TEMA 20 : APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA : BIOTECNOLOGÍA E INGENIERÍA GENÉTICA

TEMA 20 : APLICACIONES DE LA BIOLOGÍA : BIOTECNOLOGÍA E

INGENIERÍA GENÉTICA

1. INTRODUCCIÓN 2. CULTIVOS CELULARES 3. ANTICUERPOS MONOCLONALES 4. INGENIERÍA GENÉTICA a. ADN RECOMBINANTE b. AMPLIFICACIÓN DEL ADN c. SECUENCIACIÓN DEL ADN d. CLONACIÓN

5. APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA 6. LA BIOÉTICA

1.- INTRODUCCIÓN

La BIOTECNOLOGÍA consiste en la utilización de seres vivos sencillos (bacterias y levaduras), y células eucariotas en cultivo, cuyo metabolismo y capacidad de biosíntesis se utilizan para la fabricación de sustancias específicas aprovechables por el hombre. La biotecnología permite, gracias a la aplicación integrada de los conocimientos y técnicas de la bioquímica, la microbiología, la ingeniería química, y, sobre todo, la ingeniería genética, aprovechar en el plano tecnológico las propiedades de los microorganismos y los cultivos celulares. Permiten producir a partir de recursos renovables y disponibles en abundancia gran número de sustancias y compuestos.

La biotecnología consiste en la utilización de un ser vivo o parte de él para la transformación de una sustancia en un producto de interés.

Posee tres características básicas:

1. Es interdisciplinar, utiliza principios de la ciencia y de la ingeniería. 2. Trabaja con seres vivos.

Desde siempre se han utilizado procedimientos biotecnológicos para obtener alimentos como el pan, la cerveza o el yogur aunque se desconocía que se originaban gracias a la fermentación provocada por diversos microorganismos. No es hasta mediados del siglo XIX cuando la biotecnología nace como ciencia gracias a los descubrimientos de Pasteur sobre las fermentaciones. Ya en el siglo XX podemos hablar de avances importantes cuando se incorporan los conocimientos de la base molecular de la herencia y las técnicas de ADN recombinante.

Se pueden distinguir dos etapas en la biotecnología:

 1ª Etapa: Biotecnología tradicional, donde no se utilizan técnicas de manipulación del ADN.

 2ª Etapa: Biotecnología moderna, desarrollada a partir del conocimiento de la estructura del ADN. En esta técnica se manipula el ADN de los organismos utilizados.

Biotecnología tradicional

Basada en el uso de seres vivos naturales para la obtención de productos de interés o el aumento de la producción.

Los individuos que se utilizan han sido escogidos mediante técnicas de selección artificial, esto quiere decir que el hombre ha potenciado el desarrollo de estos organismos por el beneficio que le proporcionan.

 Agricultura y ganadería: Se obtienen variedades de animales y vegetales más resistentes a enfermedades y plagas, mayor producción de alimentos o colores más agradables, gracias a la selección artificial (cruzando individuos con un carácter especial y seleccionando los descendientes).

 Industria alimentaria: Se obtienen diversos tipos de alimentos gracias a las fermentaciones (pan, yogur, queso, bebidas alcohólicas)

 Industria farmacéutica: Utilización de microorganismos para la obtención de medicamentos (penicilina a partir del hongo Penicillium notatum)

La biotecnología tradicional se basa fundamentalmente en tres técnicas:

1. Técnicas genéticas clásicas (mutación, recombinación y selección) para seleccionar las cepas más productivas.

2. Mejora de las condiciones fisicoquímicas de los cultivos (pH, aireación, temperatura) con el fin de aumentar el rendimiento.

3. Perfeccionamiento de las técnicas de aislamiento y purificación del producto de interés.

Biotecnología moderna

Consiste en la utilización de técnicas de manipulación del ADN para la obtención de individuos que den lugar a productos de interés o a la mejora de la producción.

 Agricultura y ganadería: Se crean organismos modificados genéticamente (OMG) con distintos fines (resistencia a plagas y sequía, a bajas temperaturas, a variaciones de salinidad, a herbicidas, de crecimiento rápido, de mayor producción, que contengan vitaminas o sustancias beneficiosas, etc.).

