Introducción a la Ingeniería Genética

La Ingeniería Genética, también conocida como tecnología del ADN recombinante, consiste en fabricar y manipular fragmentos de ácidos nucleicos y genes que, posteriormente, se introducen en células de organismos de cualquier especie, utilizando diferentes tecnologías de edición genética, con el objetivo de modificar su información genética de la forma deseada.

Conceptos Fundamentales en Ingeniería Genética

OGM (u OMG)

Organismos Genéticamente Modificados. Son organismos cuyo material genético ha sido modificado mediante técnicas de ingeniería genética.

Organismo Transgénico

Organismo que posee, en su material genético, ADN de una especie diferente. Se desarrolla a partir de una célula en la que se ha introducido un fragmento de ADN exógeno, integrándolo en su genoma. Es uno de los diversos tipos de OGM.

Tecnología del ADN Recombinante

Conjunto de técnicas que permiten unir fragmentos de ADN de diferentes fuentes.

ADN Recombinante

Fragmento de ADN obtenido artificialmente por la unión de dos o más fragmentos de orígenes distintos (generalmente de organismos diferentes, como la unión del gen de la insulina humana a un plásmido bacteriano).

Microorganismo Recombinante

Aquel cuyo material genético ha sido modificado mediante la tecnología del ADN recombinante.

Enzimas de Restricción

Endonucleasas, es decir, enzimas capaces de romper los enlaces fosfodiéster entre los nucleótidos. Su utilidad deriva de su gran especificidad: reconocen secuencias de ADN concretas, de cuatro a ocho bases, denominadas sitios de reconocimiento o de restricción, y cortan ambas cadenas.

Sitios de Restricción

Suelen ser secuencias palindrómicas (se leen igual de derecha a izquierda que de izquierda a derecha) y actúan como dianas para las enzimas de restricción.

Inserto

Gen de interés que se desea clonar.

Vector de Clonación

Molécula de ADN a la que se une el inserto y que facilita su entrada en las células hospedadoras y la posterior replicación.

Herramientas Clave en Ingeniería Genética

Enzimas de Restricción

Se utilizan para cortar el inserto y el vector, de modo que queden ambos con extremos cohesivos.

Enzima ADN Ligasa

Une definitivamente el vector y el inserto.

Células Hospedadoras

Aquellas en las que se producirá la replicación del ADN recombinante.

Clonación de ADN y Vectores

La Clonación de ADN es la generación de muchas copias idénticas de un fragmento concreto de ADN. Esto es posible gracias a la técnica del ADN recombinante, para lo cual se utilizan vectores de clonación.

Tipos de Vectores de Clonación

Vectores Génicos

Moléculas de ácidos nucleicos que sirven para introducir determinados genes o fragmentos de ácidos nucleicos en una célula. El material genético a introducir y el vector deben tener extremos cohesivos, formándose entre ellos un ADN recombinante.

Bacteriófagos o Fagos (Ácidos Nucleicos Virales)

Se utilizan cuando el fragmento de ADN que se desea clonar es de mayor tamaño que el que puede transportar un plásmido.

Plásmidos

Moléculas de ADN circular de doble cadena, extracromosómicas, presentes en las bacterias, que se replican independientemente del cromosoma principal. Puede haber múltiples copias en una célula. Presentan genes de resistencia a antibióticos que actúan como marcadores y facilitan la detección y selección de los clones que los contienen. En la naturaleza, se transmiten de una bacteria a otra por conjugación (a través de los pili); en el laboratorio, pueden introducirse en las bacterias por transformación.

Cromosomas Artificiales

Permiten clonar grandes segmentos de ADN eucariota. Por ejemplo, los YAC (Yeast Artificial Chromosomes o Cromosomas Artificiales de Levaduras), que son previamente preparados, eliminando y añadiendo ciertas partes.

Células Hospedadoras Ideales

Deben ser de crecimiento rápido, no patógenas y favorecer la entrada del ADN recombinante. Las más utilizadas son células procariotas como Escherichia coli o Bacillus subtilis, o bien células eucariotas como la levadura Saccharomyces cerevisiae.

