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INGENIERÍA GENÉTICA
Índice
1- Definición de ingeniería genética y biotecnología
2- Aplicaciones de la ingeniería genética:
I.
II.
III.
MANIPULACIÓN GENÉTICA para la
obtención de fármacos
Mejora en la producción agrícola y animal: los
transgénicos y problemas asociados
Terapia génica
3- Implicaciones de los avances en biotecnología
4- La clonación:
I- clonación reproductiva
II- Clonación terapéutica
5- El proyecto genoma humano p.42
1-LA INGENIERÍA GENÉTICA es un tipo de tecnología que se vale de unas técnicas que
hacen posible modificar el ADN de los organismos para lograr objetivos prácticos.
Dado que la ingeniería genética utiliza seres vivos, forma parte de la biotecnología.
La Biotecnología es la utilización de seres vivos para la fabricación de sustancias útiles para
el hombre. En este término se puede englobar desde la producción de vino o yogur hasta la
utilización de organismos modificados genéticamente, que es a los que nos referiremos ahora.
Las técnicas que utiliza la ingeniería genética manipulan el ADN y dan lugar a un ADN recombinante.
Al alterar el ADN, se alteran las características de los individuos, a los que llamaremos transgénicos.
2-APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA: (libro p.38)
I.
La obtención de fármacos es utilizada por las industrias farmacéuticas para producir
insulina, proteínas de coagulación para personas hemofílicas, vacunas, hormona de
crecimiento etc.
II.
Mejora en la producción agrícola y animal (libro)
III.
La terapia génica o tratamiento de enfermedades causadas por un gen defectuoso.
permite sustituir el gen alterado por uno normal, corrigiendo la enfermedad.
IV.
Mejora del medio ambiente- Se pueden utilizar seres vivos para eliminar
contaminantes derivados de la actividad industrial, pesticidas etc. Por ejemplo, si se
logran bacterias que ingieren metales pesados u otros contaminantes nocivos de
nuestras aguas, se podrían eliminar de ellas.
También pueden utilizarse estas técnicas en:
- Transformar mosquitos para que no difundan enfermedades como la malaria.
- Incremento del rendimiento fotosintético
- La fabricación de plásticos biodegradables
- Producción de aceites omega-3 – éstos son buenos para equilibrar las dietas modernas que acarrean
problemas de salud. Los tomamos en los frutos secos, pescado, aceite girasol etc. y disminuyen el
riesgo de accidentes cerebrovasculares, cáncer etc. Se utiliza la soja transgénica, para producir
estos productos y venderlos en alimentos que no los contienen.
-Asimilación de nitrógeno atmosférico- Si la planta pudiera tomar el nitrógeno de la atmósfera, con el
gen nif existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, crecerían sin necesidad de abonos
nitrogenados, aumentando la síntesis de proteinas de modo espectacular. (está en estudio)
2.I MANIPULACIÓN GENÉTICA PARA LA OBTENCIÓN DE FÁRMACOS
Millones de personas usan ya fármacos de ingeniería genética. El uso de esta tecnología,
permite obtener grandes cantidades de una proteína, evitando los riesgos y complicaciones
que producían tratamientos como utilizar insulina de cerdos y vacas etc.
Explicamos el proceso con el ejemplo de la insulina. La insulina humana es una hormona
proteica necesaria para retirar el exceso de glucosa en sangre. Las personas que no producen
suficiente insulina, por causas genéticas, padecen diabetes y necesitan inyectarse esta
proteína. En un pasado era necesario obtenerla de cerdos y vacas pero en 1982,
la insulina fue el primer caso de proteína lograda por ingeniería genética y aprobada para uso
en humanos. Ya existen más de 30 proteínas aprobadas para su uso clínico.
Procedimiento general: (explicado en apuntes y en p.37)
1. Obtener el fragmento de ADN que contiene
el gen sano que nos interesa. Lo extraemos
de una célula humana que llamaremos donante.
2.
El ADN obtenido, juntando ADN
de dos organismos distintos, se
llama ADN recombinante.
Insertar dicho gen en otra
molécula de ADN que sirva de
transportador (vector),
generalmente ADN de virus y
bacterias. Las bacterias tienen
un ADN circular, llamado
plásmido, que tiene capacidad de
introducirse en otra célula.
