ADN Recombinante: La Revolución de la Ingeniería Genética

La **manipulación del ADN** es una práctica ancestral. Ejemplos claros son la selección de vacas lecheras o gallinas ponedoras de huevos, procesos que, aunque efectivos, eran imprecisos y requerían mucho tiempo para obtener resultados deseados. Hoy en día, el **conocimiento genético** avanzado nos permite manipular el ADN de manera precisa, provocando **cambios drásticos** en los individuos en un corto período. Estas técnicas se engloban bajo el término **tecnología del ADN recombinante**, constituyendo la **ingeniería genética**, que nos faculta para manipular y modificar el material genético.

Herramientas Moleculares para la Ingeniería Genética

La ingeniería genética se apoya en un conjunto de herramientas moleculares esenciales:

1. Materias Primas Moleculares

• ADN
• Nucleótidos trifosfato de ADN
• ARNm transcrito del ADN
• Oligonucleótidos que actúan como cebadores

2. Diversas Enzimas

Enzimas como las **polimerasas** y **primasas** son cruciales para construir nuevas moléculas de ADN. Permiten unir fragmentos de ADN, incluso aquellos que provienen de diferentes fuentes, como la inserción de un fragmento de un gen propio de un individuo en el genoma de otro de diferente especie.

Etapas Clave en la Obtención de ADN Recombinante

• A. Obtención del ADN a Recombinar: Se realiza mediante enzimas **endonucleasas**, que cortan fragmentos de ADN en sitios específicos. Alternativamente, se puede crear ADN a partir de ARNm mediante **transcripción inversa** utilizando **retrotranscriptasas**. El ARNm eucariota, al codificar para una proteína, permite obtener un ADN complementario (ADNc) formado únicamente por exones, listo para ser insertado en un vector. También es posible crear ADN sintético añadiendo nucleótidos a una cadena en formación, o deducir la secuencia de un gen a partir de la secuencia de aminoácidos de una proteína mediante transcripción y traducción inversas.
• B. Separación de Fragmentos: Los fragmentos de ADN generados se separan mediante **electroforesis**.
• C. Incorporación en un Vector: Los fragmentos de ADN se unen a un **vector de clonación** utilizando enzimas **ligasas**.

3. Vectores de Clonación

Los **vectores de clonación** son moléculas que transportan el ADN de interés y permiten su **replicación** dentro de un organismo huésped. Son pequeños y poseen un **origen de replicación** que inicia el proceso. En procariotas, destacan los **plásmidos bacterianos** y los **bacteriófagos**. En eucariotas, se utilizan virus modificados o fragmentos de ADN como los **cromosomas artificiales de levadura (YACs)**.

4. Célula Huésped

Son las células receptoras del ADN manipulado, donde este se replicará.

Técnicas de Manipulación Genética

1. Localización de Genes mediante Hibridación

Permite identificar la ubicación de un gen específico en el genoma. Si conocemos el ARNm que codifica para una proteína, esta molécula o su ADNc complementario se utilizan como **sonda** para hibridar con el ADN genómico. La formación de una doble hélice en un fragmento específico indica la localización del gen. Destacan la **hibridación de colonias** y la **hibridación de Southern**.

2. Secuenciación del ADN

Técnicas para determinar el orden exacto de las bases nitrogenadas en un fragmento de ADN. Esto permite deducir la secuencia de aminoácidos de las proteínas y establecer relaciones entre ambas. Es fundamental para el estudio de organismos, incluyendo insectos y humanos.

3. Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

La **PCR** es una técnica revolucionaria que permite **amplificar exponencialmente** pequeñas cantidades de ADN. Utiliza la enzima **ADN polimerasa** para generar millones de copias de una hebra de ADN. El proceso implica la desnaturalización de la doble hélice, la unión de **cebadores** (oligonucleótidos) a secuencias específicas, y la extensión de estos cebadores por la ADN polimerasa utilizando nucleótidos trifosfato. La repetición cíclica de este proceso conduce a una amplificación masiva. La PCR se utiliza en estudios filogenéticos, medicina forense y diagnóstico.

Clonación Molecular: Creando Copias Idénticas

La **clonación molecular** consiste en la obtención de múltiples copias idénticas de un gen o fragmento de ADN utilizando técnicas de ingeniería genética. Las fases principales son:

1. Aislamiento y Obtención del Gen a Clonar: Generalmente se emplean enzimas **endonucleasas de restricción**.
2. Amplificación del ADN a Clonar: Se utiliza la **PCR** para aumentar la cantidad del gen de interés.
3. Selección de un Vector de Clonación: Se eligen moléculas de ADN autorreplicativas como **plásmidos bacterianos**, ADN de ciertos virus o cromosomas artificiales de levadura (YACs).
4. Fabricación de ADN Recombinante: El gen a clonar se inserta en el vector mediante la acción de **ligasas**, formando el ADN recombinante.
5. Selección de un Organismo Huésped: Se eligen células no patógenas y estables que puedan incorporar ADN ajeno sin alterar su metabolismo y que posean un crecimiento rápido (ej. bacterias, levaduras).
6. Introducción del Vector al Huésped: Se utilizan técnicas como la **transformación bacteriana** o la **transducción viral**.
7. Cultivo y Selección de Células Recombinantes: Se cultivan las células que han incorporado el vector para obtener colonias de células idénticas que portan el gen clonado. Las células recombinantes se identifican, seleccionan y cultivan, mientras que las no deseadas se eliminan.
8. Producción de la Proteína Recombinante: Una vez aisladas las células, se induce la **expresión del gen clonado** para producir la proteína deseada, que luego se aísla y purifica.

