Aparición de la Ingeniería Genética

Todo organismo, aún el más simple, contiene una enorme cantidad de información. Esa información se repite en cada una de sus células organizada en unidades llamadas genes, los cuales están formados por ADN. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo, forma, desarrollo y reproducción. De ellos depende la continuidad de la vida, porque constituyen el enlace esencial entre generaciones.

Con el descubrimiento de la estructura del material genético, por Watson y Crick en 1953, nace la biología molecular y con ello se inicia una nueva etapa en la historia de la biología. El año de 1970 marca otra etapa importante: el comienzo de la manipulación enzimática del material genético, y por consiguiente, la aparición de la ingeniería genética molecular, que constituye la más reciente evolución de la manipulación genética.

La ingeniería genética consiste en la manipulación del ácido desoxirribonucleico, o ADN. Modifica las características hereditarias de un organismo en un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético.

La modificación genética es el proceso de transferir artificialmente la información especifica de un tipo de organismo a otro (no es lo mismo que los cruces entre especies que se ha practicado durante muchos años).

En estas manipulaciones están incluidas:

• Recombinaciones genéticas: es decir la recombinación del ADN o recombinación de genes
• Clonaje del ADN: introducción de un fragmento de ADN, dentro de un ADN vector, que puede ser una bacteria o virus, célula huesped, o un animal para su manipulación y consecutiva expresión bajo la forma de producción de la proteína deseada.
• Fusiones celulares: cultivos continuos de células fusionadas productoras de anticuerpos con especificidad predeterminante.

La ingeniería genética está dejando de ser, a una velocidad alarmante, una técnica de laboratorio para convertirse en un proceso comercial. En este proceso, el material genético puede ser transferido entre organismos de especies no relacionadas, una habilidad que ha sido apropiada por la industria, como un método para introducir nuevas características en las plantas, animales y microorganismos. Se pretende que muchos de ellos sean producidos comercialmente a gran escala, originando la liberación al ambiente de enormes cantidades de organismos vivientes "diseñados".

Lo ideal de recurrir a la ingenieria genetica es que la utilicen para prevenir o corregir enfermedades serias. El problema es que la ciencia sigue progresando a velocidad de un tren bala, llegando a menudo a una estación determinada mucho antes de que hayan podido analizarce y comprenderse a fondo todas las concecuancias derivadas de los adelantos.

Esta técnica abre la puerta a posibilidades de experimentación mucho más complejas y que pondrían en grave peligro tanto la dignidad como la supervivencia de la especie humana.

También en este campo la humanidad puede verse afectada no ya por medio de la manipulación directa sobre su patrimonio genético, sino mediante la transformación genética de especies vegetales fundamentales para su supervivencia o mediante la liberación irresponsable en el medio ambiente de microorganismos mutados genéticamente.

La supervivencia de la especie humana y los derechos de todo hombre a ser único e irrepetible, a poseer un patrimonio genético inviolado y a preservar la privacidad de ese patrimonio son los valores fundamentales que están en juego.

El debate ético sobre el punto recién se inicia. Con argumentos que minimizan los riesgos o señalan que vale la pena correrlos, la postura favorable a la posibilidad de alteración del genoma reivindica el derecho de la humanidad de dominar su propio destino contribuyendo, por todos los medios a su alcance, a tratar de mejorar su calidad de vida.

Los pro y contra

Durante los últimos 10 años, la comunidad internacional se ha visto conmovida por los anuncios de espectaculares avances en el campo de la biología molecular, centrados, en el ámbito de la genética. Lo que hasta entonces parecía ser un territorio desconocido para el hombre, la clave del misterio mismo de la vida, de a poco comenzó a ser descubierto.

En la ingeniería genética se busca el concimiento de lo que son los cada uno de los genes de un mapa genético. Esto no está tan lejos como parece, la capacidad de eliminar el factor azar de nuestro perfil genético esta cada vez mas cerca.

