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Ingeniería genética

Ingeniería genética
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¿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 organismo que contiene ADN recombinante es un organismo transgénico o genéticamente modificado (OGM), que puede ser tan simple como una bacteria o tan complejo como plantas o animales.

La modificación de la información genética (ADN) de los organismos es un proceso complejo que implica la utilización de técnicas de ingeniería genética en múltiples pasos.

Función de la ingeniería genética

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

Los cultivos —como el maíz, la soja y el algodón— pueden modificarse genéticamente para que sean resistentes a los pesticidas. Esto ayuda a los agricultores a tener un mejor rendimiento, ya que pueden utilizar pesticidas para erradicar las plagas sin dañar los propios cultivos.

Las bacterias también pueden modificarse genéticamente. Los científicos pueden introducir en una bacteria un gen que codifique una proteína deseada como un medicamento o una hormona (por jemplo, la insulina). Al cultivar las nuevas colonias bacterianas en masa, con su nuevo gen introducido, producirán esta proteína. La proteína se podrá entonces recoger, purificar y utilizar con fines farmacéuticos o industriales.

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.

En 2020 se produjo el primer salmón transgénico al que se le añadió un gen de otra variante de salmón. Este nuevo ADN recombinante permite al salmón transgénico crecer más y a mayor velocidad.

¿Sabías que también se está considerando el uso de animales modificados geneticamente para que producir medicamentos? Una de las vías que se está explorando es la producción de gallinas que pongan huevos con substancias para tratar enfermedades. Por ejemplo, huevos de gallinas a las que se les ha insertado el gen que codifica interferón beta puede ser una manera útil y práctica de tratar los síntomas de la esclerosis múltiple.

Ingeniería genética en humanos

Hasta ahora nos hemos referido a la ingeniería genética como herramienta para mejorar la producción de alimentos o para su aplicación en la medicina. Pero, ¿qué pasa si se aplica en la especie humana? Podemos insertar genes deseados en seres humanos para curar enfermedades como, por ejemplo, la espina bífida, el autismo o la diabetes. Este proceso es el que se conoce como terapia génica.

Terapia génica: es un nuevo tipo de medicina donde se pretende curar enfermedades modificando el material genético del paciente. Normalmente se inserta un gen sano en el paciente para sustituir a un gen enfermo que genera algun tipo de disfunción. Al añadir el nuevo gen, se corrige la disfunción.

La terapia génica se puede aplicar a enfermedades hereditarias o a enfermedades adquiridas como el cáncer. Puede aplicarse tanto en células somáticas del cuerpo como en células germinales.

Debemos recordar que la terapia génica solo funciona con enfermedades causadas por alteraciones en nuestro DNA.

Desventajas de la ingeniería genética

En la ingeniería genética no todo son beneficios. Las principales desventajas son:

  • 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.
  • Introducir un gen en un organismo mediante la ingeniería genética puede tener efectos secundarios adversos desconocidos e inesperados.
  • 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.

Los vectores son herramientas de transporte que se utilizan para depositar el material genético recombinante, como un gen funcional, directamente en una célula.

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

La transformación describe la modificación genética de la célula a través de la captación y la inclusión de material genético de su entorno.

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.

El ADN complementario o ADNc se sintetiza mediante el procedimiento de transcripción inversa, a partir de una molécula de ARN monocatenario como el 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´.
Síntesis artificial de oligonucleótidos

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.

Los oligonucleótidos son polinucleótidos que contienen un número relativamente pequeño de nucleótidos

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.

Ventajas
Desventajas
Técnica de la transcriptasa inversa
El ADNc producido está libre de intrones.
Se requieren muchos pasos, mucho tiempo y conocimientos técnicos.
Técnica de endonucleasas de restricción
Los extremos escalonados y cohesivos de los fragmentos de ADN facilitan la ligadura del ADN y la producción de ADN recombinante.
El ADN recombinante contiene intrones.
Síntesis de oligonucleótidos
El fragmento de ADN puede diseñarse con secuencias personalizadas. Requiere la secuencia de aminoácidos de la proteína deseada.
Tabla 1. Resumen de las ventajas e inconvenientes de las diferentes tecnologías genéticas.