 Medio ambiente: Utilización de OGM para la biorremediación (Recuperación de suelos contaminados por metales pesados, obtención de energía mediante la depuración de aguas residuales, degradación de residuos tóxicos, obtención de plásticos biodegradables)

 Medicina: Diagnóstico de enfermedades genéticas, terapia génica, comparación de muestras de ADN (pruebas de paternidad, criminología).

 Industria farmacéutica: Se crean OMG con el fin de que produzcan sustancias que no le son propias (hormonas, antibióticos, vacunas, proteínas).

La biotecnología moderna se basa fundamentalmente en tres ámbitos de trabajo:

1. Cultivo de células.

2. Anticuerpos monoclonales 3. Ingeniería genética.

2.- CULTIVOS CELULARES

El cultivo celular es el proceso mediante el que células procariotas o eucariotas pueden cultivarse en condiciones controladas. En la práctica el término "cultivo celular" se usa normalmente en referencia al cultivo de células aisladas de eucariotas pluricelulares, especialmente células animales. El desarrollo histórico y metodológico del cultivo celular está íntimamente ligado a los cultivos de tejidos y de órganos. El cultivo de células animales empezó a ser utilizado durante los años 50, pero el concepto de mantener líneas de células vivas separadas del tejido de origen fue descubierto en el siglo XIX.

Como ejemplo de áreas de investigación fuertemente dependientes de las técnicas de cultivo celular son:

- Virología: establecimiento de condiciones de cultivo de virus animales y de plantas, producción de vacunas antivirales,...

- Investigación del cáncer

- Inmunología

- Ingeniería de proteínas. Por la producción de proteínas en líneas celulares: interferón, insulina, hormona de crecimiento.

- Estudios de interacción y señalización celular, en la diferenciación y en el desarrollo.

- Aplicaciones diagnósticas. Por ejemplo en medicina y farmacología destacan el análisis cromosómico de células crecidas a partir de muestras de amniocentesis, detección de infecciones virales, ensayos de toxicidad,...

- Aplicaciones médicas: mantenimiento y producción de tejido para transplantes.

- Aplicaciones industriales y agronómicas: producción por reproducción "in vitro" de clones de plantas de interés comercial.

La línea celular HeLa

Las células HeLa constituyen una línea de células epiteliales humanas procedentes de un carcinoma cervical, y las primeras células humanas de las cuales se estableció una línea celular permanente. En 1951 se practicó una operación quirúrgica a la paciente Henrietta Lacks (de ahí el nombre), una mujer afroamericana de 31 años, en la cual se extrajeron células de un carcinoma en el útero con la intención de evaluar su malignidad. La paciente falleció 8 meses después a causa de su tumor.

Las células extraídas fueron invadidas por el virus del papiloma humano, transformándose en células tumorales.

Aquellas células se dejaban cultivar tan bien, y proliferaban tan fácilmente en cultivos celulares, que desde entonces comenzaron a ser empleadas a gran escala en la investigación. Es tal la magnitud del cultivo de células HeLa por parte de laboratorios de todo el mundo, que la masa total de células HeLa supera ampliamente la masa total que en su día tuvo el cuerpo de Henrietta Lacks.

3.- ANTICUERPOS MONOCLONALES

Un anticuerpo monoclonal (AcMo o Mab, del inglés monoclonal antibody) es un anticuerpo homogéneo producido por una célula híbrida (hibridoma) producto de la fusión de un clon de linfocitos B descendiente de una sola y única célula madre y una célula plasmática tumoral.

En 1975, N. Jerne, G. Köhler y C. Miltein desarrollaron la técnica de los hibridomas para obtener anticuerpos monoclonales (Nobel de Medicina en 1984). Para producir anticuerpos monoclonales, primero se extraen células B del bazo de un animal que ha sido expuesto al antígeno. Estas células B son fusionadas con células tumorales de mieloma múltiple (tumor linfocitario) que pueden crecer indefinidamente en cultivo celular. Estas células fusionadas híbridas, llamadas hibridomas pueden multiplicarse rápida e indefinidamente, puesto que son células tumorales después de todo y pueden producir gran cantidad de anticuerpos

Los anticuerpos monoclonales son anticuerpos idénticos porque son producidos por un solo tipo de linfocito B. Es posible producir anticuerpos monoclonales que se unan específicamente con cualquier molécula con carácter antigénico. Este fenómeno es de gran utilidad en bioquímica, biología molecular y medicina.

