una membrana de celulosa o nylon sobre el cultivo
3.- Transferencia de las cadenas simples a la membrana con fijación de las cadenas simples
por medio de calor (80ºC).
4.- ADN impreso
5.- Prehibridación con sondas de ADN inespecífico para bloquear los lugares de unión
inespecíficos que pudiera haber en la membrana.
6.- Marcaje con la sonda de nucleótidos radioactivos
7.- Hibridación de la sonda marcada y desnaturalizada, con los fragmentos de ADN fijados a la
membrana, y lavado de la membrana para eliminar el exceso de sonda o aquellas que hayan
hibridado mal.
8.- Revelado en placa radiográfica e interpretación de los resultados.
7.5 Producción de vacunas
Las vacunas son suspensiones de microorganismos patógenos, muertos,
atenuados o modificados o fracciones específicas aisladas que cuando se
inyectan en un animal producen inmunidad frente a una determinada
enfermedad. Este proceso siempre implica un riesgo para el individuo
vacunado en caso de no producirse la inactivación total del agente
patógeno.
Dado que el componente más inmunogénico de un microorganismo es su
cubierta lo ideal es utilizar sólo estos componentes.
Se pueden clonar genes de las proteínas de la cubierta de un
microorganismo y expresarlos en bacterias o virus no patógenos. Esto hace
posible el desarrollo de vacunas seguras y eficaces. Estas vacunas se
denominan “vacunas recombinantes”
Las “vacunas subunidad” contienen solamente una subunidad específica de
una proteína del organismo patógeno (la primera utilizada fue la de la
hepatitis B cuyo gen fue clonado y expresado en levaduras)
8.APLICACION DE LA INGENIERÍA GENÉTICA EN
AGRICULTURA Y GANADERÍA
La mejora genética tiene como fin mejorar la calidad de vida del hombre
consiguiendo mejores rendimientos tanto de los cultivos como de la
ganadería.
Hay dos líneas de trabajo:
1.Mejorar la producción de biomasa (mayor tamaño de la vaca, el grano...)
Se consigue introduciendo genes que aumenten la eficacia en el
aprovechamiento de recursos nutricionales y la resistencia a las condiciones
ambientales desfavorables.
2.Aumentar la resistencia a los agentes patógenos (hongos, virus, bacterias)
Se consigue introduciendo genes que sinteticen sustancias (fungicidas,
bactericidas, pesticidas..) que aumenten la capacidad de resistencia frente a
parásitos (p.e. patatas con gen para sintetizan una sustancia bactericida
contra un bacilo específico).
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TEMA 10 BIOTECNOLOGÍA. INGENIERÍA GENÉTICA
Esto se consigue por el desarrollo de plantas y animales completos
modificados genéticamente, es decir transgénicos.
Se denominan transgénicos, los organismos incorporan en su genomas de
forma estable ADN clonado. Es decir organismos que se desarrollan a
partir de una célula en la que se ha introducido ADN de otro ser vivo.
Los pluricelulares derivan de esa primera célula y por tanto contienen el
gen introducido en todas las células.
Los riesgos que presenta esta técnica son:
*Biotecnológicos:
-El comportamiento del transgénico no siempre es el esperado.
-Que los genes manipulados se introduzcan en los organismos que se
quieren resistir, o en otros inocuos que producirían desde ese momento
sustancias tóxicas.
*Biosanitarios:
-Los transgénicos se utilizan directamente o indirectamente para el
consumo humano. No se sabe aún a ciencia cierta si son o no perjudiciales
para la salud.
*Bioéticos:
Se crean especies nuevas transgénicas.
*Ingeniería genética en agricultura
 Plantas Transgénicas
- Se utiliza la tecnología del ADN recombinante por medio de un
plásmido de la bacteria Agrobacterium tumefaciens .
- Se cultiva in vitro tejidos vegetales y se seleccionan clones de
células genéticamente modificadas
- Se induce con tratamientos adecuados a los tejidos seleccionados
a que produzcan plantas completas que puedan propagarse
vegetativamente o por semillas.
Algunas sustancias de interés obtenidas de plantas transgénicas son:
- Plantas de tabaco y tomate que producen interferón, anticuerpos
animales
- Producción de transgénicos útiles para la producción de vacunas.
*Ingeniería genética aplicada a la ganadería
 Animales Transgénicos
A partir de animales transgénicos se producen proteínas de utilidad
farmacológica y proteínas humanas que precisan modificación
postraduccional (los microorganismos no pueden realizarla).
 Clonación de animales
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TEMA 10 BIOTECNOLOGÍA. INGENIERÍA GENÉTICA
Consiste en obtener organismos genéticamente idénticos
Existen 2 vías :
- “Por Disgregación de células embrionarias”:
En las primeras fases del desarrollo embrionario (de 2 a 30
células) se provoca la disgregación de las células. Cada una
por separado se comporta como si fuera un cigoto, iniciando el
proceso de crecimiento y diferenciación celular
- “Por transferencia del núcleo desde una célula embrionaria·:
Para ello previamente hay que disgregar las células
embrionarias de una mórula, se cultivan in vitro y se fusionan
con ovocitos a los que se les ha eliminado el núcleo. Después
de la fusión se origina un cigoto que originará un nuevo
individuo.
En 1997 se produjo la primera clonación de un mamífero (oveja Dolly) a
partir de una célula somática.
9.APLICACION DE LA INGENIERÍA GENÉTICA EN LA
INDUSTRIA
Una de las industrias que más recursos invierte en Biotecnología es la
industria alimentaria.
Mediante biotecnología se elaboran alimentos, aditivos, colorantes,
vitaminas, etc.
Se produce por la acción de microorganismos sobre una materia prima.
Los microorganismos más utilizados son las levaduras y las bacterias.
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TEMA 10 BIOTECNOLOGÍA. INGENIERÍA GENÉTICA
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).
Tipo de
fermentación
Microorganismo
implicado
Sustrato
Producto
Alimento
Alcohólica
Levadura
Almidón, Glucosa
Etanol y CO2
Pan, vino,
cerveza
Láctica
Bacteria
Carne picada
Ácido láctico
Embutidos
Homoláctica
Bacteria
Lactosa, glucosa
Ácido láctico
Yogur, queso
Heteroláctica
Bacteria
Carne picada,
pescado
Ácido láctico,
CO2 y etanol
Embutidos,
salsas de
pescado,
salazón, pasta de
pescado
Acética
Bacteria
Vino, suero,
malta, sidra
Ácido acético
Vinagre
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TEMA 10 BIOTECNOLOGÍA. INGENIERÍA GENÉTICA
Las fermentaciones se realizan en tanques especiales, llamados
fermentadores, si se cultivan cepas microbianas, o biorreactores, si se
trata de células vegetales o animales.
10.APLICACION DE LA INGENIERÍA GENÉTICA AL MEDIO
AMBIENTE. BIORREMEDIACIÓN
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.
10.1- 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.
 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
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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 crean 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
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La explotación minera provoca grandes problemas de contaminación del
suelo o de aguas subterráneas por metales pesados.
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
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