3. Introducir el vector con el gen que nos
interesa en una célula hospedadora; la célula
hospedadora suele ser una bacteria por su
sencillez y rapidez de multiplicación. La
bacteria acepta el gen como si fuera suyo y
cuando su ADN se duplica, también lo hace el gen intruso. Se
clona y por tanto, la bacteria produce sus proteínas y también la
que determina el gen de insulina.
4. Multiplicar la bacteria para
obtener muchas copias del gen
y mucha producción de
insulina.
2.II
MEJORA EN LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA Y ANIMAL: TRANSGÉNICOS
Los alimentos transgénicos
Un alimento transgénico es, en el caso
de los vegetales, una planta en la cual
por medio de diversas técnicas, se le ha
conseguido integrar un gen capaz de
producir una proteína que le da
cualidades como:
- Tener vitamina A, necesaria para la
vista pues evita un tipo de ceguera.
Se logra que la produzca la planta de
arroz. De esta forma, se enriquecen
los alimentos, otorgándoles
capacidades que los hacen más
nutritivos.
- Variedades de cereales con genes
que les hacen soportar plagas y
sequías.
- Plantas con resistencia a herbicidas, a insectos y a enfermedades microbianas.
Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles a herbicidas, es decir,
resistentes a los insectos porque la planta produce una toxina dañina para sus larvas, de
modo que no pueden desarrollarse sobre las plantas transgénicas con este gen.
- frutos que tardan más en madurar o en pudrirse (tomate)
TÉCNICA DE OBTENCIÓN DE PLANTAS TRANSGÉNICAS (estudia la explicada en la p.39)
En los animales, se introducen genes humanos que forman en el cuerpo del animal órganos
de características parecidas a los humanos para ser utilizados en transplantes.
En las vacas, se introducen genes que producen diversas proteínas. Éstas se pueden tomar con
su leche.
Ejemplo de ANIMALES TRANSGÉNICOS: medicamentos que se obtienen con leche de vaca
Este es el fragmento de ADN o gen responsable de la formación de
una proteína llamada factor VIII, que se encuentra en la sangre
humana. Este factor participa en la coagulación de la sangre y las
personas que no lo poseen corren grave peligro de hemorragias.
- El gen se extrae de una célula humana y se introduce en células embrionarias de vaca, en el
laboratorio. Se clona con ellas, al
reproducirse, y se produce el ADN
recombinante de la vaca y ese gen.
- Este ADN se introduce en un embrión de
vaca y se implanta en el útero de la vaca
para que se desarrolle.
- Se obtiene la vaca transgénica con el
gen, que producirá en su leche la
proteína coaguladora o factor VIII.
3- ¿QUÉ PROBLEMAS PUEDE PRODUCIR EL USO DE TRANSGÉNICOS?
Los problemas que puede conllevar el uso de transgénicos son:
Sanitarios: consumir ADN de los organismos transgénicos puede tener efectos secundarios
desconocidos. No se conocen bien sus efectos para nuestra salud porque no se han estudiado
suficientemente. Se desconocen también los efectos a largo plazo, de las nuevas proteínas
obtenidas, sobre todo, si tienen propiedades insecticidas.
Manipular virus y bacterias patógenos es muy peligroso, se crean seres vivos incontrolados
que pueden llegar a afectar a nuestra propia especie.
Cuando se utilizan genes de bacterias que manifiestan resistencia a distintos tipos de
antibióticos, existe el peligro de que se extiendan bacterias resistentes a las que no podamos
atacar con los antibióticos..
Ecológicos:
1-Por un lado, la introducción de transgénicos en un hábitat puede provocar la extinción de
especies naturales que se encuentren alrededor y contaminar los cultivos ecológicos. Con ello
se pierde la diversidad genética.
2-Al manipular las especies, se altera el orden de la naturaleza pues en lugar de plantarse
especies diferentes para producir un alimento, se tiende a obtener una sola y hacer
monocultivo, justo lo contrario de la diversidad biológica natural. La diversidad biológica es
necesaria y ha sido la manera de luchar frente a las plagas pues unas especies mueren pero
otras son resistentes. El monocultivo hace que las cosechas sean vulnerables a
enfermedades. Ejemplos de ello son:
*Las patatas se trajeron del Nuevo Mundo y pronto se convirtieron en parte importante
de la dieta de los europeos. En 1845, en Irlanda, apareció una plaga que se prolongó durante
varios años y que supuso la muerte de más de un millón de personas. Muchas tuvieron que
emigrar a Norteamérica.