Aplicaciones de los AcMo

 Determinar la presencia de drogas, hormonas, vitaminas, citocinas, proteínas asociadas a determinados tipos de cánceres, alérgenos, indicadores víricos ( prueba del SIDA por ejemplo ) , en sangre u orina.

 Determinar los grupos sanguíneos.

 Uso terapéutico para enfermedades infecciosas, autoinmunes, cáncer, alergias o en trasplantes para evitar el rechazo.

4.- INGENIERÍA GENÉTICA

La INGENIERÍA GENÉTICA es una parte de la biotecnología que se basa en la manipulación de genes para obtener esas sustancias específicas aprovechables por el hombre: se trata de aislar el gen que produce la sustancia, e introducirlo en otro ser vivo que sea más sencillo -y barato- de manipular; lo que se consigue es modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por el hombre, alterando su material genético.

La ingeniería genética permite:

 Quitar uno o más genes.  Añadir uno o más genes.

 Aumentar el número de moléculas de ADN.  Clonar células.

 Clonar individuos.

Las enzimas de restricción (tijeras biológicas)

Se descubrieron en 1970. Son enzimas capaces de cortar el ADN en secuencias específicas originando, en muchos casos, extremos escalonados denominados cohesivos o pegajosos. Estos extremos son capaces de unirse espontáneamente a otros generados por la misma enzima. En el caso de que quisiéramos insertar un gen en un plásmido usando esta propiedad, requeriríamos para completar la tarea la actuación de una ligasa que formaría los enlaces fosfato.

El Premio Nobel de Medicina de 1978 fue concedido a los microbiólogos Werner Arber, Daniel Nathans y Hamilton Smith por el descubrimiento de las endonucleasas de restricción lo que condujo al desarrollo de la tecnología de ADN recombinante. El primer uso práctico de su trabajo fue la manipulación de la bacteria E. coli para producir insulina humana para los diabéticos.

CONSTRUCCIÓN DE ADN RECOMBINANTE

El ADN recombinante es un fragmento de ADN construido artificialmente a partir de segmentos no homólogos de organismos diferentes. Suele contener un vector y el gen o los genes de interés.

 Vectores: Fragmentos de ADN que permiten transferir genes de un organismo a otro. Los más utilizados son los plásmidos , los virus y los cósmidos ( Ver pág. 383 )

 Gen o genes de interés: Se obtienen a partir de genotecas creadas a partir de ARNm aislados de las células que se copian a ADN complementario (ADNc) gracias a la retrotranscriptasa.

Para introducir el gen en el vector se utilizan las enzimas de restricción y las ligasas. Una vez que el vector presente el gen de interés se transfiere a la célula huésped (anfitriona) que debe caracterizarse por:

1. Poder crecer rápidamente. 2. Hacerlo de manera barata. 3. Que sea fácilmente manipulable.

Hay tres tipos de células huésped: Bacterias (E. coli), levaduras y células eucariotas de líneas celulares de mamíferos. Cada uno de estos tipos celulares tiene sus ventajas e inconvenientes. Las bacterias se caracterizan porque su material genético es muy simple, suelen crecer muy rápido y las condiciones de crecimiento son bastante sencillas. Su principal inconveniente es que no llevan a cabo algunas de las modificaciones que sí realizan las células eucariotas en las proteínas, como la glucosilación. Las levaduras y las líneas celulares son más complicadas, especialmente estas últimas, no crecen tan rápido y suelen ser más difíciles de tratar. No obstante, la ventaja es que ambos sistemas pueden llevar a cabo modificaciones como las descritas anteriormente.

Posteriormente se clona la célula modificada y se obtiene un número elevado de células idénticas capaces de fabricar la proteína específica del gen introducido.

