Ingeniería genética

La genética nace con el siglo XX. Aunque siempre se ha utilizado para mejorar la agricultura, jardinería y para reproducir selectivamente a los animales, fue Mendel el que fue capaz de estructurar estos conocimientos y el descubrimiento de sus investigaciones abre sus horizontes. En su historia destacan Watson y Crick, con el descubrimiento de la estructura de los ácidos nucléicos, en 1953, que dota de corporeidad a los genes, los factores hereditarios que señalaba Mendel.

Índice

– Ingeniería y manipulación genética: aplicaciones, repercusiones y desafíos más importantes.
- Los alimentos transgénicos. La clonación. El genoma humano.
– Implicaciones ecológicas, sociales y éticas de los avances en biotecnología genética y reproductiva.

La Ingeniería y manipulación genética

La Biotecnología

La Biotecnología, es la utilización de seres vivos para la fabricación de sustancias útiles para el hombre. En este término se puede englobar desde la producción de vino, hasta la utilización de organismos modificados genéticamente, que es a los que nos referiremos.  
La Ingeniería genética
Es el conjunto de técnicas y estrategias que se utilizan para modificar los genes, para realizar combinaciones nuevas del material hereditario. Las nuevas combinaciones se introducen en un organismo, que por tanto, será capaz de transmitirlo. Para ello, es necesario aislar el gen que nos interesa, o que produce la sustancia, 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 Las nuevas combinaciones se introducen en un organismo, que por tanto, será capaz de transmitirlo.

Aplicaciones

• Diagnóstico de enfermedades. Permite descubrir alteraciones antes de que se produzcan, en el propio ADN. Un ejemplo es el diagnóstico prenatal, que permite realizar tratamientos prematuros.
• Tratamiento de enfermedades. Es la denominada terapia génica, que permite sustituir el gen alterado por uno normal.
• Medicina forense. Es posible establecer la identidad de una persona, utilizando su huella génica.
• Otras aplicaciones en el campo de la minería, la agricultura, la ganadería, la industria y el medio ambiente.

Manipulación genética. Clonación de genes

Procedimiento

• Obtener el fragmento de ADN que contiene el gen que se quiere clonar
•  Insertar dicho gen en otra molécula de ADN que sirva de transportador (vector), generalmente ADN de virus y bacterias
•  Introducir el vector de clonación con el gen que nos interesa en una célula de otro organismo (célula hospedadora); la célula hospedadora suele ser una célula bacteriana por su sencillez y rapidez de multiplicación
•  Multiplicar la célula hospedadora para obtener muchas copias del gen

- Estimular producción de glóbulos rojos, eliminando transfusiones.
- Someter a ingeniería genética a mosquitos para que no difundan enfermedades, como la malaria.
- Otros ejemplos como productos que disuelven los cóagulos sanguíneos, betainterferón para la esclerosis multiple, o productos para mejorar la diálisis renal.

Riesgos de la Biotecnología

Ecológicos
La diversidad biológica ha sido la manera de luchar frente a las plagas. El monocultivo hace que las cosechas sean vulnerables a enfermedades.
Ejemplos de ello son
-Las patatas se descubrieron en el Nuevo Mundo y pronto se convirtieron en parte importante de la dieta de los europeos. En 1845 en Irlanda, apareció una plaga que se prolongó durante varios años, que supuso la muerte de más de un millón de personas y la emigración a Norteamérica. La patata originaria procedía de una reserva génica, vulnerable a la plaga, pero había otras variedades resistentes, que empezaron a utilizarse entonces.
Algo parecido ocurrió con la roya del café que devastó los cafetales de la India y de Ceilán en 1870. Posteriormente el arroz, el maíz y el trigo han sufrido desastres de este tipo por la propensión a plantar monocultivo.
Esta tendencia se está intensificando: la pérdida de diversidad genética en la Tierra está causando pérdida de biodiversidad, que la FAO estima podrá ser de 40.000 especies vegetales para mediados del siglo XXI: los parientes silvestres de tomates, maíz, cacahuetes, judías, pimienta, calabaza y cacao, entre los procedentes de Centro y Sur América. “Si la destrucción de plurisilvas sigue al ritmo actual, hacia 2022 se provocará la extinción del 10 al 22% de especies. Estamos perdiendo en estos momentos 27.000 especies vegetales y animales al año. Estamos en una de las grandes extinciones de la historia geológica”. El 97% de las variedades de los 77 vegetales que se cultivan en EEUU se han extinguido. Sólo diez variedades constituyen hoy la cosecha de trigo en el país y sólo seis, de la de maíz. En la India los agricultores cultivaban más de 30.000 variedades tradicionales de arroz hace cincuenta años, ahora diez variedades modernas abarcan más del 75% del arroz.
Por otro lado, las grandes empresas investigan en las selvas, y plurisilvas en busca de principios activos de plantas y animales, desconocidos para nosotros, pero utilizados durante generaciones por los pobladores naturales. Casi tres cuartas partes de los fármacos derivan de plantas usadas por los indígenas, como el curare, el veneno más potente usado por indígenas para envenenar las flechas para la caza, hoy se utiliza como anestésico y relajante. Un paso más ha dado la ingeniería genética: Buscan patentarlo y modificarlo,  revendiéndolo a precios astronómicos. Así han patentado una proteína de la taumatina, que es una planta africana cien mil veces más dulce que el azúcar,  utilizada durante siglos, cuyos genes se pretenden incluir por biotecnología en otros alimentos, dulces sin carga calórica.

