Biotecnología: Avances, Aplicaciones y ADN Recombinante

Biotecnología: Una Disciplina Interdisciplinaria

La biotecnología es una disciplina interdisciplinaria que se apoya en diversos campos de estudio para llevar a cabo distintos procedimientos tecnológicos. Entre estos campos se encuentran la genética, la biología molecular, la bioquímica, la ingeniería, la informática y la microbiología. En esencia, la biotecnología es el conjunto de procedimientos tecnológicos que utilizan microorganismos, células vegetales y animales para obtener bienes y servicios específicos útiles para la humanidad.

Evolución de la Biotecnología

• Tradicional: Se caracteriza por prácticas empíricas sin base científica, como la selección de plantas y animales por cruzamiento, y la aplicación artesanal de técnicas biotecnológicas.
• Desarrollo Industrial: Marcado por la identificación de microorganismos gracias a la invención del microscopio y el uso de la pasteurización. También se destaca el uso de bacterias en la industria de productos lácteos y el desarrollo de la industria química.
• Aplicación a la Biotecnología: Incluye la producción de antibióticos como la penicilina, el desarrollo de la industria petroquímica y la aplicación de variedades híbridas que incrementan la producción agrícola.
• Investigación: Se caracteriza por el descubrimiento de la estructura del ADN y la aplicación de la tecnología del ADN recombinante.

Técnicas Biotecnológicas

• Cultivo de Células y Tejidos: Permite la rápida micropropagación in vitro de plantas y la obtención de cultivos sanos, así como el mejoramiento genético de los cruces.
• Hibridoma: Se utiliza para la producción de anticuerpos a partir de monoclonales.
• Ingeniería Genética: Consiste en la introducción de un ADN híbrido que contiene genes específicos que elaboran productos como enzimas, hormonas y proteínas.
• Bioinformática: Aplica la tecnología computacional a la genómica y la proteómica. Estas disciplinas producen una gran cantidad de datos en bruto. La bioinformática permite hacer correlaciones entre la actividad genética y la función proteica para entender mejor el fenotipo en términos moleculares.

Aportes de la Biotecnología

• Biotecnología Agraria: Desarrollo de cultivos transgénicos y plantas resistentes a enfermedades e insectos.
• Biotecnología en la Salud: Técnicas para diagnosticar enfermedades o desórdenes genéticos, producción de vacunas, antibióticos y terapia genética.
• Biotecnología Animal: Inseminación artificial, producción de hormonas de crecimiento para aves, bovinos y porcinos.
• Biotecnología Industrial: Producción de vinos, búsqueda de otras fuentes energéticas para sustituir al petróleo y producción de insecticidas.
• Biotecnología Ambiental: Procesos modernos para proteger el ambiente y restaurarlo, biodegradación con microorganismos, producción de productos biodegradables y conversión de basura en energía.

Riesgos y Beneficios de la Biotecnología

• Riesgos:
  • Los genes se pueden propagar y contaminar a parientes silvestres.
  • Los cultivos OGM (Organismos Genéticamente Modificados) podrían acelerar mutaciones de insectos y plagas para volverlas más resistentes.
  • Se pueden introducir alérgenos al cuerpo humano.
• Beneficios:
  • Aumento de la productividad y rendimiento superior.
  • Reducción de costos.
  • Prácticas agrícolas más ecológicas.
  • Reducción de pesticidas.
  • Cultivos más nutritivos.

ADN Recombinante

Para obtener ADN recombinante se necesita:

• Un vector de clonación para introducir la célula anfitriona.
• Enzima de restricción para cortar el sitio de ADN específico.
• Enzima ligasa para sellar el fragmento extraño de ADN en el vector.

Vectores de Clonación

• Plásmido: Molécula de ADN circular y pequeña que se encuentra en las bacterias.
• Bacteriófagos: Virus que infectan a bacterias.
• Cromosomas Artificiales: Clonación de grandes segmentos de cromosomas eucariotas (YAC-levadura, BAC-bacteria).
• Cósmidos: Plásmido cuyo fragmento de ADN deseado posee un borde cohesivo procedente del genoma.

Pasos para la Recombinación de ADN

1. Aislamiento del ADN con el gen de estudio.
2. Fragmentación del ADN con enzimas de restricción.
3. Aislamiento y corte de un vector de clonación con la misma enzima empleada para el ADN genómico.
4. Unión del ADN vector con el gen a clonar por la zona de los extremos pegajosos, con la ayuda de unas enzimas llamadas ligasas.
5. Introducción del ADN en un organismo huésped para que pueda replicarse.
6. Selección y detección del clon deseado a partir de la genoteca.

Enzimas de Restricción

Las enzimas de restricción reconocen secuencias palindrómicas. Se han aislado de bacterias y protegen el ADN viral de las células bacterianas, ya que los cortan en pedacitos para que no infecten a las bacterias. Ejemplos:

• Taq 1: Thermus aquaticus
• EcoRl: Escherichia coli
• Notl: Nocardia otidius cavarium

Aplicaciones de la Biotecnología

Bacterias Transgénicas

Incluyen insulina, factor de coagulación VIII, hormona de crecimiento y vacuna contra la hepatitis B. Se eligen por la capacidad de degradar una sustancia.

Plantas Transgénicas

Son difíciles de manipular con la ingeniería genética porque sus células no tienen los vectores necesarios. Poseen una pared gruesa que impide la inserción de ADN. Se usa la técnica de pistola de genes (disparos de electricidad).

Animales Transgénicos

Se insertan óvulos en animales mediante microinyección y el mezclado de vórtice. Son la descendencia resultante de la fertilización de los huevos.

Proteínas Humanas

• Insulina: Trata la diabetes. Gen humano insertado en una bacteria.
• Citosinas Humanas: Regulan sistemas inmunitarios. Gen humano insertado en levaduras.
• Anticuerpos: Combaten enfermedades del sistema inmunitario. Gen humano en el revestimiento celular de un hámster.

Terapia Genética

Se inserta material genético en células humanas.

• Ventaja: Puede detectar enfermedades o genes defectuosos para iniciar tratamientos.
• Desventaja: Si no se incorpora el gen en buenas condiciones en un gran número de células del paciente, puede que el gen no se exprese eficientemente.

Trastornos Genéticos

Autosómica Recesiva

• Albinismo
• Descendientes azules
• Fibrosis quística
• Anemia de Fanconi
• Galactosemia
• Fenilcetonuria
• Anemia falciforme

Autosómica Dominante

• Acondroplasia
• Camptopolitilia
• Polidactilia
• Progeria

Ligada al Cromosoma X

• Síndrome de insensibilidad
• Ceguera al color
• Hemofilia
• Distrofias musculares

Cambio en el Número de Cromosomas

• Síndrome de Down
• Síndrome de Turner
• Síndrome de Klinefelter
• Síndrome XXX