Los descubrimientos en materia genética son asunto de todos los días, hay bancos de datos que poseen la codificación parcial de más de la mitad de los genes humanos. Millones de nuevas entradas del código genético ingresan al banco público de genes del Centro Nacional de Información Biotecnológica.

Una de las cuestiones que más preocupa a la comunidad científica tiene que ver con la liberación de organismos genéticamente modificados. Si bien éstos pueden aportar al mejoramiento de la productividad del planeta, son en realidad elementos nuevos incorporados al ecosistema, cuyo comportamiento y forma de interacción con especies ya existentes, al ser liberados, se desconocen.

Peligros y Riesgos

Los expertos advierten que detrás de las mejoras y nuevas aplicaciones se esconden también riesgos y peligros de notable importancia.

La manipulación genética de animales para potenciar la producción de sustancias aprovechables industrialmente, o para aumentar su efectividad depredadora contra insectos y plagas, son otras de las aplicaciones con las que se está trabajando, así como aumentar la resistencia de los peces al frío, hacerles crecer más deprisa o ayudarles a resistir algunas enfermedades.

El negocio de la ingeniería genética está en manos de las grandes multinacionales agroquímicas y farmacéuticas, como Monsanto, Enimont, Du Pont, Ciba-Geigy, ICI y Sandoz. Sus intereses comerciales están haciendo a los investigadores intervenir directamente en procesos biológicos que apenas hemos empezado a comprender, y mucho menos a controlar.

Los peligros potenciales de la Ingeniería Genética son enormes. Las estructuras genéticas existentes han evolucionado a través de millones de años formando un ecosistema infinitamente complejo e interconectado. Ahora los científicos están estropeando este equilibrio delicado con cambios que no podrían ocurrir naturalmente. Esto se esta haciendo extremadamente rápido sin suficiente cuidado para las posibles consecuencias.

Los organismos genéticamente modificados son los mas peligrosos. No se pueden contener y sus efectos son irreversibles. Los peligros de la ingeniería genética incluye comida de calidad baja, animales enfermos, insectos, organismos y enfermedades mas virulentas, una biodiversidad mas reducida, mayor contaminación del agua, el alimento y la tierra, y la alteración del equilibrio de la naturaleza. Con una ya mayor intervención científica en la producción alimentaria, se esta haciendo mas común la comida no sana y tóxica.

Esta tecnología ya ha despertado preocupación desde el punto de vista científico, socioeconómico y ético:

• Podría resultar en algunos organismos peligrosos haciendose resistentes a los antibióticos, y en las malas hierbas y los insectos haciéndose resistentes a los pesticidas y a los herbicidas.
• Podría accidentalmente crear nuevos venenos y enfermedades.
• Si cambiamos la estructura fundamental de un alimento, podría crear enfermedad.
• Las plantas tratadas genéticamente están dejando como resultado la contaminación de ríos y embalses.
• La modificación genética del ganado lleva a animales enfermos y sufrientes y a un alimento de ínfima calidad. Ya se están criando animales con enfermedades para experimentos y una vida de sufrimiento. Estos animales frecuentemente son enfermizos y tienen una vida mas corta.
• Se estan vendiendo semillas genéticamente modificadas, haciendo peligrar la biodiversidad de los cultivos a través de la perdida de las semillas tradicionales.
• La contaminación biológica puede ser el mayor peligro resultante de la ingeniería genética. Nuevos organismos vivos, bacterias y virus serán soltados para reproducir, migrar y mutar. Pasarán sus nuevas características a otros organismos y nunca se podrán recuperar o contener.

La evidencia científica indica que las aplicaciones en gran escala de la ingeniería genética pueden:

1.- ser dañinas para la salud humana.

2.- amenazar al ecosistema mundial.

3.- ser socialmente destructivas.

Estos peligros surgen debido a que la ingeniería genética de línea germinal altera los genes del embrión o células reproductivas de un organismo. En consecuencia, los genes alterados pasarán a todas las generaciones siguientes. Los errores y efectos secundarios causados por las manipulaciones genéticas entrarán en la base genética de esas especies y se perpetuarán creando nuevas enfermedades genéticas. Además los organismos modificados genéticamente pueden potencialmente tener enormes e impredecibles efectos sobre el ecosistema. Habrá efectos mucho más dañinos penetrantes y de larga duración de los que produce la contaminación química o incluso la contaminación nuclear.