En el caso de ejecutar una inserción de genes extraños en animales, se origina:

-Aleatoriedad de la inserción del gen en el cromosoma.
-Si el gen traspasado perturba los genes naturales del animal receptor, se pueden producir mutaciones.
-A menudo no produce la mejora genética y hay que repetir los experimentos con más animales hasta que se desarrolle, no siendo raro que alteres químicamente la descendencia, con efectos imprevisibles.
-Pueden producir su efecto en el órgano  pero con variaciones en sus distintas partes:
Alimentos modificados genéticamente.

• Sanitarios: consumir ADN de los organismos transgénicos puede tener efectos secundarios desconocidos.
• Sociales.  Por el uso de patentes…

Proyecto genoma humano

Es un proyecto coordinado de investigación, que se propone determinar la secuencia completa (más de 3000 ·106 pares de bases) del genoma humano, localizando con exactitud (cartografiando) los 30.000 genes que constituyen aproximadamente nuestra información genética.

• Se pretendía determinar la secuencia completa del genoma humano.
• Identificar los genes.
• Almacenar toda la información en una base de datos.
• Crear y aplicar herramientas informáticas necesarias para hacerlo.
• Estudiar las consideraciones éticas y legales del conocimiento.

Lee la información sobre el genoma humano y haz un resumen.

Los alimentos transgénicos. La clonación. El genoma humano.

Un alimento transgénico es, en el caso de los vegetales, una planta en la cual por medio de diversas técnicas, se le ha conseguido integrar un gen  capaz de producir una proteína. Esta proteína puede ser por ejemplo, la Vitamina A (muy utilizado con el arroz). O en el caso de los animales puede ser la Insulina o cualquier otra de interés médico, nutricional, etc. De esta forma podemos “enriquecer” a los alimentos otorgándoles capacidades que los hagan más nutritivos para poder alimentar a una población en constante crecimiento, variedades de cereales que soportan plagas y sequías, frutos que tardan más en madurar o en pudrirse. También se pueden elaborar productos que muchas personas necesitan para poder vivir (Insulina por ejemplo), animales con órganos de características parecidas a los humanos para transplantes.
El nuevo gen contiene una  combinación de bases que origina la proteína que buscamos. El lenguaje del que habla la vida tiene G, C, T y A. Las combinaciones, si tuviéramos que elegir grupos de 3, serían
AAA       AAT       AAG      AAC y así sucesivamente, hasta constituir 27 posibilidades distintas. Cada una de estas combinaciones va a convocar a un aminoácido distinto. El material que constituye el nuevo gen  insertado en un ser vivo, están formados por los mismos ingredientes que el resto  y se organiza igual.  

Problemas
La formación de transgénicos está sufriendo mucha polémica
El principal problema es el de las patentes: las empresas de semillas patentan la nueva variedad conseguida mediante la adición de genes y en muchos casos, las hacen estériles, de tal forma que el agricultor no puede aprovechar los frutos conseguidos para obtener semillas.