La técnica para obtener una proteína por ingeniería genética se realiza en varios pasos:

 Selección y obtención del gen.  Selección de un vector.

 Selección de una célula anfitriona.

 Síntesis y obtención de proteínas correspondientes al gen manipulado.

De esta forma se obtienen muchas proteínas humanas como insulina, hormona del crecimiento, factores de coagulación, etc.

AMPLIFICACIÓN DEL ADN

Para aumentar el número de copias de un fragmento de ADN se utilizan dos técnicas de amplificación: la clonación bacteriana y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR).

La clonación bacteriana sigue el procedimiento descrito anteriormente.

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) permite sintetizar en pocas horas millones de copias de un segmento de ADN a partir de una muestra muy pequeña.

Para ello se necesita:

 Nucleótidos trifosfato

 ADN cebador

 ADN polimerasa que actúa a temperaturas elevadas (72ºC)

1.- Se calienta la muestra por encima de los 90º para provocar la desnaturalización del ADN (se separan las hebras).

2.- Se baja la temperatura hasta 50ºC en presencia de los cebadores que hibridan con los extremos complementarios de cada cadena.

3.- Se eleva la temperatura a 72ºC y la ADN polimerasa sintetiza ADN.

Repitiendo este ciclo unas veinte veces se pueden obtener hasta un millón de copias del fragmento de ADN ( El proceso se realiza automáticamente con un aparato llamado termociclador .

Esta técnica tiene múltiples aplicaciones : en las pruebas de paternidad , en criminología y medicina forense para identificar restos humanos , etc.

SECUENCIACIÓN DE ADN

Para conocer la secuencia de nucleótidos de un fragmento de ADN se utilizan técnicas de secuenciación. Las primeras fueron desarrolladas entre 1977 y 1980 por los equipos de Sanger y Gilbert, pero eran procedimientos muy laboriosos. Posteriormente se han introducido mejoras a dichas técnicas y además se han automatizado e informatizado de forma que el trabajo lo realizan actualmente unos aparatos llamados secuenciadores.

Consultar la técnica de secuenciación de SANGER (método didesoxi)

La secuenciación de genes ha permitido la reconstrucción de genomas completos abriendo paso a dos nuevas disciplinas: la Genómica y la Proteómica.

Genómica

Estudia el genoma de los seres vivos. Su mayor hito es el Proyecto Genoma Humano.

La Genómica es un área de la Biología cuyo objetivo es el estudio de los genomas. El diccionario define “Genoma” como el conjunto de genes que especifican todos los caracteres que pueden ser expresados en un organismo. Es el juego completo de instrucciones hereditarias para la construcción y mantenimiento de un organismo en determinadas condiciones medioambientales. El término “Genómica” fue introducido en 1986, considerando el genoma como una unidad funcional y para distinguir el estudio de genomas completos, o de grandes regiones del mismo, de estudios genéticos más tradicionales centrados en un gen o un pequeño grupo de genes relacionados funcional o estructuralmente.

A mediados de los años ochenta se disponía de la secuencia completa de algunos virus y orgánulos celulares. Los avances en las técnicas de secuenciación y análisis informático de secuencias permitieron el abordaje de proyectos de secuenciación de organismos más complejos. A partir de 1995 se produjo un incremento exponencial en la aparición de secuencias de genomas completos, iniciado con los de las bacterias Haemophilus influenzae y Mycoplasma genitalium y continuado con diversas bacterias y organismos modelo. En 1996 se dio a conocer la primera secuencia de un organismo eucariota, Saccharomyces cerevisiae, y en 1998 se finalizó la secuenciación de un organismo eucariota pluricelular, Caenorhabditis elegans. En 2003 se publicó la secuencia completa del genoma humano, un hito indiscutible por la apertura a nuevas investigaciones y aplicaciones en el área de la Biomedicina.

La introducción de las tecnologías de secuenciación masiva, con capacidad de secuenciación de genomas completos en breves plazos de tiempo, está teniendo un

elevado impacto en la secuenciación de nuevos genomas, así como en estudios de variación génica y en otras aplicaciones desarrolladas con esta técnica.