Esto equivale a contaminación genética y es una invitación a una alteración ecológica desastrosa.

Beneficios y aplicaciones

El principal avance de la Ingeniería Genética consiste en la capacidad para crear especies nuevas a partir de la combinación de genes de varias existentes, combinando también por lo tanto sus características. Cultivos con genes de insectos para que desarrollen toxinas insecticidas o tomates con genes de pez para retrasar la marchitación han dejado hace tiempo de ser ciencia-ficción para constituir una realidad en nuestros días.

Permitir el cultivo de hortalizas en áreas desérticas hasta ahora estériles o aumentar el tamaño de los frutos cultivados son algunos de los adelantos que la utilización de este tipo de técnicas pueden aportar a la Humanidad, con los logros que supone hacia la erradicación del hambre en el Mundo. Lo que no se ha definido todavía es cómo compatibilizar estos objetivos con los intereses económicos de las empresas de biotecnología que los desarrollan.

La ingeniería genética tiene un gran potencial. Por ejemplo:

• El gen para la insulina, que por lo general sólo se encuentra en los animales superiores, se puede ahora introducir en células bacterianas mediante un plásmido o vector. Después la bacteria puede reproducirse en grandes cantidades constituyendo una fuente abundante de la llamada insulina recombinante a un precio relativamente bajo. De esta forma, la producción de insulina no depende del variable suministro de tejido pancreático animal.
• Fabricación de factor VIII recombinante, el factor de la coagulación ausente en pacientes con hemofilia. Casi todos los hemofílicos que recibieron factor VIII antes de la mitad de la década de 1980 han contraído el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) o hepatitis por la contaminación viral de la sangre utilizada para fabricar el producto. Desde entonces se realiza la detección selectiva de la presencia de VIH (virus de la inmunodeficiencia humana) y virus de la hepatitis C en los donantes de sangre, y el proceso de fabricación incluye pasos que inactivan estos virus si estuviesen presentes. La posibilidad de la contaminación viral se elimina por completo con el uso de factor VIII recombinante.

Algunos de los usos de la ingeniería genética son el aumento de la resistencia de los cultivos a enfermedades, la producción de compuestos farmacéuticos en la leche de los animales, la elaboración de vacunas, y la alteración de las características del ganado.

El llamado enfoque reduccionista de la ingeniería genética consiste en elaborar soluciones para remedar problemas causados por una mala utilización de los recursos naturales.

Técnicas

La tecnología del ADN recombinante

Con la que es posible aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro.

Si se quieren unir dos ADNs, cada uno de los cuales procede de una especie diferente podemos utilizar dichas enzimas como herramientas. Cada ADN se trata con una endonucleasa de restricción que origina en este caso un corte escalonado en las dos hebras dobles de ADN. Los extremos escalonados del ADN1 y el ADN2 son complementarios, con lo cual, una condición que tiene que tener los dos ADNs que se quiere unir es que tengan un pequeño fragmento igual en sus secuencias. Los dos DNAs así cortados se mezclan, se calientan y sé enfrían suavemente. Sus extremos cohesivos se aparearán dando lugar a un nuevo ADN recombinado, con uniones no covalentes. Las uniones covalentes se consiguen añadiendo ADN ligasa y una fuente energética para formar los enlaces.

Otra enzima clave para unir ADNs es la transferencia terminal, que puede adicionar muchos residuos de desoxirribonucleótidos sucesivos al extremo 3´de las hebras del ADN. De este modo pueden construirse colas de poli G (nucleótico de guanina) en los extremos 3´ de las dos hebras de ADN dúplex y colas de poli C (nucleótico de citosina) en los extremos del otro ADN. Como estas colas son complementarias, permitirán que los dos ADNs se unan por complementariedad. Posteriormente, se forman los enlaces covalentes por el ADN ligasa.

