Trabajo de Biología: “Aplicaciones de la Genética Molecular”

Curso : 4° medio B

Introducción

La genética molecular avanza día a día, a pasos agigantados, y evoluciona en cada momento. Esta nos entrega muchas ventajas y beneficios, y de eso es lo que vamos a tratar en este trabajo.

En este trabajo veremos algunas aplicaciones que nos entrega actualmente, la genética molecular, algunas maneras de manejar nuestras cosas del diario vivir como animales y plantas o también tratar y solucionar enfermedades.

Este tema se puede tratar, de dos formas, ya sea, mostrando los beneficios o las contraindicaciones y nosotros trataremos de mostrar los dos enfoques.

En este trabajo, expondremos las Plantas y animales trangénicos, también la aplicación de la Genética molecular en la medicina.

Las Aplicaciones de la Genética Molecular en la Agricultura

I. Biotecnología

La Biotecnología incluye cualquier técnica que utilice organismos vivos o partes de los organismos para fabricar o modificar productos, para mejorar plantas o animales o para desarrollar microorganismos para usos específicos. La Biotecnología posee la capacidad de cambiar a la comunidad industrial del ya próximo siglo XXI debido a su potencial para producir cantidades prácticamente ilimitadas de:

• sustancias de las que nunca se había dispuesto antes ;

• productos que se obtienen normalmente en cantidades pequeñas ;

• productos con coste de producción mucho menor que el de los fabricados por medios convencionales ;

• productos que ofrecen mayor seguridad que los hasta ahora disponibles ;

• productos obtenidos a partir de nuevas materias primas más abundantes y baratas que las utilizadas anteriormente.

La manipulación genética de las plantas en beneficio del hombre es parte de la

Biotecnología.

Ingeniería Genética Molecular

Mediante la ingeniería genética han podido modificarse las características de gran cantidad de plantas para hacerlas más útiles al hombre, son las llamadas plantas transgénicas. Las primeras plantas obtenidas mediante estas técnicas fueron un tipo de tomates, en los que sus frutos tardan en madurar algunas semanas después de haber sido cosechados.

Recondando que la célula vegetal posee una rígida pared celular, lo primero que hay que hacer es obtener protoplastos

Vamos a ver las técnicas de modificación genética en cultivos celulares. Estas células pueden someterse a tratamientos que modifiquen su patrimonio genético. Las técnicas se clasifican en directas e indirectas.

Entre las técnicas indirectas cabe destacar la transformación de células mediada por Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria puede considerarse como el primer ingeniero genético, por su particular biología.

Biología de Agrobacterium tumefaciens

Esta bacteria, presente en el suelo, es patógena de muchas plantas a las que produce un tumor conocido como "agalla de cuello". Penetra en los tejidos vegetales causando una proliferación celular.
Durante el contacto con las células vegetales la bacteria transfiere a las células vegetales un plásmido llamado Ti (inductor de tumores). Este plásmido se integra en el ADN del cromosoma de la célula vegetal. Este plásmido transferido o T-ADN contiene los genes oncogénicos (onc) cuya expresión provoca una mayor producción de hormonas de crecimiento, éstas son las que inducen las divisiones celulares que dan origen a la formación del tumor o agalla.

Este fenómeno natural es empleado para utilizar a la bacteria Agrobacterium tumefaciens como vector de los genes que se desean introducir en una célula vegetal, con lo que se transforma dicha célula, la cual puede regenerar, por micropropagación, una planta entera que será transgénica.

Agrobacterium: un precursor natural de los biotecnólogos

La bacteria Agrobacterium tumefaciens contiene como ya vimos en un punto anterior, un plásmido Ti, que contiene los genes responsables de su virulencia, llamados genes onc.
Cuando la bacteria infecta a la planta, provocando en ella un tumor, una parte del plásmido Ti, llamada T-ADN, que contiene los genes onc, es transferida al núcleo de la célula vegetal y se inserta en un cromosoma de la planta. De esta manera, la bacteria modifica la información genética de la planta, añadiéndole los genes onc. Agrobacterium se comporta , de esta forma, como un ingeniero genético natural. Si en el plásmido Ti se eliminan artificialmente los genes onc y se sustituyen por otros genes que interese clonar, se habrá obtenido un sistema muy eficaz para introducir ADN interesante a la planta, al mismo tiempo que se habrá evitado la aparición de la enfermedad.

Plantas que se iluminan

En la transfección vegetal con Agrobacterium se ha ensayado un marcador inusual: el gen de la enzima luciferasa, de las luciérnagas. El sustrato de esta enzima es una proteina llamada luciferina, que con ATP y oxígeno desprende luz. Plásmidos Ti con este marcador, se transfirieron a células de tabaco, con las que se formaron nuevas plantas. Las nuevas plantas obtenidas se regaron en la oscuridad con agua y luciferina disuelta. El resultado fue sorprendente: las plantas se iluminaron como si fuesen unas bombillas de poca potencia o un dibujo de un anuncio fluorescente.