Proteómica

La Proteómica es un área de la Biología cuyo objetivo es el estudio de los proteomas. Un proteoma es el conjunto de proteínas expresadas por un genoma, una célula o un tejido. El término proteoma fue utilizado por primera vez en 1995. Hubo dos factores decisivos para el desarrollo de la proteómica:

(1) Por un lado la secuenciación de los genomas a gran escala (se conoce la secuencia de los genes pero no su función).

(2) Y por otro lado, el desarrollo de técnicas de separación y análisis de proteínas (Electroforesis Bidimensional, Cromatografía Multidimensional y Espectrometría de Masas).

La secuenciación del genoma humano ha permitido conocer el número de genes que poseemos y que dicho número no es muy diferente del de otros organismos. La complejidad de los organismos parece radicar en las proteínas ya que un gen puede dar lugar a diferentes formas proteicas. Las proteínas van a sufrir diferentes modificaciones post-traduccionales para realizar su función. Además las proteínas van a interaccionar con otras proteínas formando complejos proteicos.

La proteómica proporciona un conjunto de herramientas muy poderosas para el estudio a gran escala de la función de los genes a nivel de proteína. La aplicación de la proteómica tiene un enorme potencial en el área de la biomedicina para el desarrollo de métodos de diagnóstico y pronóstico de enfermedades y para la búsqueda de dianas que permitan el diseño de nuevos fármacos y vacunas.

Proyecto GENOMA

El Proyecto Genoma Humano (PGH) nació en 1990 con el fin de localizar, identificar, conocer la secuencia de nucleótidos y la función de los genes que componen el genoma humano.

En el año 2003 se completó la secuencia de todo el genoma humano. Aunque no se conoce la función de todo él su estudio ha proporcionado cinco conclusiones básicas.

1. No existe relación entre la complejidad de un organismo y su número de genes (el ser humano y la rata poseen 30.000 genes)

2. Compartimos genes con otros organismos incluidas las bacterias. 3. El 99,99% de la información genética es igual en todos los humanos. 4. Un gen puede originar varias proteínas.

5. La mayor parte del ADN está constituida por secuencias repetitivas o interrumpidas cuya función se desconoce.

Repercusiones del PGH

Posibilidad de estudiar las enfermedades genéticas.

Ha mejorado la comprensión del desarrollo embrionario (activación e inactivación secuencial de genes).

Avances en el conocimiento de la evolución.

Determinación de genes esenciales para la vida.

CLONACIÓN

La palabra CLON significa copia exacta. Con la ingeniería genética podemos obtener clones de ADN, de células o de organismos completos. Así, se pueden distinguir tres tipos de clonación:

 Clonación celular: se utiliza para obtener copias de ADN mediante unas células llamadas células anfitrionas.

 Clonación de células: con esta técnica podemos obtener células iguales. De esta forma se crean tejidos reparadores de otros que estén enfermos o deteriorados, sin que se produzca rechazo por parte del enfermo.

 Clonación de organismos completos: se obtienen individuos que son genéticamente idénticos.

Mediante la técnica de transferencia nuclear se consiguió clonar la oveja Dolly en 1996.

5.- APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA

Las aplicaciones de la biotecnología, tradicional o moderna, son múltiples. Sectores como la industria alimentaria, la química, la energética, la minería, la agricultura, la ganadería, la medicina o el medio ambiente, han obtenido resultados beneficiosos gracias a esta disciplina. A modo de ejemplo podemos citar los siguientes:

1. Obtención de proteínas de interés médico y económico: antibióticos, enzimas, hormonas (insulina, hormona del crecimiento), vacunas (hepatitis B), factores de coagulación ,interferón.

Sustancias humanas producidas por bacterias

En la actualidad, una de las técnicas de ingeniería genética más empleada consiste en la producción de sustancias humanas por bacterias a las que se les ha introducido el gen correspondiente. Entre las sustancias que ya se obtienen mediante esta técnica están:

- La insulina.- Es una hormona formada por dos péptidos. El péptido A (21 aminoácido) y el péptido B (30 aminoácidos). Los genes que codifican ambos péptidos se aíslan de células humanas y se introducen en estirpes bacterianas diferentes. Cada clon sintetiza uno de los polipéptidos. Éstos se aíslan, se purifican, se activan los grupos -SH para que se unan los dos péptidos y obtenemos insulina humana.