El ADN vector es el vehículo de clonación, ya que transporta el inserto de ADN a una molécula hospedadora, donde puede ser replicado. Los vectores o transportadores más utilizados son los plásmidos y el ADN del fago lambda.

Plásmidos: Estos son pequeños ADNs de cadena doble y circular, que se encuentran en el citoplasma de la mayoría de las bacterias. Cada plásmido contiene varios genes que se replican, transcriben y traducen independientemente de los genes del cromóforo bacteriano, pero simultáneamente en el tiempo.

Se pueden unir genes extraños a los plásmidos con mucha facilidad, y después ser transportados como pasajeros al interior de las células de E. coli.

ADN del fago lambda. Es otro vector que puede ser utilizado para introducir genes en bacterias. Cuando el ADN recombinado del fago lambda, con su gen pasajero, se mezcla con la cubierta del virus lambda, se producen partículas fágicas infecciosas, si el tamaño del ADN recombinado no es muy distinto del ADN natural del virus lambda.

Los procesos de clonación y de aislamiento de estos fragmentos se inician con la construcción de una biblioteca de ADN o un banco de ADN. Éstas están formadas por todas las moléculas de plásmidos o fagos recombinantes originados al unir un ADN a un vector. Las bibliotecas deben cumplir la característica de poder introducirse en células donde cada recombinante pueda aplicarse in vivo.

La secuenciación del ADN

Técnica que permite saber el orden o secuencia de los nucleótidos que forman parte de un gen.

Abreviadamente, éste sería el método a seguir:

• Como la técnica se basa en la síntesis de ADN, para hacer la reacción de secuenciación se necesita:
• Como "molde" se utiliza una de las cadenas del fragmento de ADN que se va a secuenciar.
• Como "cebador" para iniciar la síntesis, se necesita un corto oligonucleótido complementario del extremo de la cadena.
• Desoxinucleótidos de las cuatro bases: dAMP, dTMP, dGMP, dCMP.
• Didesoxinucleótidos de una base en cada una de las cuatro reacciones de secuenciación.

Al añadir la ADN-polimerasa, comienza la polimerización en el cebador, pero cesa al incorporarse un didesoxinucleótido. Se produce un conjunto de cadenas dobles cuyas longitudes dependen de la situación del didesoxinucleótido incorporado. Deben prepararse cuatro reacciones de secuenciación, cada una con un didesoxi distinto. Los fragmentos resultantes se separan por tamaño mediante electroforesis, se autorradiografía, y la sucesión de bandas de cada una de las cuatro reacciones, comparándolas entre sí, dan la secuencia del ADN.

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Con la que se consigue aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN, por lo tanto, con una mínima cantidad de muestra de ADN, se puede conseguir toda la que se necesite para un determinado estudio.

La técnica de la PCR consiste en:

1. En un tubito se mezcla el ADN molde, los dos cebadores (oligonucleótidos), los cuatro dNTPs y el ADN-polimerasa termorresistente.
2. Se calienta a 94 °C durante 5 min, con lo que se separan las cadenas del ADN molde a amplificar, generándose las correspondientes cadenas sencillas.
3. Se baja la temperatura en torno a los 60 °C, de modo que cada cebador se empareja con el extremo correspondiente de una de las cadenas del molde. Se dice que ahora tenemos los moldes cebados.
4. Se sube la temperatura hasta 72 °C (la óptima de funcionamiento de la Taq), y se deja durante 5 min, tiempo durante el que se está produciendo la síntesis in vitro de las cadenas complementarias de cada hebra molde.
5. Se sube la temperatura a 94 °C durante 20 segundos, suficientes para separar la cadena recién sintetizada respecto del molde original.
6. Las cadenas sencillas generadas entran ahora en un nuevo ciclo (pasos 1 al 5), y así sucesivamente, de modo que tras 30-60 ciclos obtenemos una amplificación del ADN original de millones o miles de millones de veces.
7. Las aplicaciones de la ingeniería genética: Son numerosas las aplicaciones prácticas y comerciales de la estudios de la ingieneria, entre otras cosas, se emplea para organismos transgénicos.

