Capítulo 05: Ingeniería Genética.

5.1 Definición.

La ingeniería genética es una parte de la biotecnología moderna que se basa en la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado, aprovechable por el hombre: se trata de aislar el gen que produce la sustancia e introducirlo en otro ser vivo que sea más sencillo de manipular.

Lo que se consigue es modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por el hombre, alterando su material genético. El proceso puede utilizarse ya en bacterias y en células eucariotas vegetales o animales. Las bases de la ingeniería genética han consistido en resolver el problema de la localización e inserción de genes y la multiplicación redituable de las factorías logradas.

Las técnicas utilizadas por la ingeniería genética son varias, y cada una atiende un aspecto de la tarea de preparación y solución de los problemas específicos de esta tecnología, sin embargo, muchas de ellas han tenido éxito en otros campos.


¿Sapobacter o bactosapo? Al incorporar un plásmido con ADN de Xenopus, la bacteria comienza a sintetizar moléculas de Xenopus.


Dado el incremento en la población mundial, la producción de alimentos es un importante reto para el futuro. Para lograrlo es necesario mejorar el rendimiento y productividad de los cultivos vegetales y animales, creando variedades mejoradas de plantas y animales que proporcionen alimentos de mejor calidad a más bajos costos.


5.2 ADN recombinante.

Esta técnica permite aislar un gen de un organismo, para su posterior manipulación e inserción en otro diferente. De esta manera podemos hacer que un organismo animal, vegetal, bacteria, hongo, o un virus, produzcan una proteína que le sea totalmente extraña.

Se emplea normalmente para la producción de proteínas en gran escala, ya que podemos hacer que una bacteria produzca una proteína humana y lograr una superproducción. De una manera muy simple podemos decir que "cortamos" un gen humano y se lo "pegamos" al ADN de una bacteria; si por ejemplo es el gen que regula la fabricación de insulina, lo que haríamos al ponérselo a una bacteria es "obligar" a ésta a que fabrique la insulina.

Como las bacterias se multiplican muy rápidamente y pueden expresar grandes cantidades de proteínas, es posible lograr una sobreproducción de la proteína deseada. A esto justamente se dedica la biotecnología, es decir a la utilización de organismos vivos o de sus productos con fines prácticos.

El desarrollo de la tecnología del ADN recombinante fue posible gracias a varias líneas de investigación

· El conocimiento de las enzimas de restricción.

· La replicación y reparación de ADN.

· La replicación de virus y plásmidos.

· La síntesis química de secuencias de nucleótidos.


5.3 Construcción de un organismo recombinante.


5.3.1 Encontrar el gen.

El tamaño de un genoma dificulta tanto el mapeo como la localización de un gen. Pero es posible cortar el ADN de un organismo, insertar los fragmentos en plásmidos e introducir esos plásmidos en bacterias. Al conjunto de clones formado representa al genoma entero de un organismo y constituye lo que se llama una biblioteca genómica.

Como una buena parte del ADN no tiene genes, por eso se debe organizar una biblioteca de genes, que incluya exclusivamente los genes que se expresan, o sea, los genes que son transcriptos y traducidos en un lugar o momento dado. Con los ARNm y una transcriptasa reversa se construyen moléculas de ARNc y se las introduce en los plásmidos.

En general, encontrar un gen es algo así como buscar una aguja en un pajar. Para localizarlo habrá que rastrear una biblioteca genómica o de ADNc (ADN clonado).


5.3.2 Multiplicación del gen.

La segunda dificultad está en obtener numerosas copias del gen. Una manera de hacerlo es multiplicar el clon correspondiente de la biblioteca.


Otra es amplificar el gen por PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa), a condición de conocer las secuencias de los extremos del gen o de las que lo flanquean en el genoma. Si las secuencias conocidas son relativamente cortas, se pueden construir oligonucleótidos y asociarlos, formando un gen sintético que podrá ser amplificado por PCR. Existen numerosas estrategias que dependen de cada caso en particular y, también, de las características y posibilidades del laboratorio.


5.3.2 Transferir el gen.

Independientemente del camino seguido para obtener las copias del gen, estas copias tendrán que ser transferidas, mediante un vector, a un hospedador definitivo que produzca la proteína correspondiente. Un vector es una molécula de ADN que se multiplica de manera autónoma dentro de una célula. Contiene varios genes, algunos de los cuales son marcadores que permiten reconocer su presencia dentro de la célula. El fragmento de ADN foráneo será insertado en el vector, para que se replique junto con él o se integre en el genoma. Construidos según las necesidades, existen hoy vectores bacterianos, de levaduras y bifuncionales, que pueden ser utilizados tanto en bacterias como en levaduras.

