Usos de la Ingeniería Genética

Las bacterias y la ingeniería genética

Las bacterias son un objetivo muy común de la ingeniería genética. Esto se debe a que

• Las bacterias son fáciles de cultivar
• Las bacterias se reproducen muy rápidamente
• Pueden fabricar moléculas complejas
• Su material genético utiliza el mismo código que todos los demás organismos
• Su uso no conlleva el mismo nivel de preocupaciones éticas que otras formas de vida más complejas
• Poseen elementos genéticos móviles conocidos como plásmidos, que proporcionan una forma fácil de insertar genes extraños en una célula.

Figura 1. Micrografía electrónica de Escherichia coli, especie bacteriana utilizada habitualmente en ingeniería genética.

Los científicos pueden, y a menudo lo hacen, manipular genéticamente organismos más complejos que las bacterias, ya que, sobre todo en ámbitos como la investigación médica, la simplicidad de las bacterias impide obtener los datos necesarios. Un ejemplo es la ingeniería genética de ratas o cerdos para investigar afecciones genéticas humanas. Como el ser humano es un organismo muy complejo y un organismo mamífero (eucariota), sería mucho más difícil, si no imposible, reunir datos significativos y representativos a partir de bacterias que son organismos unicelulares procariotas.

Uso de ADN ligasa y ADN recombinante en la ingeniería genética

La ingeniería genética implica a menudo el uso de ADN recombinante, también conocido como ADNr.

Una forma de producir ADNr es utilizar una enzima llamada ADN Ligasa. Esta enzima lleva a cabo un proceso conocido como ligación, la unión de dos fragmentos de ácido nucleico. El método completo para producir ADNr está por encima del nivel necesario aquí, pero a continuación se expone brevemente el proceso de inserción de un gen humano en un plásmido bacteriano y la posterior utilización de este plásmido para hacer que las bacterias produzcan la proteína.

Tipos de ingeniería genética

Como se ha mencionado anteriormente, la ingeniería genética puede implicar la inserción, eliminación o modificación de genes individuales. Ésta es una de las formas en que puede clasificarse la ingeniería genética; sin embargo, también puede dividirse en función de la finalidad de la ingeniería genética y de los métodos utilizados.

Ingeniería genética analítica

Este campo utiliza ordenadores para modelar o simular cambios genéticos antes de producir el material genético en la vida real. También se conoce como modificación genética in silico, ya que se produce dentro del silicio de un ordenador, siguiendo las mismas convenciones de denominación que in vitro e in vivo, que significan en el cristal y en el cuerpo vivo, respectivamente.

Ingeniería genética química

La ingeniería genética química se centra en identificar, separar y clasificar diferentes genes para proporcionar información suficiente para su uso en ingeniería genética aplicada. Este campo se centra en la cartografía genética, que es la localización de cada gen en los cromosomas individuales. La identificación genética desarrolla la comprensión de los científicos sobre qué gen o combinación de genes es responsable de qué rasgo fenotípico.

Ingeniería Genética Aplicada

Este campo da un uso práctico a la ingeniería genética, llevando a cabo realmente la manipulación del material genético de un organismo mediante técnicas de ingeniería genética, modificando su fenotipo para que presente los rasgos que deseamos.

Usos de la ingeniería genética en medicina

La ingeniería genética tiene un enorme potencial para revolucionar los tratamientos médicos humanos. Algunos de los principales usos de la ingeniería genética son

• Impulsores genéticos
• Hibridomas
• Vacunas
• Terapia génica
• Xenotrasplantes
• Modelización de enfermedades genéticas
• Producción de proteínas recombinantes

La aplicación de las técnicas de ingeniería genética en la investigación médica y en la medicina en general es muy amplia. Algunos de los ejemplos mencionados nos son de gran utilidad. Las proteínas recombinantes son proteínas creadas a partir de la expresión de ADN recombinante y pueden salvar vidas. Los hibridomas son fusiones de células tumorales y un linfocito, ¡utilizados para producir anticuerpos monoclonales! La ingeniería genética también puede utilizarse para modificar las propiedades de los patógenos, lo que permite utilizarlos en las vacunas.