Biotecnología genética

En la década de 1970 se abrieron nuevas perspectivas en el campo de las biotecnologías gracias a la elaboración de nuevas técnicas que permiten llegar directamente al material que está en el origen de todas las características y procesos vitales, es decir, el ADN. Este conjunto de técnicas moleculares de manipulación genética recibe el nombre de ingeniería genética.

Su objetivo es la manipulación in Vitro del ADN, la introducción de este ADN así modificado en células vivas y la incorporación del mismo como parte del material hereditario de dichas células. De este modo, ADN de diversas procedencias, por ejemplo, la fracción de ADN humano regula la síntesis de insulina, puede introducirse en bacterias de manera que pasa a formar parte de su genoma y lograr así que la bacteria adquiera la capacidad de elaborar insulina.

Terapia genética

La terapia genética consiste en sustituir o añadir, según el caso, una copia normal de la región defectuosa del ADN para poder solucionar y restablecer la función alterada, evitando el desarrollo de enfermedades de origen genético, como por ejemplo la facultad defensiva ante las enfermedades infecciosas. Las enfermedades con las que se ha empezado a trabajar son, entre otras, la deficiencia de la enzima ADA (adenosina desaminasa), conocida como la de los niños burbuja y la DMD o distrofia muscular de Duchenne.

La posibilidad de curar las enfermedades genéticas con un tratamiento específico justifica lo esfuerzos que se están realizando en este sentido.

Implicaciones éticas

La ingeniería tiene aplicaciones en campos muy diversos; dos de los más importantes son la medicina y la creación de nuevas especies o mejora de las existentes. El progreso en estos ámbitos puede aportar resultados capaces de aliviar algunos problemas de gran importancia, pero no se debe olvidar que la explotación comercial de las tecnologías requeridas sólo está al alcance de unas pocas empresas multinacionales. Como era de esperar, la tradicional dependencia económica de los países subdesarrollados tiene en la ingeniería genética un nuevo elemento de desequilibrio. En otro orden de cosas, la ingeniería genética puede plantear graves problemas éticos. Hay opiniones muy diversas sobre dónde han de situarse los límites de manipulación del material que está en la base de todos los procesos vitales.

Al inicio de los experimentos del ADN recombinante, varios investigadores mostraron su preocupación por los riesgo que se pueden realizar con dichas técnicas, en varios países se crearon comités para discutir el uso y la aplicación de técnicas de ingeniería genética. Lamentablemente está limitada por fuerzas políticas y por la presión de las empresas involucradas en el desarrollo y la comercialización de los productos biotecnologías.

Es necesario la participación de cada ciudadano sobre la información para tener un criterio respecto al tema ya que esto no puede ser resuelto solo por expertos, quien tiene la decisión final es la sociedad en decidir qué se debe hacer.

Aplicaciones de la Biotecnología

La biotecnología tiene aplicaciones en importantes áreas industriales como lo son la atención de la salud, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados; usos no alimentarios de los cultivos, como por ejemplo plásticos biodegradables, aceites vegetales y biocombustibles; y cuidado medioambiental a través de la biorremediación, como el reciclaje, el tratamiento de residuos y la limpieza de sitios contaminados por actividades industriales. A este uso específico de plantas en la biotecnología se llama biotecnología vegetal. Además se aplica en la genética para modificar ciertos organismos.

Las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y suelen clasificarse en:

• Biotecnología roja: se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos. Algunos ejemplos son el diseño de organismos para producir antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica.                                                                         

• Biotecnología blanca: también conocida como biotecnología industrial, es aquella aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos (por ejemplo utilizando oxidorreductasas). También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales, como plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente degradables, que consuman menos energía y generen menos desechos durante su producción. La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales.

• Biotecnología verde: es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde produzca soluciones más amigables con el medio ambiente que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt.

• Biotecnología azul: también llamada biotecnología marina, es un término utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo sus aplicaciones son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.