StudySmarter Originals.

Ingeniería Genética - Puntos clave

  • La ingeniería genética es el proceso de utilizar tecnología avanzada de ADN para modificar el contenido genético de un organismo.
  • El organismo que contiene este ADN recombinante es un organismo transgénico o modificado genéticamente (OGM), que puede ser tan simple como una bacteria o tan complejo como plantas o animales.
  • Aplicación de los OGM:
    • Producción de proteínas valiosas en grandes cantidades, como la insulina.
    • Creación de cultivos resistentes a pesticidas y herbicidas.
  • Cinco pasos principales de la transferencia de ADN recombinante para crear un OGM:
    • Aislamiento del gen deseado.
    • Inserción del gen en un vector.
    • Transformación.
    • Identificación de las células transformadas.
    • Clonación de las células amplificadas.
  • Tres técnicas principales para crear fragmentos de ADN:
    • Transcripción inversa.
    • Utilización de endonucleasas de restricción.
    • Síntesis de oligonucleótidos

Preguntas frecuentes sobre Ingeniería genética

En la ingeniería genética se utilizan tres técnicas principales para crear fragmentos de ADN: la técnica de la transcriptasa inversa, la técnica de endonucleasas de restricción y los sintetizadores de oligonucleótidos. Todas estas técnicas nos permiten generar fragmentos de ADN que codifican proteínas que desempeñan una serie de funciones deseadas. 

Insertar genes que potencien características en productos de agricultura y ganadería, que los hagan más duraderos, nutritivos, grandes, etc. También se está aplicando a la medicina como herramienta para curar enfermedades genéticas.  

La ingeniería genética se puede aplicar en una gran diversidad de campos, pero sobre todo en agricultura y mejora de los cultivos para uso alimentario.  

La ingeniería genética es el proceso de utilizar tecnología avanzada para modificar el contenido genético de un organismo. Un ejemplo sería 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.  

En la industria farmacéutica, la biotecnología se aplica, por ejemplo, para generar proteínas o enzimas deseadas (como la insulina), con la ayuda de microorganismos como bacterias.  

Cuestionario final de Ingeniería genética

Ingeniería genética Quiz - Teste dein Wissen

Pregunta

¿Qué son los VNTRs?

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Answer

La región no codificante del ADN contiene secuencias de bases específicas, de 10 a 100 nucleótidos de longitud, que se repiten muchas veces. Estas regiones se denominan repeticiones en tándem de número variable (VNTR) o minisatélites.

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Pregunta

¿Cuándo se inventó la huella genética?

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Answer

1984

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Pregunta

¿Cuáles son las cinco etapas de la producción de una huella de ADN?

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Answer

  1. Extracción
  2. Digestión
  3. Separación 
  4. Hibridación 
  5. Desarrollo

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Pregunta

¿En qué consiste la etapa de extracción?

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Answer

El primer paso consiste en extraer el ADN de la muestra. La muestra puede ser tan pequeña como una gota de sangre o una raíz de pelo. A continuación, se amplifica el ADN extraído y se aumenta su cantidad, mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR).

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Pregunta

¿Qué hacen las endonucleasas de restricción?

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Answer

Estas enzimas son capaces de cortar el ADN en secuencias específicas llamadas sitios de restricción.

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Pregunta

¿Qué técnica se utiliza para separar los fragmentos de ADN?

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Answer

Electroforesis en gel

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Pregunta

¿Por qué los fragmentos migran hacia el electrodo positivo?

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Answer

Porque el ADN está cargado negativamente

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Pregunta

¿Adónde se transfieren los fragmentos después de la separación?

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Answer

A una membrana de nylon

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Pregunta

¿Qué tipo de sondas de ADN se pueden utilizar para identificar VNTRs?

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Answer

Sondas radiactivas o fluorescentes

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Pregunta

¿Cuáles son las aplicaciones de la huella genética?

Mostrar respuesta

Answer

  1. Relación genética
  2. Ciencia forense 
  3. Diagnóstico médico 
  4. Cría de animales y plantas.

Show question

Pregunta

Nombra una enfermedad genética que pueda diagnosticarse con la huella genética.

