4.4 Bioetica y Revolución Biotecnologíca

La revolución biotecnológica se basa en el ADN (ácido desoxirribonucleico), molécula básica en la que se encuentra toda la información genética del individuo, cuya estructura fue descubierta en 1953, siendo a partir de entonces cuando se realizan los primeros ensayos de modificación genética realizados en laboratorios ("in vitro"). Esta técnicas, que se han aplicado en agricultura, medicina, medio ambiente e industria alimentaria, permiten la transferencia de genes entre diferentes especies, además de agilizar y analizar los posibles cambios que se generan, con la finalidad de reducir el azar propio de la naturaleza. La fase de auge de los transgénicos comienza en 1994, cuando en EEUU la Food and Drug Administration (FDA, Institución oficial que regula la seguridad alimentaria y de los medicamentos) autoriza la comercialización del primer vegetal con un gen ajeno al natural de esa especie; es el tomate "FlavrSavr" de la compañía Calgene, que retrasa el ablandamiento característico del tomate. Se define OGM como "organismo, con la excepción de los seres humanos, en el que el material genético ha sido modificado de una manera que no se produce naturalmente en el apareamiento ni en la recombinación natural". (Directiva UE 2001/18/CEE). Esta alteración en el material genético se puede deber a la introducción, eliminación o modificación de sus genes. Son considerados OGM los organismos vivos capaces de reproducirse. Por ejemplo, las semillas de soja. La soja es una legumbre, utilizada como fuente proteica en alimentación animal y humana, cuya semilla puede formar nuevas plantas. Los productos derivados de los OGM, sin embargo, han sido manipulados de modo que contienen sólo material modificado genéticamente, pero no organismos vivos. El ejemplo lo tenemos en la lecitina de soja, que se obtiene a partir de sucesivos refinados del aceite contenido en las semillas de soja, utilizada principalmente como emulgente.

FUENTE: 

http://www.ulpgc.es/hege/almacen/download/6/6718/Transgenicos_en_los_alimentos.pdf

4.3 Legislación

 En una sociedad que cada vez más se agrupa en grandes ciudades con barrios desagregados en los que el contacto entre las personas tiende a hacerse cada vez más superficial, las referencias de la opinión de la comunidad se han perdido. Cada vez hay más distancia entre las nociones de interés general y personal, de modo que para recuperar el pulso de lo que importa, el papel de los medios de comunicación es clave. Lo que no sale en los medios no existe.   El asunto de los transgénicos, hurtado a la opinión pública desde los inicios por la renuncia de los medios a formar e investigar, volverá al barbecho de los temas sin respuesta. Aparecerá de vez en cuando, siempre bajo la forma de un enigma científico sin solución que admite las versiones a favor y en contra sin inmutarse. Mientras, continúa el lento pero inexorable avance de los transgénicos en nuestros campos. Nuestro país es la cuña que han encontrado las multinacionales de los alimentos manipulados genéticamente para invadir Europa del mismo modo que hicieron en Sudamérica.   Este debate social está muy politizado, porque la industria defiende sus intereses legítimos de sacar provecho económico de sus invenciones, por eso existen patentes. La industria de los transgénicos está formada por empresas muy poderosas que tienen una estrategia de medios y la información que aparece en los medios de masas la convierten en una campaña publicitaria que crea toda una imagen positiva.

FUENTE:

http://es.wikipedia.org/wiki/Organismo_gen%C3%A9ticamente_modificado

4.2.5.2 Animales trasngenicos

Se han usado animales transgénicos para estudiar genes y mejorar las reservas de alimento. Se han producido ratones con genes humanos que hacen que su sistema inmunológico actúe igual al del hombre. Esto permite estudiar el efecto de enfermedades en el sistema inmunológico humano. Hay ganado transgénico que lleva copias adicionales de genes de la hormona del crecimiento. Esos animales crecen más rápido y producen más carne que los animales comunes. Los investigadores tratan de producir pollos transgénicos que resistan infecciones que ocasionan la intoxicación por alimentos. En el futuro, los animales transgénicos también podrían proporcionar una fuente inagotable de nuestras propias proteínas. Varios laboratorios han desarrollado cerdos y ovejas transgénicos que producen proteínas humanas en su leche, facilitando así la recolección y refinación de dichas proteínas. Hoy día los animales transgénicos se pueden usar como fuente de producción de proteínas recombinantes, las cuales se pueden extraer o consumir directamente del animal. Estas proteínas recombinantes se pueden utilizar como vacunas o medicamentos, entre otros. Además, los animales transgénicos se están utilizando actualmente como modelos para estudiar patologías humanas y así utilizarlos en xenotrasplantes, cirugía, etc.  

FUENTE:

http://es.wikipedia.org/wiki/Organismo_gen%C3%A9ticamente_modificado

4.2.5.1 Plantas Transgenicas

En un sentido amplio, podría decirse que la Mejora de Plantas se remonta a los tiempos más antiguos mediante la aplicación intuitiva de procesos de selección. 

Los orígenes de la Genética están íntimamente relacionados con la investigación de los hibridistas experimentales de plantas. A partir del redescubrimiento de las leyes de Mendel, la aplicación de los conocimientos genéticos impulsó el desarrollo de la Mejora.

La Mejora Genética de Plantas tiene como fin último obtener los genotipos que produzcan los fenotipos que mejor se adapten a las necesidades del hombre en unas circunstancias determinadas. Aspectos parciales de ese objetivo final son:

Aumentar el rendimiento:

·         Mejora de productividad, aumentando la capacidad productiva potencial de los individuos.

·         Mejora de resistencia, obteniendo genotipos resistentes a plagas, enfermedades y condiciones ambientales adversas.

·         Mejora de características agronómicas, obteniendo nuevos genotipos que se adaptan mejor a las exigencias y aplicación de la mecanización de la agricultura.

Aumentar la calidad:

·         Mejora de calidad, atendiendo, por ejemplo, al valor nutritivo de los productos vegetales obtenidos.

·         Extender el área de explotación, adaptando las variedades de las especies ya cultivadas a nuevas zonas geográficas con características climáticas o edafológicas extremas.

·         Domesticar nuevas especies, transformando a especies silvestres en cultivadas con utilidad y rentabilidad para el hombre.

FUENTE:

http://html.rincondelvago.com/plantas-transgenicas.html

4.2.5 Tecnología de ADN Recombinante en la Agricultura

Países como USA, Argentina, Canadá y los de la comunidad Europea se encuentran muy avanzados en cuanto a biotecnología agraria. Es así como Canadá cuenta con la mayor empresa de biotecnología vegetal, Monsanto (www.monsanto.es), que entre sus logros tiene las patentes del vector más utilizado para transferencia génica en plantas y el promotor 35S. Por otro lado, Argentina tiene un gran porcentaje de hectáreas cultivadas con soja transgénica, a la cual se le ha incorporado el gen Bt que le confiere resistencia a insectos. España, para mayo de este año, realizó 39 ensayos de biotecnología con aplicación agraria, China dedicará 1.2 millones de hectáreas al cultivo de transgénicos para el año 2004 y este año se presentó el Arroz Dorado, que es una variedad genéticamente modificada para producir provitamina A
La FAO no se queda atrás en el tema de la biotecnología, esta organización declaró numerosos puntos importantes en cuanto al tema. En esta declaración la FAO definió la biotecnología, reconoció que la ingeniería genética contribuye a elevar la producción y productividad en la agricultura, por otro lado, muestra preocupación por los riesgos potenciales que presentan algunos aspectos de la biotecnología. Con el fin de prevenir riesgos, la FAO apoya un sistema de evaluación de base científica que determine objetivamente los beneficios y riesgos de cada organismo modificado genéticamente. La FAO también se muestra preocupada por la concentración de investigación biotecnológica en el sector privado, por ello considera que hay que hacer lo posible para conseguir que los países en desarrollo y los agricultores con pocos recursos se beneficien mas de la investigación biotecnológica, manteniendo a la vez su acceso a una diversidad de fuentes de material genético. Para lograr este último punto, esta entidad propone un moyor financiamiento público y diálogo entre los sectores público y privado. La Comisión de Recursos Genéticos para la Alimentación y la Agricultura (CRGAA) es un foro permanente en el que los gobiernos debaten y negocian asuntos de interés en relación con los recursos genéticos para la alimentación y la agricultura. Los principales objetivos de la CRGAA son garantizar la conservación y la utilización sostenible de los recursos genéticos para la alimentación y la agricultura, así como la distribución justa y equitativa de los beneficios derivados de su utilización para las generaciones presentes y futuras. En la actualidad son miembros de la CRGAA 160 países y la Unión Europea. De acuerdo al campo de aplicación la biotecnología puede ser distribuída o clasificada en cinco amplias áreas que interactuan a saber: Biotecnología en salud humana, Biotecnología animal, Biotecnología Industrial, Biotecnología Vegetal y Biotecnología ambiental. 
Las técnicas biotecnológicas utilizadas son comunes en las diferentes campos de aplicación de la biotecnología, estas se pueden agrupar en dos grandes grupos de técnicas: Cultivo de tejidos y Tecnología del DNA. La primera trabaja a un nivel superior a la célula (con sus componentes - membranas, cloroplastos, mitocondria, etc) e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. La segunda, involucra la manipulación de genes que determinan las características celulares ( de plantas, animales y microorganismos), lo que significa el trabajar a nivel de DNA: Aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas y su transferencia a células apropiadas. El principal impacto de las modernas biotecnologías ha sido en el área farmacéutica. El número de productos y servicios disponibles permanentemente se está incrementando para las áreas farmacéutica, agrícola, alimentaria, producción de energía y tratamientos de desechos, limpieza de aguas y biorremediación entre otros. Las tecnologías de DNA recombinante han tenido asombrosas repercusiones en los últimos años. Los biólogos moleculares han mapeado genomas enteros, se han desarrollado y comercializado nuevas medicinas y producido plantas con nuevos tipos de resistencia a enfermedades que no podían ser desarrolladas por los métodos tradicionales. Muchos ejemplos como la papa libre de amilosa y la bacteria que produce índigo, tambien incluyen el uso de organismos modificados genéticamente por tecnologías de DNA recombinante. También Muchas enzimas son rutinariamente producidas por la tecnología del DNA recombinante.

FUENTE: 

http://abioquimica1.galeon.com/recombinante.html

F

4.2.4 Vectores de Clonacion

Los vectores de clonación son moléculas transportadoras que transfieren y replican fragmentos de ADN que llevan insertados mediante técnicas de ADN recombinante. Para que sirva de vector, una molécula debe ser capaz de replicarse junto con el fragmento de ADN que transporta. También tiene que tener secuencias de reconocimiento que permitan la inserción del fragmento de ADN a clonar.

Para insertar un fragmento de ADN al vector, se utiliza una enzima de restricción, y se mezcla con fragmentos de ADN producidos con la misma enzima.

Los vectores que transportan un fragmento insertado se denominan vectores recombinantes.

Tipos de vectores                  

Hay muchos vectores de clonación, que difieren en la especificidad de la célula huésped, el tamaño de los insertos que pueden transportar y en características como el número de copias que producen y el número y tipo de genes marcadores que contienen, entre otras

Plásmidos

Los plásmidos fueron los primeros vectores que se desarrollaron, y aún son ampliamente usados. Estos vectores proceden de moléculas de ADN de doble cadena extracromosómicas que se encuentran de manera natural y que se replican autónomamente dentro de las células bacterianas.

pUC18

Es un Plásmido muy utilizado, ya que presenta unas características que son muy beneficiosas:

- Es pequeño, de modo que puede transportar fragmentos de ADN relativamente grandes (de unos 10.000 pares de bases).

