BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA1 BIOTECHNOLOGY AND GENETIC ENGINEERING 1 ALVARO CALERO ESCOLAR2, MS.C PALABRAS CLAVE: RESUMEN ADN, toxinas, genoma humano, transgenesis Los avances en ingeniería genética han contribuido esencialmente a desarrollar productos de aplicaciones industriales, las clonaciones, la transferencia de toxinas y la terapia génica entre otras, han marcado avances para solucionar enfermedades congénitas en algunos casos o manifestaciones infecciosas.Estos avances como el germinivirus en el uso del tabaco y endotoxinas de BT son procesados para evitar el daño de algunos tejidos en plantas, también podemos mencionar la terapia génica para reparar e introducir genes funcionales en pacientes. KEY WORDS: ADN, toxins, human genome, transgenesis ABSTRACT The advancements in genetic engineering have contributed essentially to develop products of industrial applications, the clonation , the toxins transference and the genic therapy among others have marked advances to solve congenital diseases in some cases or infectious manifestations. These advancements such as the geminivirus in tobacco case and endotoxins of BT are processed in order to avoid the damage of some tissues in plants, the genic therapy also can be mentioned to prepare and introduce functional genes in patients. ____________ Recibido para evaluación: Noviembre 29 de 2002. Aprobado para publicación: 28 de febrero de 2003. 1 2 Contribución a la II Muestra Agroindustrial. Universidad del Cauca, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Popayán, Noviembre 8, 9 y 10 de 2000. Profesor Universidad del Valle, Departamento de Química. Correspondencia: Alvaro Calero Escolar, e_mail: acalero@santiagodecali.edu.co Facultad de Ciencias Agropecuarias Vol 1 No.1 Marzo 2003 INTRODUCCION La Ingeniería Genética es una de las áreas que hoy por hoy toma fuerza dado los diferentes desarrollos que se han generado en la identificación del mapa genético. También, su uso en la producción de nuevos biomateriales, en la predeterminación del sexo. En esta corta revisión de la Ingeniería genética, se muestra la importancia de la genética en el desarrollo de nuevos productos. Clonación: Multiplicación de moleculas de ADN identicas en cultivo de celulas de bacterias, levaduras, plantas o animales. (1,2) Clon: es una colonia de moleculas de la sustancia hereditaria geneticamente identicos o un individuo unico que representa una copia genetica exacta del otro. Clonar: es el copiado de un ser viviente por metodos no sexuales. Figura 1. ADN y ARN polimeros de nucleotidos. 51 CLONACIÓN DE LA TELA DE ARAÑA CONDUCE A LA PRODUCCIÓN DE NUEVOS BIOMATERIALES Científicos Lebensmittel Consulting (Fostoria, OH) Plant Cell Technologies (Chatham, MA), patentaron una técnica para clonar el gen y producir largas cadenas de tela de araña. Figura 3. Produce fibras de 190 Tn. Peso molecular 220.000 a 800.000 k/dalton, 30.000 pares de bases. Características Cientos de veces más delgados que el cabello humano Mas elástico que el nylon Mas fuerte que el acero e Impermeable. Biotecnología para control de reproducción de cucarachas Ecologix TM carnada para alterar el metabolismo de las cucarachas. Combinación de sustancias naturales que previenen la reproducción de los adultos. Cuando el insecto come la carnada se altera su metabolismo no pueden crecer y mueren de hambre. SEMEN SELECCIONADO PARA PREDETERMINACIÓN DE SEXO Ternero de la Universidad del estado de Colorado obtenidos por técnicas de inseminación artificial usando semen seleccionado. Figura 4. (3) Lawrence A. Jonson Ph.D. y colaboradores desarrollaron un práctico método para predeterminar el sexo en el ganado vacuno. (3) En 1953, James Watson y Francis Crick dedujeron la estructura del ADN. Los genomas de todas las células y la mayoría de los virus más grandes están compuestos de ADN de doble banda. Algunos de los virus más pequeños contienen su información genética como un ADN de una sola banda o como ARN. (1) 1. 2. 3. Células Ovoides separadas en cromosomas X, Y. Los cromosomas X tienen 4% mas de ADN que las Y. Realizan modificación cromo-somica Método físico can ayuda de citometria y láser. Facultad de Ciencias Agropecuarias Vol 1 No.1 Marzo 2003 52 Todos los terneros nacen saludables y normales. Beneficio comercial se pueden obtener mejores productores de carne o de leche según las necesidades. Car ticel proporciona un cultivo autologo de chondrocitos por implantación. Genzyme Tissue Repair (Cambridge, M.A.) FDA A PRUEBA GENZYME'S CARTICEL PRODUCTO PARA REPARAR DAÑOS EN LA RODILLA ADN VIRICO EN LOS CROMOSOMAS DEL TABACO Y DE UNA PLANTA ESTRECHAMENTE EMPARENTADA. Defectos cartilaginosos sin-tomáticos del condilo femoral medio, lateral ó troclear causados por traumas repetitivos o agudos. (Figura 5) (4) Durante la evolución que ha conducido al tabaco (Nicotiana tabacum), dos padres diploides, N.sylvestris y