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Answer

La enfermedad de Huntington

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Pregunta

¿Qué mutación causa la enfermedad de Huntington?

Mostrar respuesta

Answer

Esta enfermedad es causada por una mutación en un gen del cromosoma 4, que implica que una secuencia de tres bases CAG se repita varias veces. Esto hace que la proteína expresada tenga múltiples residuos de glutamina que pueden interferir con las acciones de la proteína. 


Si las repeticiones triples son menos de 30, es poco probable que la persona tenga la enfermedad. Sin embargo, las personas que tienen más de 38 repeticiones triples en este gen son muy propensas a padecer la enfermedad de Huntington. Si el número de triples repeticiones es incluso superior a 50, la aparición de los síntomas será más temprana que la media.

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Pregunta

¿Por qué se tratan los fragmentos transferidos con una solución alcalina?

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Answer

Para romper los enlaces de hidrógeno y separar las cadenas de ADN.

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Pregunta

¿Qué es la clonación de ADN?

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Answer

Es la creación artificial de copias exacta (clones) de una cadena de ADN (segmento o gen).

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Pregunta

¿Verdadero o falso?: Solo hay una forma de realizar la clonación del ADN.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

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Pregunta

¿Qué es un plásmido?

Mostrar respuesta

Answer

ADN bacteriano de forma circular.

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Pregunta

¿Qué es ADN recombinante?

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Answer

Moléculas de ADN creadas artificialmente que contienen ADN de diferentes fuentes.

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Pregunta

¿Qué pueden hacer los científicos con la clonación de ADN?

Mostrar respuesta

Answer

Clonar animales completos.

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Pregunta

¿Cuáles son los cuatro pasos básicos de la clonación de ADN?

Mostrar respuesta

Answer

  1. Aislamiento del ADN deseado.
  2. Formación de ADN recombinante.
  3. Transformación.
  4. Procedimiento de identificación.

Show question

Pregunta

¿En qué paso se coloca el ADN deseado en el vector?

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Answer

Formación de ADN recombinante.

Show question

Pregunta

¿Por qué los científicos utilizan genes de resistencia a los antibióticos en la clonación de ADN in vivo?

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Answer

Para asegurarse de que las colonias de que crecen a partir de las células hospederas contengan la molécula de ADN recombinante y si verificar si presentan resistencia a los antibióticos.

Show question

Pregunta

¿Para qué sirve el paso de identificación en la clonación de ADN?

Mostrar respuesta

Answer

Después de que las colonias crezcan, a partir de las células huésped, es necesario examinarlas para asegurarse de que realmente contengan el ADN de interés.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: La clonación de ADN puede utilizarse en medicina para fabricar proteínas para medicamentos, como la insulina.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

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Pregunta

¿Qué es la clonación genética in vitro?

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Answer

Clonación de ADN por medio de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) en el laboratorio.

Show question

Pregunta

¿Cómo se le llama al portador normalmente, un virus o un plásmido que se utiliza para transportar un fragmento de ADN deseado a una célula hospedera?

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Answer

Vector.

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Pregunta

¿Por qué la transformación tiene un bajo rendimiento? Es decir, que no todas las células hospederas adquirirán el ADN recombinante.

Mostrar respuesta

Answer

Algunos de los plásmidos pueden haberse cerrado sin la incorporación del gen deseado. 

Los extremos cohesivos de algunos de los fragmentos de ADN deseados también pueden haberse emparejado entre sí, sin incorporarse a un plásmido.

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Pregunta

¿Cuáles son tres tipos comunes de genes marcadores para la identificación de hospederos recombinantes?

Mostrar respuesta

Answer

  1. Genes de resistencia a los antibióticos.
  2. Marcadores de fluorescencia.
  3. Marcadores enzimáticos.

Show question

Pregunta

¿Qué enzima une fragmentos de ADN?

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Answer

La ADN helicasa.

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Pregunta

El papel de laTaq polimerasa es adicionar los cebadores uno a uno para formar la cadena complementaria.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

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