- Tiene un origen de replicación y puede producir hasta 500 copias de los fragmentos de ADN insertado por célula.

- Se ha modificado para que presente muchas secuencias de reconocimiento para enzimas de restricción que se han agrupado en una región denominada polylinker o múltiple cloning site.

- Permite la identificación sencilla de los plásmidos recombinantes, ya que contiene un fragmento del gen bacteriano lacZ que produce colonias de color azul. Si se inserta un fragmento de ADN en el polylinker, se inactiva este gen, y da lugar a colonias de color blanco.

Bacteriófago lambda

Artículo principal: Fago λ.

El genoma del fago lambda se ha cartografiado y secuenciado completamente. Para ser utilizado de vector, el tercio central de su cromosoma puede ser reemplazado por ADN foráneo, sin que ello afecte a la capacidad del fago de infectar células y formar cápsides.

Para clonar ADN utilizando este vector, se purifica el ADN del fago y se corta con una enzima de restricción, con la misma enzima de restricción cortamos el fragmento de ADN de interés y los unimos con una ADN ligada  Los vectores lambda recombinantes se empaquetan in vitro en las cápsides proteicas del fago, y se introducen en células huésped bacterianas. Dentro de las bacterias, los vectores se replican y forman muchas copias del fago infectivo, llevando todas ellas el fragmento de ADN de interés en la clonación. Los vectores fágicos pueden transportar fragmentos de hasta 20 kb ( kilobases).

Cósmidos

Artículo principal: Cósmico.

Los cósmidos son vectores híbridos utilizando partes del cromosoma de lambda y de plásmidos. Tienen la secuencia cos del fago lambda, necesaria para el empaquetamiento del ADN del fago dentro de su cubierta proteica, además contienen secuencias plasmídicas necesarias para la replicación y genes de resistencia a antibióticos. Los cósmidos pueden transportar casi 50 kb de ADN insertado.

YAC

Artículo principal: Cromosoma artificial de levadura.

Los YAC son cromosomas artificiales de levadura. Un YAC tiene telómeros en sus extremos, un origen de replicación y un centrómero. Estos componentes están unidos a genes marcadores de selección y a un grupo de enzimas de restricción para insertar ADN exógeno.

Estos cromosomas artificiales de levadura permiten clonar grandes trozos de ADN, de 100 a 1000 kb.

BAC

Artículo principal: Cromosoma artificial bacteriano.

Un BAC es un cromosoma artificial bacteriano, basado en el Plásmido de fertilidad ( factor F ) de bacterias.

El factor F es un Plásmido que se replica independientemente y que transfiere información genética durante la conjugación bacteriana.

Los BAC pueden transportar insertos de hasta 300 kb.

FUENTE: 

http://es.wikipedia.org/wiki/Vector_de_clonaci%C3%B3n

4.2.3 Clonacion de Genes

Clonación de genes, el proceso mediante el cual puede aislarse un gen de entre todos los genes diferentes que existen en un organismo, lo que permite realizar su caracterización. Esto se consigue con la preparación de una batería de bacterias que contienen todos los genes distintos presentes en un organismo de manera que cada una de ellas contiene un solo gen. Esto se lleva a cabo efectuando cortes del ADN de un individuo. Otra alternativa es la de crear un conjunto de todas las secuencias de ADN expresadas en una célula específica mediante la producción de copias complementarias de ADN a partir del ARNm hallado en dichas células (v ase Biología molecular). En ambos casos, los fragmentos de ADN se unen a un vector, un virus bacteriano conocido como bacteriófago o a un ADN circular denominado Plásmido  que se introduce en una bacteria de forma que cada una adquiere solo una copia del vector y por tanto recibe solo un fragmento de ADN.