N.tomentosiformis, cada uno de ellos dotados de 12 Figura 2. Emparejamiento y complementariedad estructural entre A/T y entre G/C. Figura 3. Clonación de la tela de araña. Facultad de Ciencias Agropecuarias Vol 1 No.1 Marzo 2003 53 INFECCIÓN DE UNA HOJA DE TABACO POR UN GEMINIVIRUS Figura 4. Terneros obtenidos por inseminación. Los geminivirus son virus vegetales de una sola hebra circular de ADN, protegidos por una envoltura de proteínas, planta de tabaco infectada por un virus vegetal, hoja enrollada manchada con lesiones necróticas amarillas. (ver Figura 8) (5) Planta de adorno (Kalanchoe tubiflora), infectada, en el laboratorio, (Agrobactrium tumefaciens). Dispone de capacidad natural para trans ferir ADN a los vegetales, induciendo tumores benignos. (Figura 9) (5) Figura 5. Defectos cartilaginosos. Taladros de Maíz Larvas y adultos de los taladros del maíz O. nubilalis y S. nonagrioides. (Figura 10) (5) Daños Producidos pares de cromosomas, se cruzaron para producir el antepasado del tabaco.(ver Figura 6) (4) PRINCIPALES ETAPAS DE LA TRANSGENESIS Las plantas transgénicas poseen dos genes de resistencia a los antibióticos. (5) 1. 2. Gen de clonación, permite mantener su construcción genética en la bacteria E.Coli . Gen sirve para seleccionar las células vegetales en las que se integra esta construcción. (ver Figura 7) Las larvas se alimentan de las hojas al comienzo de su desarrollo Posteriormente se introducen en la caña llegan al cuello de la raíz En ocasiones se introducen en la mazorca. (Figura 11) (5) MODO DE ACCIÓN DE ENDOTOXINAS Las δ - endotoxinas de Bt son procesadas a su forma activa al ser ingeridas por el insecto. La toxina se une a un receptor en la membrana de las células epiteliales del tubo digestivo Lisis celular osmótica y muerte del insecto. (Figura 12) (5) TRANSFERENCIA DE TOXINAS DE B. TRHURINGIENSIS A PLANTAS DE MAÍZ Transformación de las plantas de maíz, utilizando plásmidos que contienen el gen de B.thuringiensis que codifica la toxina, un promotor y un gen marcador. (Figura 13) (4,5) Facultad de Ciencias Agropecuarias Vol 1 No.1 Marzo 2003 54 Figura 6. Secuencia del tabaco. Figura 9. Planta inducida. GENOMA HUMANO Figura 7. Secuencia de clonación en la E. Col. Mapa genético del hombre. inversión: 3 billones de dólares Secuenciar 3 billones de unidades de ADN Esfuerzo conjunto (antecedentes): 1865: G.Mendel, descripción leyes de la herencia 1910: Morgan, localización de los genes en los cromosomas. Figura 8. Planta de tabaco infectada. 1953: J. Watson y F.Crick, estructura del ADN. 1975: F.Sanger desarrollo técnica de secuenciación. Avances en las areas de: Biología Química Física Matemática y Cinecia de los computadores. MAPA GENÉTICO Secuencia de caracteres que identifican los cuatro constituyentes químicos del ADN. (4,5) Facultad de Ciencias Agropecuarias Vol 1 No.1 Marzo 2003 Figura 10. Larvas y adultos de los taladros de maiz. 55 TERAPIA GENÉTICA Metodo moderno para aprovechar la ingeniería genética para reparar e introducir genes funcionales en un paciente a fin de devolverle la salud. (5) PROYECTO GENOMA HUMANO Figura 11. Daños producidos en el maiz. Aprobado por el congreso de U.S. en 1988 Inversionistas: Departamento de Energía de U.S. Instituto Nacional de Salud. Empresa Privada: Laboratorios Farmacéuticos Países participantes: Estados Unidos Japón Inglaterra Alemania Francia China 76% 7% 5% 4% 4% 4% Iniciación: Octubra de 1998 Finalización: en el 2005/2003. Mayo de 1998: tenían el 15% de la secuenciación humana Mayo del 2000: tenían el 90%. Proyecto: Figura 12. Mecanismo de rompimiento. Secuencia del ADN humano Mapear o identificar entre 60000 a 100000 genes. Poder llegar en 20 años a identificar la función de cada gen. Plantear aspectos éticos, legales y sociales. Implicaciones Eticas-Sociales Legales Facultad de Ciencias Agropecuarias Vol 1 No.1 Marzo 2003 56 Figura 13. Transferencia de Toxinas. A : Adenina T : Timina C : Citisina G :Glicina ADN se encuentra organizado en 23 pares de cromosomas: 23 cromosomas femeninos y 23 cromosomas masculinos. (5) Cada cromosoma alberga miles de genes: Están contenidas las instrucciones para el funcionamiento celular En los genes Instrucciones del código de la vida escritos en un alfabeto Genes - palabras construidas con ellas. Privacidad y Confidencialidad: derecho a la reserva de la información genética C.G. Propiedad y Patentabilidad: Etica - Cuestiona la patentabilidad del genoma humano. UNESCO 1997 publicó la Declaración Universal sobre el Genoma Humano D.U.G.H. patrimonio de la humanidad.(3) Genoma humano estado natural no puede dar lugar a beneficios económicos. (5) UNESCO VS. OFICINA DE PATENTES Discriminación: Modificar organismos vivientes a partir de sus genes. REFERENCIAS (1) (2) (3) (4) (5) http:www.iupui.edu/nivec/ngv http:www.uiowa.edu/n gene http:www.med.unc.edu/wrkunits/ 3ctrpgm/Lec/vos/lab/ongoing http:www.mc.vanderbilf.edu/gerc/gene/index