Principales Diferencias en la Clonación

• Obtención del Gen: Puede ser a partir de ADNc (complementario al ARNm) o sintetizando la secuencia de ADN a partir de una proteína conocida.
• Selección del Vector: Los vectores deben ser capaces de insertarse en el ADN huésped. Se utilizan **retrovirus** (con genes de virulencia eliminados), **plásmidos** (en plantas), y **cromosomas de levadura** (YACs) como contenedores de genes.
• Selección del Organismo Huésped: En animales, para que el gen se exprese en todas las células, se debe insertar en **células reproductoras o embrionarias**. Para expresión en tejidos específicos, se usan **células somáticas**. Las **levaduras** son útiles por sus mecanismos de transcripción y traducción. Las **células vegetales** permiten obtener plantas completas a partir de células clonadas.
• Introducción del Vector en el Huésped: Se emplean diversas técnicas:
  • Microinyección: Inyección directa de ADN en el núcleo celular con capilares finos (común en animales transgénicos).
  • Pistolas de Genes (Biolística): Inyección de microproyectiles recubiertos de ADN en las células.
  • Electroporación: Creación de poros temporales en la membrana celular mediante pulsos eléctricos para facilitar la entrada de ADN.
  • Liposomas: Vesículas lipídicas que encapsulan el ADN y lo transfieren al interior de la célula.

Aplicaciones de la Ingeniería Genética

La ingeniería genética, mediante la manipulación del genoma, tiene aplicaciones vastas en investigación y biotecnología:

• Mutagénesis Dirigida: Inducción de mutaciones específicas en secuencias génicas para estudiar su función.
• Amplificación de la Síntesis de Proteínas: Incremento de la producción de proteínas que se generan en cantidades pequeñas.
• Construcción de ARN Sintético: Mediante transcripción in vitro.
• Construcción de ADN Sintético: Incluyendo ADNc y ADN recombinante.
• Obtención de Genotecas: Colecciones de fragmentos de ADN (o ADNc) insertados en vectores y almacenados para su uso posterior.

Aplicaciones Médicas

• Producción de Proteínas Recombinantes: Como **interferón** e **insulina**, producidas en grandes cantidades mediante ADN recombinante o animales transgénicos.
• Producción de Vacunas Recombinantes: Utilizan secuencias genómicas que codifican para **antígenos**, reemplazando microorganismos completos. Permiten inmunizar contra múltiples patógenos en una sola vacuna.
• Diagnóstico de Enfermedades Genéticas: Mediante el análisis de ADN o genes específicos.
• Terapia Génica: Reparación o sustitución de genes causantes de enfermedades genéticas para corregir el defecto y curar la patología.
• Obtención de Organismos Transgénicos: Creación de animales con órganos o tejidos **humanizados** para estudiar enfermedades o para trasplantes.

Aplicaciones Agrícolas

La clonación de ADN permite:

• Obtener **plantas resistentes** a herbicidas, insectos e infecciones.
• Mejorar características del producto para el consumo humano (ej. mayor tamaño, aspecto más atractivo).
• Desarrollar plantas que sinteticen sustancias con aplicación comercial o médica (ej. anticuerpos, plásticos).

Aplicaciones Ganaderas

La obtención de animales transgénicos ofrece un gran potencial económico:

• Incrementar el engorde del ganado: Modificando el genoma para aumentar la masa muscular o la producción de leche de forma natural.
• Mejorar la resistencia a enfermedades.
• Obtención de animales clónicos: Como el caso de la oveja **Dolly**, clonada a partir de una célula somática.

Proyecto Genoma Humano

Iniciado a finales de los 80, el **Proyecto Genoma Humano** buscó determinar la secuencia completa del ADN humano, crear un mapa cromosómico y establecer relaciones estructurales y funcionales entre cromosomas, genes y proteínas. Concluyó en 2003 con hallazgos clave:

• El genoma humano contiene aproximadamente 3 mil millones de pares de bases, con solo un 0.1% de diferencia entre individuos.
• Contiene alrededor de 30,000 genes codificadores de proteínas, que representan solo el 10% del ADN total.

Aspectos Éticos de la Manipulación Genética

La **Declaración Universal sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos** (UNESCO, 1997) busca proteger la dignidad y salud de las personas frente a intereses comerciales. Destaca:

• Oposición a la **comercialización del genoma humano**.
• Derecho a la **protección de la información genética individual**.
• Prohibición de la **clonación reproductiva humana**, aunque se permite la clonación de tejidos con fines terapéuticos.
• Aplicación de principios éticos basados en la **libertad y dignidad individual**.

La Unión Europea ha regulado la patentabilidad de elementos aislados del cuerpo humano, siempre que sean producidos mediante procedimientos técnicos artificiales.

Futuro del Proyecto Genoma Humano y la Proteómica

El futuro se centra en:

• Identificar la totalidad de las **proteínas codificadas** (proteoma) y sus funciones.
• Comprender la complejidad del **mapa de proteínas**, que supera al del genoma.
• Analizar la **variabilidad proteica** en distintos tejidos y estados metabólicos, así como las modificaciones post-traduccionales.
• Determinar la **estructura tridimensional** de las proteínas, crucial para su función.
• Estudiar las **interacciones proteicas** para comprender procesos biológicos complejos.
• Perfeccionar técnicas para comparar proteínas en células normales y patológicas, relacionándolas con enfermedades.

La **proteómica**, combinada con otras ramas de la biología, tiene un enorme potencial para desentrañar el funcionamiento de los sistemas biológicos.

Etiquetas: ADN recombinante, Célula huésped, clonación molecular, ingeniería genética, vectores de clonación