Entre las técnicas directas, se pueden citar la electroporación, microinyección, liposomas y métodos químicos.

PLANTAS TRANSGÉNICAS

Entre los principales caracteres que se han transferido a vegetales o se han ensayado en su transfección, merecen destacarse:

• Resistencia a herbicidas, a insectos y a enfermedades microbianas.

Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles a herbicidas. Para la resistencia a los insectos se utilizan cepas de Bacillus thuringiensis que producen una toxina (toxina - Bt) dañina para las larvas de muchos insectos, de modo que no pueden desarrollarse sobre las plantas transgénicas con este gen. Respecto a los virus se ha demostrado que las plantas transgénicas con el gen de la proteina de la cápsida de un virus, son resistentes a la invasión de dicho virus.

• Incremento del rendimiento fotosintético

Para ello se transfieren los genes de la ruta fotosintética de plantas C4 que es más eficiente.

• Mejora en la calidad de los productos agrícolas

Tal es el caso de la colza y la soja transgénicas que producen aceites modificados, que no contienen los caracteres indeseables de las plantas comunes.

• Síntesis de productos de interés comercial

Existen ya plantas transgénicas que producen anticuerpos animales, interferón, e incluso elementos de un poliéster destinado a la fabricación de plásticos biodegradables

• Asimilación de nitrógeno atmosférico

Aunque no hay resultados, se ensaya la transfección del gen nif responsable de la nitrogenasa, existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, y que permitiría a las plantas que hospedasen dicho gen, crecer sin necesidad de nitratos o abonos nitrogenados, aumentando la síntesis de proteinas de modo espectacular.

Aspectos bioéticos de la utilización de las plantas y alimentos transgénicos.

¿Cuál es la perspectiva bioética de la producción y utilización de las plantas transgénicas? En el contexto bioético hay que tener en cuenta dos aspectos: el sanitario y el ecológico.

a) Punto de vista sanitario

Desde el punto de vista sanitario, el riesgo teórico que supone que el gen que da resistencia a los antibióticos beta-lactámicos (ampicilina) pase a bacterias del tracto intestinal humano directa o indirectamente vía bacterias del tracto intestinal de los animales que se alimenten con el maíz transgénico no procesado. ¿Justificaría ese riesgo potencial con una probabilidad prácticamente nula la prohibición del maíz transgénico con el gen Bt de Bacillus thuringiensis ?. Posiblemente no. Por otro lado, nunca se ha demostrado que un gen consumido por boca haya sido transmitido a una bacteria del tracto intestinal.

Otro aspecto sanitario es el de la aparición de alergias insospechadas por el consumo de alimentos transgénicos. Por ejemplo, se han citado casos de alergia producidas por soja transgénica manipulada con genes de la nuez de Brasil o de fresas resistentes a las heladas por llevar incorporado un gen de pescado (un pez que vive en aguas árticas a bajas temperaturas). En este segundo supuesto, las personas alérgicas al pescado podrían sufrir una crisis alérgica al ingerir las fresas transgénicas.

B) Punto de vista ecológico

Desde el punto de vista ecológico se ha denunciado la posibilidad de que al crear las variedades transgénicas resistentes a herbicidas se incrementará notablemente el uso de éstos con los posibles efectos secundarios negativos de contaminación del suelo y del agua.

Por otro lado, en especies alógamas (de fecundación cruzada) existe la posibilidad de que una parcela sembrada con plantas transgénicas contamine con su polen a otras parcelas vecinas no transgénicas del mismo cultivo. Por ejemplo, si el polen de un campo de maíz transgénico poliniza plantas normales de una parcela próxima, la semilla que se produzca en esta parcela puede haber incorporado el gen Bt transmitido por el polen ; es decir, sería transgénica. También podría ocurrir que la resistencia al herbicida de una variedad transgénica se transfiriera por fecundación interespecífica espontánea a una especie silvestre afín, con el consiguiente daño para la agricultura. Las plantas transgénicas son un reto de la Biotecnología actual que han creado un cierto grado de alarma social consecuencia, en cierto modo, del temor a lo desconocido y novedoso. De todas formas, es bueno que se plantee en la sociedad un debate serio y riguroso -sin “ecologismos” demagógicos- que permita el avance de la ciencia, evitando a la vez peligros y riesgos innecesarios.