Al introducir en animales los cambios genéticos responsables de enfermedades genéticas, se puede modelar la afección genética, lo que permite investigarla sin necesidad de realizar investigaciones experimentales en humanos. El xenotrasplante se refiere al trasplante de órganos animales en humanos, y la ingeniería genética puede utilizarse para aumentar la tasa de éxito de este procedimiento limitando el desafío inmunitario que presentan los órganos extraños. Especialmente laterapia génica tiene el mayor potencial para revolucionar la medicina y el tratamiento de las enfermedades genéticas mediante la edición de genes. Estas técnicas alteran directamente el genoma de un organismo para aliviar enfermedades con un componente genético, como la inserción de un gen de la lactasa funcional para aliviar la intolerancia a la lactosa.

Usos de la ingeniería genética en la agricultura

Otra de las principales áreas de aplicación de la ingeniería genética es la agricultura. Al modificar una planta, los científicos pueden hacer que produzca nutrientes adicionales que normalmente no produciría. También pueden modificarse para que sean resistentes a productos químicos, como herbicidas o pesticidas, lo que permite aplicarlos para aumentar el rendimiento de los cultivos. La adición de proteínas insecticidas permite proteger a las plantas de las plagas de forma natural. También pueden utilizarse modificaciones similares para transmitir resistencia a muchos otros patógenos, como bacterias, hongos y virus.

La ingeniería genética en agricultura también puede utilizarse para modificar rasgos naturales de las plantas. Puede utilizarse para modificar rasgos de productos vegetales existentes, como la colza, o para producir nuevos compuestos. También se pueden modificar para que crezcan más rápido, se almacenen durante más tiempo, ¡y muchos otros factores!

Figura 3. Plantas de cacahuete modificadas para expresar toxinas Bt que las protejan de las plagas.

Ventajas y desventajas de los cultivos modificados genéticamente

Algunos de los cultivos modificados genéticamente más comunes son la soja, el maíz y el arroz. El uso de cultivos modificados genéticamente es uno de los ejemplos más comunes y más vistos de ingeniería genética, lo que también lo convierte en la fuente de mayor controversia sobre la modificación genética. A continuación exponemos algunas de las muchas ventajas e inconvenientes de los OMG (organismos modificados genéticamente) vegetales.

Ejemplos de ingeniería genética

Hay varios ejemplos clave de aplicaciones de la ingeniería genética con los que debes familiarizarte:

• Producción de insulina humana
• Resistencia a los herbicidas en plantas de cultivo
• Proteínas insecticidas en plantas de cultivo
• Producción de nuevas vitaminas por las plantas

La ingeniería genética y la producción de insulina humana

La insulina humana se extraía inicialmente del páncreas animal y ahora se produce principalmente mediante levaduras y bacterias. Se consigue que las bacterias y las levaduras produzcan insulina mediante un proceso similar al descrito anteriormente. Se aisló el gen humano y se insertó en un plásmido utilizando ADN ligasa, tras la creación de extremos pegajosos mediante enzimas de restricción. A continuación, el plásmido se insertó en bacterias o levaduras, que se cultivan en grandes fermentadores, de los que se extrae la insulina producida.

Resistencia a los herbicidas e ingeniería genética

Como se ha descrito anteriormente en la sección sobre ingeniería genética y agricultura, las plantas de cultivo pueden modificarse para que posean resistencia a los productos químicos herbicidas. Esto permite rociar herbicidas de amplio espectro en los campos, eliminando las plantas no modificadas y limitando la competencia por los recursos, maximizando el rendimiento.

Resistencia a los insectos e ingeniería genética

Mediante la inserción de genes de proteínas insecticidas, se puede transmitir a una planta resistencia a las plagas de insectos. Un ejemplo es la inserción de toxinas Bt en plantas de cacahuete para protegerlas de las larvas del barrenador menor del tallo del maíz. Se trata de proteínas cristalinas que ejercen una acción insecticida contra una serie de insectos y nematodos.

Ingeniería genética y vitaminas vegetales

La ingeniería genética puede utilizarse para hacer que los cultivos posean vitaminas que de otro modo no tendrían. Un ejemplo clave es el arroz dorado. Se trata de arroz modificado para producir el pigmento betacaroteno. Éste no sólo da al arroz su color dorado homónimo, sino que se metaboliza en vitamina A en el organismo. El cultivo de este arroz en lugar del arroz normal ayuda a paliar la carencia de vitamina A en zonas donde el arroz es un alimento básico, como partes de África y el sur de Asia.