- La hormona del crecimiento.- Es un polipéptido de 191 aminoácidos. Se utiliza una técnica similar al ejemplo anterior.

- El interferón.- Es una proteína de peso molecular entre 16.000 y 20.000, con una cadena glucosídica. En la actualidad se ha conseguido aislar el ADN responsable del interferón en leucocitos y linfoblastos infectados por virus. El problema es que se obtiene una producción baja a causa de la inestabilidad de la molécula.

El interferón se emplea para el tratamiento de enfermedaes víricas y también en la terapia de algunos tipos de cancer.

- El factor VIII de la coagulación.. La ausencia de este factor causa un tipo de hemofilia. Se ha introducido en bacterias el gen humano que codifica para dicho factor, haciendo que dichas bacterias lo produzcan de manera rentable.

2. Mejora genética de animales y vegetales para obtener una mayor producción y mejor calidad nutricional.

Ejemplos del empleo de estas técnicas en la producción agrícola:

Las técnicas más empleadas en las plantas son:

* Uso de pistolas con microbalas de metal recubiertas de ADN.

* Uso como vector de un plásmido de una bacteria simbionte que produce tumores.

Mediante estas técnicas se han obtenido o se está en vías de obtener: a) Variedades transgénicas del maíz que:

* Resisten heladas.- incorporación de un gen de un pez resistente al frío. * Resisten plagas.- incorporación de un gen del trigo.

* Resisten herbicidas.- incorporación de un gen bacteriano. b) Variedades transgénicas del trigo que:

* Son más nutritivas.-incorporación de genes de insectos y de bacterias * Resistentes a plagas y herbicidas.Incorporación de varios genes de insectos y bacterias.

c) Variedades de tomate que maduran más lentamente por anulación de un gen que regula la maduración por haberlo introducido en sentido contrario, se producen dos ARNm complementarios que hibridan y no se traducen.

d) Plantas de tabaco transgénicas: Se está trabajando en la inserción de "genes nif" que posibilitarían el aprovechamiento directo del N2 atmosférico. Son genes de

éstas no dependan de la cantidad de nitritos y nitratos del suelo. Se usa el tabaco porque es una planta muy maleable.

Ejemplos del empleo de estas técnicas en la producción animal:

En los animales estas técnicas se emplean más en peces porque la fecundación es externa. Las técnicas más comunes son:

* La microinyección de los genes en el zigoto

* Campos eléctricos que hacen permeable la membrana y permiten la entrada de material genético.

Mediante estas técnicas se han obtenido o se está en vías de obtener:

* Carpas transgénicas que crecen de un 20 a un 40% más rápido. Se consiguen introduciendo el gen de la hormona del crecimiento de la trucha arco iris. Se estimula añadiendo Cinc a la dieta.

* Salmones transgénicos.- Resisten mejor las temperaturas bajas. Se consigue por incorporación de un gen de una especie de platija del ártico.

* En mamíferos se han conseguido ratones transgénicos : en ratones que carecían de la hormona del crecimiento (por mutación del gen productor de la misma) .Se introdujo en el zigoto de estos ratones el gen de la hormona del crecimiento de la rata. Los ratones resultantes producían 800 veces más hormona que los ratones normales ( y como consecuencia son ratones con más del triple de peso que los normales. )

3. Obtención de plantas clónicas para cultivos.

4. Obtención de "bioinsecticidas", animales y plantas capaces de destruir a otros seres vivos que se alimentan de los cultivos.

https://es.wikipedia.org/wiki/Biopesticida

5. Obtención de animales y vegetales transgénicos

Se llaman organismos transgénicos a los organismos genéticamente modificados mediante la introducción de un gen de otra especie totalmente diferente.