*Algo parecido ocurrió con la roya del café, una enfermedad que devastó los cafetales
de la India y de Ceilán en 1870. Posteriormente el arroz, el maíz y el trigo han sufrido
desastres de este tipo por la propensión a plantar monocultivo.
Esta tendencia se está intensificando y está causando la pérdida de diversidad genética en la
Tierra. Los parientes silvestres de los actuales tomates, maíz, cacahuetes, judías, pimienta,
calabaza y cacao están desapareciendo.
Además, con la destrucción de de la selva (para monocultivos), estamos perdiendo en estos
momentos 27.000 especies vegetales y animales al año. Se trata de una de las grandes extinciones
de la historia de la tierra. El 97% de las variedades de los 77 vegetales que se cultivan en EEUU
se han extinguido. Sólo diez variedades constituyen hoy la cosecha de trigo en el país y sólo seis,
de la de maíz. En la India los agricultores cultivaban más de 30.000 variedades tradicionales de
arroz hace cincuenta años, ahora diez variedades modernas abarcan más del 75% del arroz.
Legales. Las empresas de
semillas patentan la nueva
variedad conseguida mediante la
adición de genes y en muchos
casos, las hacen estériles, de tal
forma que el agricultor no puede
aprovechar los frutos
conseguidos para obtener
semillas. Se llegan a patentar
especies autóctonas. También se
patentan genes humanos.
En la página 41 se describen los PROBLEMAS QUE PUEDE ORIGINAR LA BIOTECNOLOGÍA, en
general. Añade a éstos problemas de los transgénicos, las implicaciones éticas y sociales que
tiene este tema, entre las que se encuentra también la explotación de recursos del tercer
mundo sin que a cambio les lleguen las ventajas de esta tecnología.
2.III
TERAPIA GÉNICA
Consiste en manipular genéticamente células enfermas a causa de un gen defectuoso para que
ellas mismas puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la
enfermedad.
Con la ayuda de un vector
adecuado, se introduce el gen
correcto en la célula enferma y
éste gen se integra en su ADN.
Hay dos maneras de realizar la terapia
génica:
1-In vivo- se introduce directamente
el vector con los genes deseados, en el
organismo del paciente.
2-Ex vivo- se extraen del paciente
células con genes defectuosos y , en el
laboratorio, se les introduce los
vectores con los genes deseados. Las
células transformadas se introducen
en el paciente.
En el año 2002 se produjo el primer éxito
importante de la terapia génica, corrigiéndose una
inmunodeficiencia congénita en dos niños que se
habían visto obligados a vivir en una burbuja estéril
durante los primeros meses de su vida
Hoy se trabaja marcando genéticamente a las
células tumorales de un cáncer para que el
organismo las reconozca como extrañas y pueda
luchar contra ellas.
4-CLONACIÓN
Llamamos clon a un grupo de células u organismos idénticos. Son iguales
porque proceden de un organismo que se ha reproducido asexualmente.
La clonación puede definirse como el proceso por el que se consiguen
copias idénticas de un organismo ya desarrollado, de forma asexual.
Se puede clonar un organismo, una célula o una molécula.
En las primeras etapas de la vida de todo embrión, las células que lo constituyen no tienen
unas características concretas, están poco especializadas, pero por eso mismo tienen mucha
potencialidad: son capaces de transformarse en cualquier tipo celular. Se llaman
pluripotenciales y se reproducen a gran velocidad.
Hay dos tipos de clonación:
4.1.Clonación reproductiva- consiste en obtener un nuevo ser genéticamente idéntico a otro, como
fue el caso de la oveja Dolly, en la que se obtuvo una oveja genéticamente idéntica a su madre, por
reproducción asexual, sin intervención de gametos o sea, sin padre y madre.
4.2.Clonación terapéutica, dirigida a tratar enfermedades.
4.1 Clonación reproductiva: el nacimiento de Dolly
En 1997 se clonó el primer
mamífero, la oveja Dolly.
(Tienes la explicación en
tus apuntes y en la pág.40).
La técnica recibe el
nombre de
Transferencia nuclear
pues consiste en lo
siguiente:
Oveja que se va a clonar,
.
progenitora de Dolly
A- De una oveja se
cogen óvulos y se les
quita el núcleo porque
no nos interesa su ADN
sino sólo el citoplasma
del óvulo.
Se utiliza el óvulo por ser es una célula capacitada para el desarrollo embrionario. Su
citoplasma es el entorno adecuado para que el núcleo se divida y dé un embrión. Las células
adultas no pueden hacerlo.