Los grupos preparados de esta forma se pueden examinar para identificar la bacteria que contiene el gen objeto de estudio. Entonces, se toma esta bacteria y se hace crecer para producir un clon de bacterias idénticas. Como el vector que contiene el ADN insertado se replica siempre que la célula bacteriana se divide, se produce la cantidad suficiente de ADN insertado clonado necesaria para caracterizar el gen. De esta manera es posible estudiar los genes que codifican proteínas que tienen un interés especial, o aquellos cuya inactivación, consecuencia de una mutación, origina una enfermedad específica. Por ejemplo, podemos determinar su secuencia y la naturaleza de la mutación que da lugar a una enfermedad.

Con posterioridad, el gen se puede expresar en la célula bacteriana para producir la proteína específica que se puede emplear en el tratamiento de enfermedades como la diabetes mellitus (insulina) o el enanismo (hormona del crecimiento). Recientemente, se han podido introducir genes funcionales clonados en los individuos, para tratar una enfermedad de forma más directa. Es probable que el empleo de estos procedimientos de tratamiento genético con ADN clonado aumente en el futuro.

FUENTE: 

http://html.rincondelvago.com/clonacion_3.html

4.2.2 Enzimas de Unión

Las enzimas dirigen las transformaciones químicas y energéticas que tienen lugar en cada célula. Pero para realizar estas funciones básicas y vitales para nuestra vida deben tener una capacidad de interaccionar de forma específica y reversible con ligandos, que viene dada por su conformación espacial en el lugar de unión. Para que la enzima modifique el ligando (sustrato a partir de este momento) este debe “encajar” en el lugar de unión de la enzima. Por esto decimos que hay complementariedad geométrica entre enzima y sustrato.

Los lugares de unión acostumbran a estar en unas hendiduras de la superficie de la enzima, formando como un “bolsillo” en el cual entra el sustrato. De esta manera la superficie de interacción entre sustrato y enzima es mayor, y las posibilidades de conferir especificidad a la unión con el sustrato aumenta. La especificidad de la unión es tan alta que la enzima es capaz de distinguir entre sustratos esteroisómeros, por lo tanto decimos que las enzimas presentan esteroespecificidad. La esteroespecificidad puede servir en casos concretos para separar rutas de formación y degradación de productos, que se realizan de forma simultánea. Este hecho se debe a que las enzimas son moléculas asimétricas.

La unión se mantiene gracias a las fuerzas de enlaces no covalentes entre átomos del sustrato y la enzima, como enlaces de Van der Waals, enlace por puente de hidrógeno o puentes salinos, durante la catálisis, pero la unión es temporal, por tanto cuando la reacción enzimática finaliza se separan la enzima y el producto (ya no hablamos de sustrato después de la catálisis, ya que tiene una conformación modificada por la enzima).

FUENTE:  

http://es.wikipedia.org/wiki/Complejo_enzima-sustrato

4.2.1 Enzimas de Corte

Existen, en general, 3 sistemas de enzimas de restricción:

·         Tipo 1: Una sola enzima (con 3 subunidades) tiene actividad de restricción (corta) y modificación (metila). Al reconocer la secuencia específica de DNA corta al azar en sitios distintos al sitio de reconocimiento, ya sea aguas arriba o aguas abajo. El corte deja extremos cohesivos. Necesitan de ATP para moverse en el DNA, desde el lugar de reconocimiento hasta el sitio de corte (unas 1000 pares de bases aproximadamente), además de SAM (S-adenosil-metionina) y Mg⁺⁺ como cofactores.

·         Tipo 2: Solo tienen actividad de restricción. Otras enzimas llevan a cabo la metilación. El corte es efectuado en el sitio de reconocimiento, o bien, cerca de él, por lo que el corte es resistente y predecible. Por esta característica es que son muy utilizadas para clonación de genes, ya que al cortar en sitios específicos se pueden recuperar secuencias conocidas. Sólo requieren Mg⁺⁺ como cofactor, no necesitan de ATP...