• Se altera el orden natural, se manipulan las especies.  
• No se conocen sus efectos. Se plantea polémica ya que se utilizan genes de bacterias que manifiestan resistencia a distintos tipos de antibióticos y existe preocupación sobre si se extenderán bacterias cada vez más resistentes.  Peligro de manipular virus y bacterias patógenos creando seres vivos incontrolados que pueden llegar a afectar a nuestra propia especie.
• Ecológicos y culturales. Explotación de recursos del tercer mundo sin que a cambio les lleguen las ventajas de esta tecnología del siglo XXI. Se llegan a patentar especies autóctonas.

Células madre y clonación.

Las células madre son células indiferenciadas que poseen la capacidad de diferenciarse para generar uno o más tipos celulares.

Las células madre
Un ser pluricelular se origina a partir del cigoto, por divisiones sucesivas, cada una de cuyas células se consideraría una célula madre.  Son las células embrionarias, que son pluripotentes. Posteriormente, se produce la diferenciación y la célula se encuentra especializada. Todas las células tienen la misma información genética, el ADN completo, la diferencia es que en las células musculares se expresarán unos genes y otros se encontrarán reprimidos, mientras que en las nerviosas serán otros genes los que se expresen.  En los seres adultos pluricelulares,  las células se encuentran ya diferenciadas, a excepción de las células de la médula ósea, que pueden diferenciarse a cualquiera de los tipos sanguíneos.

Uso de células madre

• Regeneración de tejidos.
• Terapia génica.
• Experimentación de medicamentos sobre tejidos.
• Avance en investigación  sobre cáncer y otras enfermedades.

Obtención de células madre

• Células madre embrionarias, para lo que es necesario disponer de embriones humanos, procedentes de excedentes de reproducción asistida o por fecundación in vitro, con todos los problemas éticos y legales que conlleva.
• Obtención a partir de células adulta reprogramadas.  El último sueño es conseguir células madre reprogramando las de cualquier tejido adulto, sin utilizar virus y sin que al final contengan modificación genética alguna. Desde 2007 se conseguían células madre  iPS reprogramando células de cualquier tejido (especializadas) de forma que volvieran a la infancia, y para ello se utilizaban cuatro genes introducidos mediante virus. La modificación permanente en el ADN de la célula que causaba la inserción hacía muy peligrosa su utilización en medicina, por el riesgo de cáncer, aunque está permitiendo avanzar mucho en la investigación en células madre.

Utilización de células madre

Imágenes de diario Público, sobre la obtención de células madre y células reprogramadas.
Para verla en tamaño completo: Clonacion de especies.jpg 

Clonación
Ian Willmut, en 1997 clona el primer mamífero, la famosa oveja Dolly. Reemplazó el ADN de un óvulo normal con el ADN de una oveja adulta, y lo insertó en otra oveja, transformándose la célula adulta en una célula embrionaria que fue capaz de originar un feto del que se formó "Dolly". 

Este proceso biotecnológico no implica manipulación de genes, sino de núcleos y células, por lo que en sentido estricto no podemos hablar de Ingeniería Genética.  Poco después, se “fabricó” a Polly, oveja clonada con genes humanos y que abre el camino a producir mamíferos clonados que serán fábricas de fármacos, de órganos.
En la especie humana se producen clones de forma natural en el caso de los gemelos idénticos. Para hacerlo artificialmente, hay dos caminos:

• Disociar las células del embrión.
• Transferencia nuclear, tipo a la de Dolly

Las aplicaciones:

• Clonación reproductiva, para mejora en ganadería, o conservación de especies en peligro. No se plantea para el ser humano.
• Clonación terapéutica, para obtener células madre embrionarias, para trasplantes.

Los problemas éticos y legales que plantea, se intentan evitar con el uso de células madre adultas, células del cordón umbilical.

Terapia génica
Consiste en manipular genéticamente células enfermas para que ellas mismas puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la enfermedad: con la ayuda de un vector adecuado se introduce el gen correcto y se integra en el ADN de la célula enferma.
En el año 2002 se produjo el primer éxito importante de la terapia génica, corrigiéndose una inmunodeficiencia congénita en dos niños que se habían visto obligados a vivir en una burbuja estéril durante los primeros meses de su vida

Hoy se trabaja marcando  genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas.

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