B- Se cogen células de la oveja adulta que se quiere clonar porque es su ADN el que nos
interesa. Esas células se extrajeron de la mama y se pusieron en cultivo en el laboratorio.
C- Se fusiona la célula mamaria con el óvulo sin núcleo, de manera que se logra que el óvulo
reciba el núcleo de la célula mamaria. De esta manera, hemos reprogramado el núcleo de la
célula adulta pues esta célula resultante tiene la capacidad de formar un embrión como si
fuera un cigoto. Sin embargo no ha habido fecundación, es una reproducción asexual.
D- Esa célula que se transformó en un embrión
unicelular, comenzó el sofisticado programa embrionario,
de manera idéntica al que se obtiene por la fusión de un
óvulo y un espermatozoide.
Tras unos días de crecimiento in vitro, el embrión se
implantó en el útero de una tercera oveja (madre de
alquiler) y 148 días después nació Dolly, una oveja
genéticamente idéntica a la de partida.
El proceso de obtención de Dolly fue muy costoso, y en la actualidad
no se ha mejorado mucho. Dolly fue el único resultado positivo de
277 intentos, a partir de los cuales se consiguieron 29 embriones,
muchos de estos no llegaron a desarrollarse y otros murieron al poco
de nacer. Sin embargo, demostró que hay más de un modo de
obtener nuevos animales. Por un lado tendríamos la
reproducción natural, que es sexual y que produce diversidad; y, por otro, la clonación: una
reproducción artificial, asexual, y que da lugar a individuos idénticos.
Las aplicaciones de la clonación reproductiva
Se utilizan para mejora en ganadería y pueden servir para conservación de especies en
peligro. No se plantea para el ser humano y está prohibida.
Poco después de Dolly, se “fabricó” a Polly, oveja clonada con genes humanos y que abrió el
camino a producir mamíferos clonados que serán fábricas de fármacos, de órganos etc.
4.2 CLONACIÓN TERAPÉUTICA: OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE – En este punto
abordaremos la clonación humana y sus implicaciones éticas.
La clonación terapéutica tiene como objetivo tratar enfermedades y realizar trasplantes.
En esta clonación se necesitan células madre, que son células no diferenciadas (como las
embrionarias) que pueden dividirse indefinidamente y originar otros tipos de células como
nerviosas, sanguíneas etc. Las células madre pueden curar enfermedades cuando se
introducen en un órgano enfermo. A esto se le llama terapia celular y consiste en utilizar
células madre sanas para reemplazar con ellas las células enfermas, en lugar de trasplantar el
órgano entero, que es muy complicado.
Las células madre se pueden obtener de las maneras siguientes:
4.2.1 – Células madre de embriones humanos procedentes de fecundación –
En el año 1998, en Estados Unidos
publicaron la obtención de células
madre embrionarias a partir de
embriones humanos que procedían
de la fecundación in vitro. De los
embriones de 5-6 días tomaron
masas celulares internas
(destruyéndolos en el proceso) y
las pusieron en cultivo.
Consiguieron que esas células,
llamadas células madre
embrionarias, viviesen y se
dividieran activamente en
cultivo. También lograron una
especialización dirigida de esas
células: tratándolas con
diferentes factores
consiguieron que dieran lugar a
células tipo piel, tipo tubo
digestivo o tipo músculo.
Esta técnica plantea serios problemas éticos y legales por la provocación de abortos.
La publicación de la existencia de Dolly levantó inmediatamente un debate sobre la posibilidad de
clonar personas. La clonación humana sería posible desde un punto de vista técnico, aunque haya
factores limitantes (principalmente el número de óvulos necesarios: hicieron falta más de 400 para
conseguir a Dolly). El debate, por tanto, se sitúa en un contexto ético: ¿Es conveniente? ¿Para qué
clonar un ser humano? ¿Podemos manipular un embrión humano? Además, nacería con malformaciones.
4.2.2 - Células madre de embriones humanos obtenidos por transferencia nuclear o
CLONACIÓN HUMANA CON FINES TERAPÉUTICOS.
Cualquier célula del organismo adulto puede servir teóricamente para obtener un nuevo ser vivo de las
mismas características, ya que todas las células tienen, en su núcleo, todo el ADN o información
genética del organismo.
Sin embargo, hay un problema pues, en el
organismo adulto, las células somáticas se han
especializado y pierden la capacidad de formar
otro tipo de células. Cuando se reproducen, si lo
hacen, sólo producen células del
mismo tipo que ellas.