3. Riesgos potenciales que pueden implicar las plantas transgénicas

Efecto directo sobre el hombre:

La proteína codificada por el transgén no debe ser tóxica para el hombre

Posibles efectos alergénicos

La aprobación de los productos transgénicos debe ser analizada caso por caso

Efecto ambiental:

Dispersión incontrolada de la descendencia de la planta transgénica

Transferencia del transgén a otras variedades no transgénicas o a otras especies afines

Inducción de resistencia a los productos transgénicos por parte de los agentes patógenos y plagas

4. El riesgo científico

En general, la ciencia ha avanzado a ciegas en cuanto al riesgo, pero alerta a sus síntomas

Hay que distinguir entre el riesgo de la investigación básica y el riesgo de la aplicación del conocimiento adquirido

Hay discrepancias entre la importancia objetiva de un riesgo y su percepción subjetiva:

El riesgo voluntario causa menos temor que el riesgo impuesto

El riesgo de origen natural causa menos temor que el de origen industrial

El riesgo que se produce en un entorno familiar causa menos temor que el que se produce en un escenario exótico

El riesgo que es difuso en el tiempo o en el espacio causa menos temor que el que se concreta en hora y lugar

No existe el riesgo cero:

Toda actividad humana conlleva un cierto riesgo que ha de ser evaluado en función de los beneficios que tal actividad reporta

Natural no es sinónimo de inocuo:

Hay productos naturales que llevan substancias mutagénicas y cancerígenas (por ejemplo: pimienta negrasafrol; setas comestibleshidrazinas; apio psolareno; frutos secosaflatoxinas de hongos; etc.)

No todo lo artificial es nocivo :

Ninguno de los conservantes autorizados llega a ser tan peligroso como las toxinas que pueden producir las bacterias y los hongos que el conservante evita

Catastro de modificaciones genéticas

Carácter	Porcentaje
Tolerancia herbicidas	27 %
Resistencia virus	18 %
Resitencia insectos	14 %
Retraso maduración	11 %
Resistencia insectos + tolerancia herbicidas	7 %
Síntesis almidón	4 %
Resistencia sequía	1 %

La Trangenesis en los Animales

La transgénesis se puede definir como la introducción de ADN extraño en un genoma, de modo que se mantenga estable de forma hereditaria y afecte a todas las células en los organismos multicelulares. Generalmente, en animales, el ADN extraño, llamado transgen, se introduce en zigotos, y los embriones que hayan integrado el ADN extraño en su genoma, previamente a la primera división , producirán un organismo transgénico; de modo que el transgén pasará a las siguientes generaciones a través de la linea germinal (gametos).

Entre las aplicaciones de los animales transgénicos se pueden destacar:

• La posibilidad de estudiar a nivel molecular el desarrollo embrionario y su regulación.

• Manipular de forma específica la expresión génica in vivo.

• Estudiar la función de genes específicos.

• Poder utilizar a mamíferos como biorreactores para la producción de proteinas humanas.

• La corrección de errores innatos de metabolismo mediante terapia génica.

La transgénesis puede efectuarse siguiendo dos estrategias distintas:

Transgénesis por microinyección de zigotos

Desde que en 1982 se obtuviera un ratón transgénico, la producción de animales transgénicas es cada vez más cotidiana, existiendo ya animales transgénicos de las siguientes especies: ratón, rata, conejo, cerdo, vaca, cabra y oveja.
La técnica se realiza, fundamentalmente por microinyección y se realiza de la siguiente forma:

• En la primera fase, se aislan un número grande de óvulos fertilizados. Se consigue sometiendo a las hembras a un tratamiento hormonal para provocar a superovulación.
  La fertilización puede hacerse in vitro o in vivo.

• En la segunda fase, los zigotos obtenidos se manipulan uno a uno y con una micropipeta a modo de aguja, se introduce una solución que contiene ADN.

• En la tercera fase, estos óvulos son reimplantados en hembras que actuarán como nodrizas permitiendo la gestación hasta término.

Por último, tras el destete de los recién nacidos, éstos se chequean, para ver si ha ocurrido la incorporación del transgén.

Transgénesis por manipulación de células embrionarias.

Una estrategia más poderosa para la transgénesis implica la introducción de ADN extraño en células embrionarias totipotentes(células ES) o células embrionarias madres (células EM).
Estas células se toman del interior de la blástula en desarrollo y se pasan a un medio donde se tratan con distintos productos con lo que se conseguirá que las células no se diferencien, y se mantiene su estado embrionario.

El ADN extraño se introduce en las células es mediante diversas técnicas,posteriormente las células transfectadas son reintroducidas en una blástula y ésta reimplantada en una hembra.

