Genética Moderna: Del ADN a la Biotecnología

Gen: La Unidad Básica de la Herencia

El gen es el conjunto de elementos que determinan una característica biológica de un organismo. Desde el punto de vista molecular, un gen es un fragmento de ADN encargado de llevar a cabo una función determinada, como la síntesis de una proteína.

Los Genes y los Cromosomas

Los genes se encuentran en los cromosomas. Los genes que se transmiten de forma independiente están en distintos cromosomas, mientras que los que se transmiten conjuntamente viajan en el mismo cromosoma.

Los Cromosomas

Los cromosomas se definen como las estructuras en forma de bastoncillos en las que se empaqueta el ADN. El ADN es una larga cadena doble enrollada a modo de hélice y constituida por unidades elementales llamadas nucleótidos.

Estructura del Nucleótido

Cada nucleótido está constituido por:

• Un hidrato de carbono de 5 átomos de carbono (desoxirribosa)
• Una base nitrogenada que puede ser adenina (A), citosina (C), guanina (G) o timina (T)
• Un grupo fosfato

Cadena de ADN

La desoxirribosa y el ácido fosfórico se unen lineal y alternativamente formando dos largas cadenas que se enrollan en hélice. Las bases nitrogenadas se encuentran dentro de esta doble hélice y forman una estructura similar a los peldaños de una escalera. Los nucleótidos están enfrentados en las dos cadenas de ADN por sus bases y forman una secuencia. Las bases son complementarias (A-T) y (C-G).

El orden de A, T, C y G a lo largo de la cadena de ADN determina las instrucciones biológicas, como el color de los ojos, la altura o la predisposición a ciertas enfermedades.

Ejemplos de Proteínas en el Cuerpo Humano

• Albúmina: abunda en el plasma sanguíneo.
• Anticuerpos: encargados de la defensa del organismo.
• Colágeno: componente mayoritario de la piel y los huesos.
• Hemoglobina: transporta el oxígeno en la sangre.
• Insulina: mantiene la concentración de glucosa adecuada en el organismo.
• Transaminasas: responsables de realizar los procesos propios del hígado.

El Concepto de ADN Basura

Los conceptos de gen y ADN basura se están cuestionando. Antes se consideraba el genoma como una serie de genes bien delimitados separados por ADN sin actividad biológica (ADN basura). Sin embargo, investigaciones más recientes (2007) indican que el ADN basura tiene un importante papel regulador en redes complejas de genes y proteínas.

Replicación del ADN

La replicación es el proceso por el cual se sintetizan copias idénticas de ADN tomando como molde otra cadena de ADN. Se basa en la complementariedad de las bases nitrogenadas. Es imprescindible en:

• La reparación de secuencias de ADN dañadas.
• La síntesis de ARN mensajero (ARNm).

Para la replicación, se separan las hebras de la cadena de ADN. Se necesitan desoxirribonucleótidos (materia prima) y la enzima ADN polimerasa.

Transcripción

La transcripción es la síntesis de ARNm tomando como molde una hebra de ADN. Se lleva a cabo por complementariedad, teniendo en cuenta que el ARN nunca lleva timina; la complementaria de la adenina en el ARN es el uracilo (U). El ARNm saldrá del núcleo para llevar la información a los ribosomas, situados en el citoplasma y responsables de la síntesis proteínica.

Traducción y Código Genético

Con las instrucciones del ARNm, los ribosomas colocan los aminoácidos (unidades de las proteínas) en el lugar que les corresponde. Tres nucleótidos del ARNm (codón) determinan el aminoácido correspondiente. Hay 20 aminoácidos que forman parte de las proteínas y 64 combinaciones de codones diferentes.

Genoma e Ingeniería Genética

El genoma es el conjunto del material genético de un organismo. La ingeniería genética permite manipular el ADN, modificando el genoma de los seres vivos. Tiene numerosas aplicaciones:

• Averiguar el funcionamiento de los genes.
• Secuenciación de genomas.
• Diagnóstico de enfermedades.
• Terapia génica.
• Síntesis de sustancias de interés.
• Obtención de animales y vegetales transgénicos.