Además de los plásmidos (bacterianos y de levaduras) y los bacteriófagos (virus que infectan exclusivamente a las bacterias), también se utilizan como vectores los transposones, que son elementos genéticos móviles capaces de saltar de un lugar a otro del genoma, desparramando o no copias del gen. Las primeras experiencias de ingeniería genética se hicieron en la bacteria Escherichia coli, un microorganismo muy bien conocido y fácil de cultivar en el laboratorio. Sin embargo, Escherichia coli no es el organismo ideal para la expresión de genes eucarióticos, porque las células procariotas difieren de las eucariotas en el procesamiento del ARNm y en las modificaciones sufridas por las proteínas después de la traducción. Por eso, para la expresión de genes de mamíferos, Escherichia coli ha sido reemplazada por otras células eucariotas, como la levadura Saccharomyces cerevisiae (un hongo empleado desde hace siglos para la producción de alimentos y bebidas) y las células de mamíferos.

Para que un gen se exprese en una célula hospedadora es necesario que esta reconozca sus señales de expresión. La célula deberá leer la secuencia codificante reconociendo las señales para la transcripción (promotor) y la traducción (sitio de unión a los ribosomas e “inicio y final” de la traducción). Lo ideal es construir un vector que además de contener sitios de restricción y un gen marcador de selección, también tenga una secuencia promotora y las señales adecuadas para iniciar y terminar la traducción. Al insertar en este vector la secuencia codificante, el vector funciona como un casete de expresión.

Debe incluir los elementos genéticos de la célula hospedadora para la transcripción y traducción


5.4 Aplicaciones de la ingeniería genética.


5.4.1 Construcción de plantas transgénicas.

Las plantas transgénicas se originan por cultivo in vitro a partir de células vegetales modificadas genéticamente. Su obtención tiene como objetivos el mejoramiento de las propiedades agronómicas y nutritivas de los vegetales y, también, la producción de sustancias nuevas (bio-fábricas).

Para transferir una determinada secuencia génica, hay que construir alrededor una estructura compleja que incluya también un gen marcador, un promotor y secuencias iniciales y terminales de lectura. El transgén (es un gen o un material genético que ha sido transferido de un organismo a otro) es el conjunto formado por la secuencia génica y la estructura que la acompaña. La función del promotor es desencadenar la transcripción de la secuencia génica que interesa.

Algunos promotores permiten la expresión de un gen en la mayoría de los tejidos y a lo largo de toda la vida de la planta, otros son más específicos, funcionando como una llave que los “enciende” o “apaga” en determinados tejidos o en respuesta a estímulos ambientales internos o externos. El gen marcador confiere resistencia a sustancias como los antibióticos o los herbicidas, que normalmente son tóxicos para las células vegetales. Por consiguiente, en un medio selectivo solo sobreviven las células que integraron el transgén.

Luego para llevar a cabo la transferencia de los genes a la célula vegetal es un método llamado biolística. Este método consiste en un revólver especial (gene gun) que dispara microproyectiles de oro o tungsteno recubiertos de ADN en dirección a las células. El procedimiento permite la entrada del ADN foráneo en el núcleo y, también, en las mitocondrias y los cloroplastos.


5.4.2 Construcción de células animales.

las células animales tienen la ventaja de poseer todos los mecanismos de transcripción y procesamiento de las proteínas, que son indispensables para la expresión de los genes de organismos superiores.

El método más difundido actualmente para facilitar la entrada del ADN foráneo en las células animales es la electroporación. No es el único, existen otros como la ingestión de micropartículas, formadas por precipitación del ADN con fosfato de calcio. Las partículas son transportadas hasta el núcleo, donde el ADN puede ser transcripto por algunos días. En menos del 0,1% de las células, el ADN se integra de manera estable en el genoma, originando una línea genéticamente modificada (como es un evento muy poco probable, estas células se seleccionan usando un marcador de selección apropiado). El ADN también puede colocarse en liposomas, vesículas formadas por una bicapa lipídica que liberan su contenido en la célula al fusionarse con la membrana plasmática.

También es posible trabajar con vectores virales en los que se eliminaron las secuencias patogénicas. Los virus animales tienen la ventaja de infectar tejidos específicos y, en el caso de los retrovirus, pueden integrarse al genoma de la célula hospedadora de manera estable. En mamíferos, los virus usados con mayor frecuencia como vectores son el vaccinia, los retrovirus y los adenovirus. Células de insecto son infectadas con vectores basados en los elementos P transponibles de Drosophila o en el baculovirus, a condición de eliminar previamente el gen que permite su proliferación en la naturaleza.


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