Ingeniería genética

¿Sabes en qué consiste y cuál es la función de la ingeniería genética? ¿Has oído hablar de los organismos genéticamente modificados? En este artículo hablamos de la ingeniería genética, sus alcances y aplicación.

Definición de ingeniería genética

La ingeniería genética es el proceso mediante el cual se utilizarn herramientas genéticas avanzadas para modificar el contenido genético de un organismo, es decir, su ADN.

Los científicos pueden utilizar la ingeniería genética para aislar genes de un organismo (A) y combinarlos con el genoma de otro organismo receptor (B). El ADN creado a partir de esta combinación se denomina ADN recombinante.

El objetivo de la ingeniería genética es desarrollar OGM con las características más deseables.

El código genético es universal, es decir, es el mismo en todos los organismos. Todos compartimos las mismas bases nitrogenadas. Por lo tanto, una misma secuencia de bases, se transcribe y traduce en los organismos transgénicos de la misma manera que en el organismo donante, lo que lleva a que se produzca la misma proteína.

Estos son algunos de las funciones más beneficiosas de la ingeniería genética:

• Permite crear alimentos más nutritivos para erradicar la malnutrición en el mundo.

• Permite crear plantas resistentes a las enfermedades y a la sequía, que requieren menos recursos ambientales.

• Permite aumentar el suministro de alimentos con menor coste.

• Permite aumentar la vida útil de determinados portainjertos.

• Permite obtener mayor rendimiento de los cultivos para fabricar biocombustibles.

• Permite crear cultivos y animales de crecimiento más rápido.

Ejemplos de ingeniería genética

Actualmente, estamos rodeados de muchos organismos genéticamente modificados a través de la ingeniería genética. Por ejemplo:

• La producción de frutas de maduración lenta, para conseguir cosechar la fruta cuando está madura pero que se mantenga así hasta que llega al consumidor.
• Plantas o cultivos resistentes a infecciones de virus o bacterias.

Ingeniería genética en animales

Hasta ahora hemos hablado de plantas y cultivos, pero tambien existen animales genéticamente modificados mediante la ingeniería genética.

• Los alimentos producidos a partir de animales modificados genéticamente con la ingeniería genética pueden tener menos valor nutricional debido a un ritmo de crecimiento más rápido.

• La introducción de un organismo genéticamente modificado (con un nuevo material genético) en la naturaleza puede dar lugar a nuevos patógenos resistentes que son más fuertes y suponen un riesgo para la salud.

• Muchas empresas ponen derechos de autor sobre los OGM que producen mediante la ingeniería genética. Esto, por ejemplo, puede tener consecuencias costosas para los agricultores, ya que tienen que pagar más por las semillas OGM.

• El abuso de la tecnología y los conocimientos de la ingeniería genética en animales y seres humanos puede conducir a resultados éticamente cuestionables.

¿Cómo funciona el proceso de la ingeniería genética?

Podemos dividir el proceso para crear células transgénicas en cinco pasos principales:

1. Hay que aislar el gen que codifica el producto o proteína deseado. Este proceso consiste en producir fragmentos de ADN que contengan el gen deseado.

2. A continuación, hay que insertar el gen en un vector.

3. El vector transporta el gen a las células receptoras. Este proceso de entrega se denomina transformación.

4. Es necesario identificar las células recombinantes que se han transformado con éxito y que ahora contienen el ADN recombinante. Los genes marcadores, como los genes de resistencia a los antibióticos, ayudan en este paso.

5. Tras la identificación, las células recombinantes se clonan para producir una gran población de células transgénicas.

Producción de fragmentos de ADN mediante ingeniería genética

Identificar y aislar un gen específico de unos pocos cientos de bases entre los millones de bases del ADN eucariota es todo un reto. Hay tres técnicas principales que los científicos utilizan para crear fragmentos de ADN:

1. Utilizar la transcriptasa inversa para convertir el ARNm (ARN mensajero) en ADNc (ADN complementario).
2. Utilizar la endonucleasa de restricción para cortar la molécula de ADN en una secuencia específica.
3. Utilizar la síntesis artifical de oligonucleótidos para crear un gen basado en una proteína con una estructura y composición conocidas. Esta se lleva a cabo en sentido 3' a 5' (al revés que las enzimas sintetizadoras de RNA o DNA)

Transcripción inversa

Este proceso de ingeniería genética utiliza una enzima particular llamada transcriptasa inversa. Esta enzima se encuentra de forma natural en los retrovirus, como el VIH, y crea cadenas de ADN a partir de moléculas de ARNm.