Con esta técnica los neonatos son quimeras ; pero mediante el cruce de éstas se consiguen animales transgénicos con aquellas quimeras que hayan incorporado el transgén en su linea germinal

Obtención de una cerda transgénica

Un gen híbrido que contiene el gen humano que codifica la síntesis de una proteína de interés biológico junto con el promotor del gen que codifica una proteína de la leche de rata, se introducen por microinyección en un óvulo de cerda fecundado.
El desarrollo de ese óvulo da lugar a un animal transgénico que tiene en todas sus células el gen híbrido. Debido al promotor elegido, ese gen solamente se expresa en la glándula mamaria de la cerda induciendo la producción de la proteina humana en la leche.

CLONACIÓN DE ANIMALES

El principio de la clonación está en la obtención de organismos idénticos genéticamente, y por tanto morfológica y fisiológicamente, como lo son dos gemelos univitelinos. Esto ha sido el sueño de muchos ganaderos, que han deseado que todo su ganado tuviera las cualidades de algún ejemplar especialmente bueno.

Se pueden utilizar dos métodos para conseguir clones de animales:

Por DISGREGACIÓN DE CÉLULAS EMBRIONARIAS. Se basa en el mismo principio por el que nacen gemelos de forma natural. Se pueden separar las células de un embrión en diferentes estados de desarrollo, desde el estado de 2 células hasta el estado de mórula. Cada célula separada puede funcionar como un zigoto que puede desarrollarse para dar un individuo completo.

Por TRANSFERENCIA NUCLEAR. Se toman células embrionarias en fase de mórula o blástula, obtenidas por disgregación, se cultivan “in vitro”, y después se transfieren a ovocitos a los que se les ha quitado el núcleo.
Se provoca la fusión de las dos células animales de modo que el núcleo de la célula embrionaria quede en el interior del ovocito, pudiendo éste empezar a funcionar como un zigoto.

Así se han obtenido 470 embriones clónicos de terneros de un único embrión donante de células.

Cuanto más diferenciadas estén las células donantes de material genético, más difícil es conseguir la reprogramación de dicho material genético para que pueda iniciar la diferenciación de la célula receptora. Actualmente es posible obtener clones de células totalmente diferenciadas de un animal adulto que actúan como donantes de su material genético, como ocurrió en el caso de la famosa oveja Dolly.

Aplicaciones Médicas

Entre ellas de pueden citar:

1.- OBTENCIÓN DE PROTEINAS DE MAMÍFEROS

Una serie de hormonas como la insulina, la hormona del crecimiento, factores de coagulación, etc ... tienen un interés médico y comercial muy grande. Antes, la obtención de estas proteinas se realizaba mediante su extracción directa a partir de tejidos o fluidos corporales.
En la actualidad, gracias a la tecnología del ADN recombinante, se clonan los genes de ciertas proteinas humanas en microorganismos adecuados para su fabricación comercial.
Un ejemplo típico es la producción de insulina que se obtiene a partir de la levadura Sacharomyces cerevisae, en la cual se clona el gen de la insulina humana.

2.- OBTENCIÓN DE VACUNAS RECOMBINANTES

El sistema tradicional de obtención de vacunas a partir de microorganismos patógenos inactivos, puede comportar un riesgo potencial.
Muchas vacunas, como la de la hepatitis B, se obtienen actualmente por ingeniería genética. Como la mayoría de los factores antigénicos son proteinas lo que se hace es clonar el gen de la proteina correspondiente.

3.- OBTENCIÓN DE ANTICUERPOS MONOCLONALES.

Este proceso abre las puertas para luchar contra enfermedades como el cáncer y diagnosticarlo incluso antes de que aparezcan los primeros síntomas.

4.- DIAGNÓTICO DE ENFERMEDADES DE ORIGEN GENÉTICO:

Conociendo la secuencia de nucleótidos de un gen responsable de una cierta anomalía, se puede diagnosticar si este gen anómalo está presente en un determinado individuo. En el siguiente dibujo se explica brevemente la base del diagnóstico.

Conclusión

Ya demostradas algunas de las aplicaciones de la genética molecular, podemos decir que a pesar que tienen algunas contraindicaciones, es un muy buen sistema para mejorar y aumentar producciones de plantas y vegetales, también sirve para corregir errores genéticos, etc. Y una de las aplicaciones que mas nos afectas son las relacionadas con la medicina, ya que se crean nuevas maneras de detener enfermedades que nos afectan tan duramente como el cáncer.

Creemos que por el gran auge y avences que están tomando, creemos que a los Ingenieros Genéticos Moleculares, les queda una gran tarea por delante, ya que demostrando los avances que llevan hasta el momento, nos podemos dar cuenta que dan para mucho mas. Ojalá que pudieran encontrar mas soluciones para enfermedades que nos afectan en la actualidad.

Bibliografía

Genética Molecular, Knippers. 3ª Edición.

Texto Ilustrado de Biología e Ingeniería Molecular, Cabrera.

http://cerezo.pntic.mec.es/~jlacaden/Ptransg3.html