·         Tipo 3: Se utiliza una enzima oligomérica que realiza todas las actividades enzimáticas. Tienen función de restricción y modificación. Cortan de 25 a 27 pares de bases lejos del sitio de reconocimiento, dejando extremos cohesivos. Requieren dos secuencias de reconocimiento en orientación opuesta en la misma cadena de DNA. Necesitan ATP, Mg⁺⁺ y SAM (S-adenosil-metionina) como cofactores.

Hay otros sistemas de restricción descubiertos actualmente, como el sistema tipo 4 de E. coli (Eco571) que consta de una sola enzima que corta únicamente DNA metilado en una secuencia específica, y que además metila.

FUENTE:

  http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima_de_restricci%C3%B3n 

4.2 Corte y Unión de Moléculas de ADN

1. CORTE: Las moléculas de DNA se pueden cortar en sitios específicos con endonucleasas de restricción del tipo II. Las endonucleasas de restricción del tipo II reconocen en el DNA de dos bandas secuencias cortas, cortan las dos bandas de la molécula y la mayor parte produce fragmentos de DNA con extremos complementarios de una banda, llamados extremos pegajosos.
   La utilidad de las enzimas tipo II para los análisis de DNA se deriva de las siguientes cuatro propiedades importantes:
1. Reconocen secuencias cortas (de 4 a 7 pares bases), de tal manera que la probabilidad de tener una molécula de DNA por lo menos con un sitio de reconocimiento para cualquier enzima es muy grande.
2. Cortan siempre los mismos sitios, lo cual hace que las observaciones sean reproducibles y reales.
3. Cortan virtualmente todos los sitios disponibles en el DNA aunque cortan unos sitios más rápidamente que otros.
4. La mayoría de las enzimas producen DNA de dos bandas con extremos pegajosos, que son las moléculas más fáciles de ligar In Vitro.
2. UNIÓN: Dos o más fragmentos unidos pro enzimas forman moléculas recombinantes. Los fragmentos de DNA pueden ser de cualquiera de las siguientes fuentes:

o    DNA naturales de diversos organismos, generados por cualquier sistema de corte.

o    Moléculas de DNA sintetizadas enzimáticamente, usando RNA como molde para la transcriptasa inversa.

o    DNA artificiales producidos por síntesis química y/o enzimática.

3. CLONACION: Para que la unión de dos moléculas de DNA sea de utilidad práctica, una de las dos debe ser autorreplicante, es decir, debe tener suficiente información para replicarse en alguna célula viva disponible. Plásmidos y Virus llenan esta condición pues pueden ser introducidos a células apropiadas donde se replican normalmente, junto con el DNA inserto. Se debe definir ahora algunos términos útiles:
   Vector o Vehículo: Es la molécula autorreplicante.
   Inserto: Es el fragemento de DNA "exógeno" que se liga al vector.
   Anfitrión: Es la célula empleada en la propagación del vector con su inserto, es decir, el DNA recombinante.
   Clonación molecular: Es la propagación en la célula anfitriona de las secuencias de DNA inserto. Las células con un DNA recombinante se pueden clonar.

 FUENTE: http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001832/lecciones/metodos_estudiar_genes.html

4.1 Transformación de Organismos

En biología molecular, transformación es el término utilizado para las alteraciones genéticas resultantes de introducir ADN por virus (transducción) o por contactos intercelulares entre bacterias (conjugación). A la transformación de células animales se le llama transfección.

El término transformación es también usado, de manera más general, para describir mecanismos de transferencia de ADN o ARN en biología molecular (es decir, teniendo en cuenta más que las consecuencias genéticas). Por ejemplo la producción de transgénicos como maíz transgénico requiere la inserción de nueva información genética en el genoma del maíz usando el mecanismo apropiado de transferencia de ADN; el proceso se le llama comúnmente transformación.

El ARN también puede ser transferido en las células usando métodos similares, pero esto no provoca normalmente cambios heredables y por lo tanto no es transformación real.

FUENTE:  http://es.wikipedia.org/wiki/Transformaci%C3%B3n_(gen%C3%A9tica)

UNIDAD IV DNA RECOMBINANTE