Animales Vegetales Obtención de órganos animales

(cerdos) con genes humanos para no ser rechazados en transplantes

Resistentes a insectos: maíz y algodón con un gen que produce una toxina para orugas y escarabajos

Animales con carnes y huevos con menos colesterol y grasas

Resistentes a herbicidas: soja, algodón, maíz, resisten a altas concentraciones de herbicidas que se echan en los campos para erradicar malas hierbas

Pollos sin plumas Resistentes a condiciones

ambientales: frío, sequía, alta salinidad, etc

Incremento del rendimiento fotosintético

6. Biorremediación y bioadsorción.

Consiste en producir microorganismos modificados genéticamente con el fin de que degraden o eliminen sustancias tóxicas o contaminantes. De esta forma se combaten las mareas negras, se eliminan plaguicidas o metales pesados o se tratan las aguas residuales; consiguiendo regenerar suelos y aguas contaminadas

Consulta esta página web :

www2.uah.es/tejedor-bio/bioquimica_ambiental/biorremediacion.pdf 7. Terapia génica

Esta técnica se basa en la introducción de un gen correcto en las células humanas para sustituir un gen deficiente. Puede ser terapia génica de células germinales , o terapia génica de células somáticas .

La terapia génica de células germinales no está autorizada a nivel legal , puesto que consiste en la introducción de genes en células de la línea germinal (en gametos , en células preculsoras de gametos o en un cigoto ) .De este modo resultaría afectado organismo al que dieran origen estas células .

La terapia génica en células somáticas sí es legal . Se introduce el gen en un grupo más o menos amplio de células somáticas . De este modo , la “corrección ” no pasa a la descendecia .

Con la ayuda de un vector adecuado ( generalmente un virus modificado ) se introduce el gen correcto y se integra en el ADN de la célula enferma. Puede hacerse de tres formas distintas: Ex vivo, in vivo o in situ.

a. Ex vivo: Se extraen células del enfermo y se cultivan. Se les introduce el gen normal y se reintroducen en el organismo del paciente.

b. In vivo: Los genes se introducen por vía sanguínea unidos a vectores. Los vectores poseen en su superficie moléculas que son reconocidas por

las células diana, de forma que sólo allí transfieren la información genética que portan.

c. In situ: Se introducen directamente los genes en los tejidos.

La terapia génica plantea algunos problemas:

Para introducir los genes en las células somáticas se suelen emplear retrovirus modificados que integran el ADN en los cromosomas de las células .El problema es que los genes se insertan al azar en cualquier punto del genoma , lo que puede provocar alteraciones genéticas no deseadas ( por ejemplo si se inserta en el interior de un gen , o en alguna secuencia de las que regulan la expresión génica )

Los genes implantados no producen la cantidad suficiente de proteína y las células modificadas terminan muriéndose y con ellas su efecto.

Algunos casos en los que esta técnica está en estudio o en proceso de ensayo son:

* La Talasemia.- Grupo de enfermedades relacionadas con la presencia de hemoglobina distinta de la normal.

- Tratamiento: retirar células de la médula ósea del enfermo, introducir en ellas el gen correcto mediante un virus, volverlas al torrente circulatorio.

- Dificultades: La selección de las células que producen hemoglobina entre todas las células de la médula, es difícil. Los genes introducidos se expresan poco .Las alteraciones en su manifestación son peligrosas.

* La carencia de la enzima Adenosin Desaminasa (ADA).- Fallo en los leucocitos. Enfermedad de los niños burbuja o inmunodeficiencia combinada grave (SCID).

- Tratamiento: semejante al de la Talasemia.

Enfermedades sometidas a ensayos clínicos de terapia génica : Cáncer (melanoma, riñón, ovario, neuroblastoma, garganta, pulmón, cerebro, hígado, mama, colon, próstata, leucemia, linfoma...), Fibrosis quística, Hemofilia, Artritis reumatoide

Más información :

http://www.unav.es/ocw/genetica/tema12-4.html

Vídeo : En el programa “ Redes” , Punset entrevista a Fátima Boch , experta en terapia génica de la Universidad Autónoma de Barcelona ) .Este es el enlace :

https://www.youtube.com/watch?v=WQvWgUgNVLc

Noticias sobre este tema :

http://www.elpais.com/tag/terapia_genica/a/

8. Producción de productos biodegradables (bioplásticos, espumas de poliuretano).

9. Obtención de biocombustibles

Bioalcoholes A partir de biomasa y hongos del Gº Sacharomyces se obtiene etanol

Bioaceites A partir de plantas ricas en aceites vegetales como la colza, la soja, el girasol o la palma. Se utilizan en motores diésel. Biogás o gas

natural

Biotransformación de residuos urbanos, agrícolas o industriales.