ADN Recombinante

El ADN recombinante es aquel que tiene fragmentos de distinta procedencia. En el laboratorio, se puede cortar el ADN mediante enzimas llamadas endonucleasas de restricción. Para llevar el ADN hasta la célula receptora se utilizan vectores génicos (plásmidos, bacteriofagos y cósmidos).

Amplificación del ADN (PCR)

Para el estudio y manipulación del ADN son necesarias muchas copias. Se pueden conseguir mediante PCR (reacción en cadena de la polimerasa). La PCR requiere una muestra de ADN, desoxirribonucleótidos, enzimas ADN polimerasa y un termociclador.

Aplicaciones de la PCR

• Clonación de genes.
• Diagnóstico de enfermedades hereditarias.
• Identificación de bacterias y virus patógenos.
• Pruebas de paternidad.
• Reconocimiento de cadáveres.
• Análisis de ADN fósil.
• Huellas genéticas.

Mutaciones Dirigidas

Las mutaciones son cambios en el ADN. Se pueden clasificar en:

• Génicas: afectan al gen.
• Cromosómicas: afectan a la estructura de los cromosomas.
• Numéricas: afectan al número de cromosomas.

Variaciones del ADN

Los seres humanos compartimos genes con todos los seres vivos. La diferencia genética es una medida de la antigüedad de la separación evolutiva de las especies. Por ejemplo, los seres humanos compartimos el 98,4% de los genes con el chimpancé.

Biotecnología

La biotecnología es la ciencia basada en la utilización de seres vivos o de sus componentes para obtener o modificar productos, mejorar plantas y animales o desarrollar microorganismos con fines específicos. La biotecnología moderna, mediante ingeniería genética, permite transferir genes entre especies distintas.

Aplicaciones de la Biotecnología

• Biotecnología médica.
• Biotecnología agrícola.
• Biotecnología ganadera.
• Biorremediación.

Usos en la Medicina

La biotecnología médica tiene diversas aplicaciones, como el tratamiento de enfermedades, el abaratamiento de tratamientos costosos, vacunas sin riesgos y el diagnóstico precoz de enfermedades genéticas.

Proteínas Utilizadas como Fármacos

La biotecnología permite insertar en un microorganismo el gen que codifica para una proteína de interés farmacológico. Esto permite la producción a gran escala de proteínas como la insulina y la hormona del crecimiento.

Obtención de Vacunas

Se pueden fabricar proteínas de la cápside de virus que se inoculan al paciente para desencadenar una respuesta inmunológica.

Terapia Génica

La terapia génica consiste en modificar los genes anómalos para impedir que se manifieste una enfermedad o para curarla. Se realiza mediante un vector, pero presenta desafíos como la posibilidad de infecciones y el desarrollo de tumores.

Biotecnología Agrícola: Transgénicos

Un transgénico es un organismo modificado genéticamente. Los beneficios de los transgénicos incluyen resistencia a las plagas, mejora del rendimiento y beneficios nutricionales. Sin embargo, también existen riesgos, como la posible toxicidad, el desarrollo de alergias y los efectos ambientales.

Biorremediación

Algunos microorganismos y plantas se utilizan para eliminar contaminantes del medio, como la degradación del petróleo y la acumulación de metales pesados.

Biología Moderna y sus Inconvenientes

La biología moderna presenta inconvenientes como la falta de control sobre los microorganismos manipulados, la posibilidad de tránsito de genes y el incremento de diferencias socioeconómicas.

Clonación

La clonación consiste en la obtención de copias genéticamente iguales. La primera clonación exitosa fue la de la oveja Dolly en 1996.

Células Madre

La clonación terapéutica consiste en implantar en un óvulo material genético de un individuo para obtener células madre embrionarias. Estas células pueden diferenciarse en diferentes tipos de tejidos y órganos.

Existen diferentes tipos de células madre:

• Embrionarias o troncales: capaces de generar un organismo completo.
• Adultas o somáticas: presentes en el adulto, capaces de generar células especializadas.
• Totipotentes: capaces de originar un individuo completo.
• Pluripotentes: no originan un individuo completo, pero pueden originar todos los tipos celulares.
• Multipotentes: pueden originar algunos tipos de células.

A partir de aquí, el texto original cambia de tema y aborda conceptos de economía. Esta sección no se incluye en la corrección ya que el enfoque principal es la biología.