Ingeniería genética

Todos los organismos vivos almacenan en los genes, —unidades bioquímicas y funcionales de la herencia—, la información sobre la composición y diseño de todas sus estructuras, aunque muchas funciones están también influidas por el ambiente. Los genes están organizados en largas moléculas de  ADN.

Estas moléculas, en algún momento de la vida de las células, están comprimidas y empacadas de forma que las podemos ver como estructuras visibles llamadas cromosomas.

En general, la información que tiene cada gen sirve para sintetizar un tipo particular de proteína. Las proteínas actúan como enzimas, como transportadores, como motor o cableado de células móviles, como anticuerpos. Para satisfacer necesidades comunes hay por tanto, genes muy similares entre los seres biológicos, ya que a partir de un origen común han ido cambiando por mutación y selección; además, la estructura bioquímica y el lenguaje molecular de los genes son básicamente los mismos, desde los virus, hasta los mamíferos, incluyendo bacterias, hongos, plantas y los demás animales.

Los genes se modifican y se mueven

Diversos procesos de cambio de los organismos a lo largo de la evolución, se deben a cambios —a veces graduales, en otros drásticos— de la información de los genes. Las mutaciones, la recombinación, los rearreglos internos en secuencia, orden u organización general y al final, distintos tipos de selección (natural y artificial), han promovido la generación de nuevas especies y variedades en la naturaleza.

Asimismo, la domesticación y otros tipos de selección humana, artificial, han generado cepas, razas, variedades para usos determinados (comida, fibras, medicinas, ornato, etc.). Actualmente se conoce mejor las causas de algunas modificaciones asociadas con la domesticación (p.ej., germinación rápida, no dispersión de semillas), debidos a cambios en la estructura y organización de uno o varios genes.

Plantas transformadas

En los vegetales, un fragmento de tejido o hasta una célula aislada, pueden dar origen a una planta completa de su mismo tipo por el proceso de regeneración. Si esta célula se modificó genéticamente, todas las células, tejidos y órganos regenerados llevarán una información nueva; así estas nuevas funciones se pueden manifestar en todo el vegetal o cultivo, o sólo en algunas partes de él. En el caso de plantas cultivadas, las variedades resultantes de la incorporación de uno o varios genes mediante técnicas modernas de modificación genética, se les llama cultivos genéticamente modificados (GM), aunque cada tipo individual (o evento) tiene propiedades específicas dependiendo del tipo de vegetal, el gen adquirido y el uso que se le da. En México, por el hecho de utilizar este método para generarlos y reproducirlos, todos ellos son sujetos de regulación por la normatividad en bioseguridad, representada por la LBOGM.

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Biotecnología moderna

La aplicación de diversos conocimientos sobre la biología a nivel molecular, en particular sobre el funcionamiento de los ácidos nucléicos (el ADN y los ARN), así como de las proteínas, ha conformado un área aplicada para profundizar la investigación y asimismo, el mejoramiento o desarrollo de nuevos productos a partir de los procesos biológicos. Ésta incluye las técnicas que permiten aislar y reproducir (clonar) genes; esto requiere una serie de enzimas (que ahora se consiguen a nivel comercial), que son capaces de cortar, modificar, pegar, sintetizar o degradar ácidos nucléicos.

Elementos para diseñar un OGM

Hay una amplia bibliografía y materiales educativos disponibles, que describen e ilustran cómo se generan variedades transgénicas de plantas, bacterias, levaduras, peces y otros organismos con fines específicos y con procedimientos cada vez más versátiles y precisos. En resumen, para lograrlo son fundamentales tres procesos:

  – Disponer de un organismo donador de genes cuya función (es decir, la o las proteínas que codifican), se conozcan con suficiente profundidad. Estos genes se pueden aislar del genoma de origen o incluso, sintetizarse parcialmente en el laboratorio.

  – Una forma de introducir este nuevo gen recombinante (ver Glosario) a células o tejidos de un organismo receptor, que serán transformados para adquirir una nueva función —o a veces suprimirla, como un carácter alergénico o cancerígeno— y, finalmente…

  – Una forma de acondicionar o regenerar al organismo receptor final, para que se pueda utilizar de forma productiva con todas sus características más una (o dos o más).

En el caso de las plantas, se transforman tejidos jóvenes (cotiledones, yemas, tejidos suaves) de cutivos o “vegetales modelo” y, después de confirmar que llevan el nuevo gen insertado establemente, se regeneran en plantas con follaje y raíz normales restaurando además su fertilidad para producir semillas.

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Expresión de nuevas instrucciones. Desde los años 50 la investigación en biología molecular abrió el camino para entender mejor cómo se guarda, se expresa y se regula la información hereditaria y las funciones orgánicas. Desde lo que actualmente llamamos el “archivo de instrucciones” o genoma (todo el ADN de un organismo, con funciones conocidas o no), el proteoma (el conjunto de proteínas codificadas o expresadas por una parte del genoma) hasta el metaboloma (una serie de sustancias de distinto tipo que se interconvierten por efecto de enzimas, para producir estructuras, circular la energía y distintas informaciones dentro de un organismo). En conjunto, las características usuales o nuevas —en aspecto, funcionamiento, capacidades, desarrollo, las conocemos como el fenotipo (o fenoma)

Es sabido que el lenguaje químico del ADN es el mismo en todos los organismos vivos y que hay sin embargo, variaciones en el tipo de estímulos o ‘interruptores’ que tienen cada genoma. Al iniciar la ingeniería genética ya se conocía que para tener un gene funcional, es necesario tener en el mismo fragmento de ADN, un promotor (que activa la expresión del gen), la parte estructural que tienen el código que se transforma en un orden particular de los componentes de una proteína, y una secuencia de terminación o “señal-de-paro”, que marca el fin del mensaje. Los genes se miden por el número de unidades o letras que contienen (bases) —normalmente miden cientos o miles, y las proteínas por la cantidad de aminoácidos, que se unieron para formar un polímero muy versátil.

Para tener un gen recombinante o transgén funcional se requiere ‘armar’ una versión que puede llevar componentes muy bien delimitados de bacterias, virus o plantas, y que funcionan por ejemplo, para hacer legible un nuevo mensaje genético que se integra a otro genoma, para mejorar su expresión o su estabilidad molecular, etc.

Algunos ejemplos de OGM de suso en medicina, producción agrícola e industria alimentaria.

OGM

Receptor

Donador

Bacteria que produce insulina humana Bacteria común del tracto digestivo humano (Escherichia coli), que crece en biorreactores industriales Genes aislados de células humanas que codifican para insulina
Planta que produce insecticida bacteriano Variedad de algodón (Gossypium hirsutum), que es susceptible al ataque del gusano rosado, del bellotero o del soldado. Dos tipos de genes derivados de cepas de bacterias Bacillus thiringiensis que codifican para proteínas tipo Cry que son tóxicas para larvas de lepidópteros (palomillas)
Levadura que produce enzimas para degradar lactosa Células de levadura (Saccharomyces cerevisiae) incapaces de crecer en lactosa como fuente de carbono Gen modificado de una bacteria (Bacillus cereus) que permite desdoblar o romper la lactosa en sus componentes.
Célula de insecto (crecidas en cultivos líquidos) que produce interferón humano Células aisladas de larvas de insectos que pueden expresar mejor proteínas complejas de los eucariotes (p.ej., de los mamíferos) Genes aislados de células humanas y re-arreglado, el cual dirige la síntesis de un tipo de interferón