• El ARNm en las células corresponde a la secuencia genética, y los ribosomas lo leen para sintetizar moléculas polipeptídicas (proteínas). Este proceso se conoce como traducción.

• Una célula que produce naturalmente una proteína debe contener grandes cantidades de ARNm de esa proteína, que puede ser aislado. Por ejemplo, las células beta de los islotes de Langerhans del páncreas segregan insulina y deberían contener altos niveles de ARNm codificante para la proteína de la insulina. Así, el ARNm de la insulina puede extraerse de las células beta.

• Tras la extracción del ARNm deseado, se puede tratar con la enzima transcriptasa inversa, que polimeriza los desoxirribonucleótidos y crea moléculas de ADNc monocatenario que tienen una secuencia de bases complementaria a la del ARNm.

• Las moléculas de ADNc obtenidas se tratan, posteriormente, con la ADN polimerasa en el proceso de reacción en cadena de la polimerasa (PCR). La ADN polimerasa sintetiza una cadena de ADN complementaria basada en el ADNc, así se crea una molécula de ADN de doble cadena. Durante la PCR se replica el ADN ciclicamente, amplificando el número de fragmentos de ADN.
• La principal ventaja del proceso de transcripción inversa para aislar genes es que el producto creado al final es un ADNc que no contiene ningún ADN no codificante, como los intrones. Esto es importante para insertar genes en procariotas, ya que los sistemas procariotas no pueden eliminar los intrones.

Endonucleasas de restricción

Las endonucleasas de restricción (ER) son enzimas que forman naturalmente parte del mecanismo de defensa de las bacterias: actúan cortando las moléculas de ADN extrañas.

Existen varios tipos de ER cuyos sitios activos son complementarios a secuencias de bases del ADN específicas. Estas secuencias se denominan secuencias de reconocimiento, y cada ER crea incisiones en el ADN, específicamente, en estos lugares.

Podemos clasificar las ERs en dos grupos principales, en función de cómo cortan el ADN:

1. Los ERs que cortan el ADN en el mismo lugar, lo que crea dos extremos rectos; es decir, todas las bases están apareadas.
2. Los ERs que cortan ambas hebras de ADN en posiciones separadas por unas pocas bases, creando extremos escalonados con bases de ADN expuestas (bases sin pares complementarios). Estas bases de ADN sin aparear pueden unirse a otra moléluca de ADN que contenga bases complementarias. Estos extremos también se denominan extremos cohesivos, ya que pueden unirse fácilmente a otras muestras de ADN con extremos cohesivos que contengan secuencias complementarias. Las secuencias de reconocimiento para este tipo de ERs tienen una secuencia palindrómica, lo que significa que su secuencia es la misma en las dos hebras cuando se lee en la misma dirección: es decir, la secuencia en dirección 5´ a 3´ es la misma en ambas hebras. Lo mismo ocurre en direccion 3´ a 5´.

La síntesis de oligonucleótidos es la técnica más moderna y consiste en crear fragmentos de ADN en un laboratorio utilizando ordenadores y dispositivos especiales.

Primero, se identifica la proteína de interés y se examina su secuencia de aminoácidos constitutiva. A continuación, los científicos pueden determinar las secuencias de ARNm y ADN que podrían codificar esa proteína utilizando el código genético a la inversa.

La secuencia de ADN obtenida puede entonces introducirse en el ordenador. El ordenador comprueba los fragmentos de ADN, en cuanto a bioseguridad y seguridad biológica, asegurándose de que siga las distintas normativas éticas y no viole las regulaciones internacionales. A continuación, el ordenador crea una serie de pequeños nucleótidos monocatenarios con secuencias superpuestas en un proceso automatizado. Estas hebras se denominan oligonucleótidos y pueden ensamblarse para generar la secuencia de ADN del gen deseado. Por último, la cadena de ADN modificada se amplifica y se convierte en moléculas de ADN de doble cadena, mediante PCR.

La técnica de síntesis artificial de oligonucleótidos es precisa y puede llevarse a cabo en tan sólo diez días. También permite crear cadenas de ADN que no contienen regiones no codificantes (intrones) y que pueden ser transcritas y traducidas por sistemas procariotas.