Técnicas Avanzadas de Edición Genética y Amplificación

La Tecnología CRISPR o CRISPR-Cas9

CRISPR

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.

Proteína Cas9

Es una endonucleasa, una enzima que corta la cadena de ADN, actuando como unas tijeras moleculares.

Cebador, Primer o Sonda

Secuencia de ADN sintetizada para proporcionar un punto de partida a la ADN polimerasa (recordemos que las ADN polimerasas no pueden iniciar una cadena, solo continuar una ya existente, por lo que requieren un cebador).

Funcionamiento de CRISPR-Cas9

Descubiertos sus principios en 2012 y considerada por la revista Science como el principal avance científico del año 2015, esta tecnología permite editar el ADN de cualquier célula de forma sencilla. Consiste en utilizar herramientas que se dirigen a una zona específica del ADN y la cortan, para posteriormente modificar algún aspecto de esa parte del material genético (eliminar o introducir genes).

Las siglas CRISPR proceden del inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, que se traduce como Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Interespaciadas. Cas hace referencia a una endonucleasa, una enzima que corta el ADN. Esta tecnología deriva de la función natural de esas secuencias repetitivas descubiertas en bacterias.

Originalmente, estas secuencias repetitivas están presentes en el ADN de bacterias y constituyen un sistema inmunitario en procariotas, protegiéndolas de agentes externos como bacteriófagos y plásmidos. La protección consiste en que estas secuencias sirven para reconocer el ADN de los agentes infecciosos (ya que han sido adquiridas en una primera infección) y dirigir una endonucleasa para que lo destruya, evitando así la infección.

Esta tecnología se está utilizando para la edición de genes, constituyendo actualmente la herramienta más potente para ello. Mediante el uso de ARN guía y la nucleasa Cas, permite eliminar o introducir genes en una célula. La proteína Cas9 es una endonucleasa, una enzima que corta la cadena de ADN, actuando como unas tijeras moleculares. Para que Cas9 se dirija al lugar del ADN elegido y lo corte, se le une un ARN guía. Cas9 se dirigirá así, guiada por el ARN, al lugar exacto del ADN y lo cortará, permitiendo después eliminar o introducir genes.

Aplicaciones de CRISPR-Cas

Las aplicaciones de CRISPR-Cas son amplísimas, ya que podría utilizarse en casi cualquier situación en la que se necesite modificar el material genético. En terapia génica, se podrían corregir enfermedades de base genética y combatir el cáncer. En agricultura y ganadería, se podrían generar variedades equivalentes a las de los transgénicos. En el control de la transmisión de enfermedades, se podrían modificar rápidamente poblaciones enteras, por ejemplo, de mosquitos, para que no transmitan enfermedades como la malaria. En investigación, ya permite estudiar enfermedades humanas en modelos animales.

Entre las aplicaciones presentes y futuras se incluyen:

• Obtener células madre con diferentes características.
• Animales y plantas modificados genéticamente destinados a la investigación o a la industria agroalimentaria.
• Eliminación de mutaciones en embriones.
• Producción de nuevos fármacos.
• Tratamiento de enfermedades humanas.

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR): Concepto y Aplicaciones

PCR: Polymerase Chain Reaction (Reacción en Cadena de la Polimerasa). Su objetivo es obtener muchas copias de un segmento específico de ADN. Para ello, se utiliza la ADN polimerasa, una enzima que replica el ADN. De esta manera, a partir de una pequeña cantidad de ADN, se consigue material suficiente para diversas aplicaciones.

Sus principales aplicaciones son:

• Identificación de personas (pruebas forenses, de paternidad).
• Detección de bacterias o virus patógenos (diagnóstico de enfermedades infecciosas): Si el ADN a identificar está presente en la muestra, se amplificará y se detectará, lo que indica un resultado positivo.
• Diagnóstico de trastornos genéticos.

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