Este problema se ha superado
reprogramando una célula
cualquiera y transformándola
en embrionaria, de manera
parecida a la de Dolly. Se trata
de una clonación humana con
fines terapéuticos.
Consiste en tomar una célula
cualquiera del cuerpo y, como
aparece en la imagen, se
introduce su núcleo en el
citoplasma de un óvulo sin
núcleo. Cuando se forma el
embrión, se extrae de él las
células madre que se pueden
trasplantar al órgano enfermo.
En esta imagen aparece el mismo proceso con la obtención final de los tipos celulares
Célula
somática
Óvulo sin núcleo
TRANSFERENCIA NUCLEAR
Célula
somática
Óvulo sin núcleo
Células embrionarias
TRANSFERENCIA NUCLEAR
Células embrionarias
Células pancreáticas
sangre
corazón
neuronas
La persona no rechaza
el trasplante porque esas
células llevan sus genes.
hígado
En la imagen aparecen tres caminos para la obtención de células
madre. 1- a la izda 2-en medio(subrayado) 3. derecha
1.1-se fecundan
los gametos
1.2-el cigoto
se reproduce
y forma un
embrión
1.3-se extrae una
célula interna y
se pone en un
medio de cultivo
2.1-se extrae una célula
adulta del donante y se pone
en un medio que la
transforme en no
diferenciada
3- Las células de MÉDULA
ÓSEA son células madre
2.2-se extrae el
núcleo de un óvulo
2.4-Se induce la
división del óvulo
que tiene los genes
del donante
2.5-Se forma un embrión con
células madre que tienen los genes
del individuo donante para usarse
sin que sean rechazadas por él.
2.3- Se fusiona la
célula adulta con
el óvulo sin núcleo
3.1-la célula madre es
extraida de la médula ósea
del donante y se pone en
medio de cultivo
3.2- las células se
dividen y tenemos
una línea de células
madre pluripotentes
1.4-la célula se divide y
da lugar a una línea de
células madre
pluripotenciales,
4.2.3- Células madre de origen no embrionario.
Se ha descubierto que en el cuerpo humano existen células menos especializadas que podrían
funcionar como células madre y dar lugar a otros tipos de células, cuando se ponen en cultivo
y se tratan con diversos factores. Las células madre se encuentran en el adulto en la médula
ósea, el sistema nervioso y órganos diversos. Por ejemplo, a partir de células de médula
ósea se han conseguido células de músculo, hueso, células nerviosas, hepatocitos (hígado) etc.
Estos tejidos tienen células con características embrionarias, es decir, son poco
diferenciadas y con un tratamiento pueden producir tejidos sanos para trasplantes.
Es una alternativa a la a la clonación humana que no presenta objeciones éticas tan serias
Porque se evitan los problemas éticos y legales, ya que no hay una nueva vida implicada.
También pueden obtenerse células madre del cordón umbilical y de la placenta del recién
nacido. la placenta y cordón umbilical proceden del embrión y sus células tampoco provocarían
rechazo.
¿Y las implicaciones éticas de la destrucción de embriones?
Los embriones que se destruyen son embriones que implantados en el útero de una mujer
darían lugar a un niño porque el proceso de clonación es idéntico sean cuales sean sus fines
(reproductivos o terapéuticos). Salta a la vista que el término “terapéutico” aplicado a este
proceso es equívoco: es terapéutico para un ser humano, pero a costa de la vida de otro.
En definitiva: hay muchas vías terapéuticas que van haciéndose posibles por el desarrollo de
la ciencia y que no vulneran el respeto debido a la vida humana en todas las fases de su
desarrollo. Es deber de todos defender la vida humana y fomentar que se canalicen los
esfuerzos de la investigación hacia lo que son verdaderos avances.
Uso de células madre
Regeneración de tejidos.
Terapia génica.
Experimentación de medicamentos sobre tejidos.
Avance en investigación sobre cáncer y otras enfermedades.
Otros problemas de la clonación
Desde el punto de vista técnico, los animales clonados también han presentado problemas:
además de presentar un porcentaje mayor de malformaciones, padecen con frecuencia un
síndrome que se manifiesta en que su tamaño es mayor de lo normal, y que tiene
consecuencias negativas para su salud y desarrollo.
5-El proyecto genoma humano.
Lee la p.42 y resume este tema.