10. Recuperación de especies en peligro de extinción (mediante clonación). 11. Diagnóstico de enfermedades genéticas.

12. Obtención de anticuerpos monoclonales.

13. Células madre y terapia celular : la terapia celular es la utilización de células madre para curar enfermedades debidas a anomalías celulares .

Algunas enfermedades que se espera curar con esta técnica son :

 La diabetes , por regeneración de las células β de los islotes de Langerhans del páncreas .

 La leucemia infantil : por regeneración de la médula ósea

 El infarto de miocardio : mediante la regeneración de los tejidos necrosados del corazón

Se distinguen tres tipos de células madre , en función de su capacidad para diferenciarse en un número mayor o menor de tejidos :

 Totipotentes : pueden generar por completo un nuevo individuo organizado y estructurado . Sólo tienen esta capacidad las células madre embrionarias .

 Pluripotentes : se pueden diferenciar en cualquier tejido , pero no pueden formar un individuo completo. Existen células pluripotentes tanto embrionarias como adultas .

 Multipotentes : son aquellas capaces de generar exclusivamente nuevas células del tejido del que proceden

Clonación terapeútica : extracción de células madre de embriones humanos obtenidos por clonación de células del propio enfermo (mediante transferencia nuclear). De esta forma se evita el problema del rechazo de trasplantes (autotrasplante). Dado que este método genera graves problemas bioéticos, la obtención de células madre suele estar restringida a las procedentes de embriones desechados de la FIV, del cordón umbilical o de la médula ósea.

6.- BIOÉTICA

La Biotecnología y la Ingeniería Genética han proporcionado grandes beneficios a la humanidad, pero también pueden producir consecuencias negativas. Por ello, se han elaborado una serie de normas éticas y legales, algunas de aplicación a nivel mundial.

 Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos (UNESCO 1977): art 1º: “El Genoma Humano es Patrimonio de la Humanidad”.  Prohibición de clonación con fines reproductivos o experimentales en seres

humanos (Consejo de Europa 1977).

En nuestro país la Ley de Investigación Biomédica, que se aprobó en 2007 ,regula la utilización de la Biotecnología y la Ingeniería Genética, prohibiendo de forma expresa la clonación reproductiva y la creación de embriones destinados a la investigación.

INGENIERÍA GENÉTICA

BENEFICIOS INCONVENIENTES

SOCIALES Alimentos de mayor calidad nutricional. Retraso en la maduración de frutas y verduras. Animales y plantas más resistentes a enfermedades y plagas.

Animales y plantas con mayor rendimiento económico.

Posibilidad de obtener humanos genéticamente modificados

Capacidad para producir clones de humanos

Vulneración del derecho a la intimidad de las personas por uso de su información genética

Control del mercado de alimentos por las multinacionales de biotecnología

SANITARIOS Prevención de enfermedades genéticas

Introducción de genes “sanos”

Posible aparición de efectos secundarios por el consumo de alimentos transgénicos

en células enfermas.

Obtención de fármacos nuevos

Aplicación para estudios científicos

Pruebas de paternidad y medicina forense

Aparición de nuevos organismos y nuevas enfermedades

Creación de embriones humanos con el fin de la investigación

ECOLÓGICOS Bacterias degradadoras de vertidos

Bacterias recuperadoras de suelos contaminados

Bacterias productoras de plásticos biodegradables

Posible contaminación genética desde organismos transgénicos por transferencia espontánea de genes

Invasión de zonas naturales por organismos transgénicos más resistentes

Desaparición de especies naturales por el uso de especies modificadas ENLACES http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esobiologia/4quincena8/4quinc ena5_contenidos_1a.htm http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/4ESO/Genetica2/contenido4.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Cultivo_celular http://es.wikipedia.org/wiki/Anticuerpos_monoclonales http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima_de_restricci%C3%B3n