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1 [ Principal ] [ contenido ] [ introducción ] [ ciclo celular ] [ divisiones celulares ] [ ciclos de vida ] [ mendel ] [ otras relaciones alélicas ] [ ligados ] [ sexo y herencia ] [ interacción ] [ estructura ] [ mutaciones ] [ cuantitativa ] [ análisis cuantitativo ] [ mejoramiento ] [ selección ] [ endogamia y heterosis ] [ poblaciones ] [ citoplásmica ] [ probabilidad ] [ huellas ] [ terapia génica ] [ genoma humano ] [ clonación ] [ biotecnología ] [ bioprospección ] [ problemas ] [ respuestas ] [ glosario ] [ bibliografía ] [ contacto ] Introducción. ADN - recombinante. Técnicas de clonación de ADN. Plásmido Ti para introducir genes en plantas. Biotecnología genética. Transgénicos. Descargas. INTRODUCCION La biotecnología la podríamos definir como una técnica que emplea organismos vivos para crear o modificar un producto, mejorar plantas o animales o desarrollar microorganismos con fines específicos. Por otro lado, debemos dividir la biotecnología en los distintos sectores de aplicación: alimentario, vegetal, animal, farmacológico, ambiental. Esto no es algo nuevo y como se puede observar en tabla sobre los tipos de procesos biotecnológicos, muchos productos alimenticios tradicionales se obtienen desde hace mucho tiempo a través de procesos fermentativos, o sea, utilizando a microorganismos como mediadores de procesos. Se pueden encontrar desde productos tradicionales como el pan y el vino y más modernos como aminoácidos, vitaminas, antibióticos, etc. con aplicaciones en farmacología humana y también en la producción animal, hasta fitohormonas, inóculos para semillas y suelos, con amplia difusión en la agricultura desde hace mucho tiempo. Desde productos del metabolismo microbiano utilizados para la síntesis química y como combustible hasta microorganismos para la depuración de las aguas, del aire y para la eliminación de residuos, etc. ADN - RECOMBINANTE Como ya hemos visto cuando tratamos la estructura y función del material hereditario, la célula viviente tiene la capacidad de realizar la síntesis de proteínas, siguiendo las instrucciones que lleva codificada en su ADN. Es así que dependiendo del gen que estemos tratando se va a producir la proteína determinada para la cual ese gen tiene las instrucciones necesarias. La información se encuentra a lo largo de la molécula de ADN y la característica de la proteína que se sintetizará dependerá del orden en que se encuentre la secuencia de nucleótidos A,T,G y C. Para realizar la síntesis, la célula primero copia la secuencia de nucleóticos del ADN en una molécula de ARN mensajero que es complementaria al filamento de ADN que le sirvió como molde. Una vez realizado este proceso llamado transcripción, el ARN sale del núcleo y va al citoplasma donde se realiza la traducción en los ribosomas. O sea, se lee la información que trae el ARN m y se sintetiza la proteína con la ayuda de los ARN t que, leyendo los codones unen los aminoácidos correspondientes hasta que arman la proteína específica. Las bacterias, por otro lado, también poseen la información para la síntesis de las proteínas en una molécula de ADN continuo, o sea, no contiene intrones y esones, y además posee unos corpúsculos llamados episomas o plásmidos de ADN circular y de replicación autónoma. 1 of 7 16/03/ :59 p.m.

2 Cómo hacer para que la bacteria produzca la proteína del gen eucariótico que nosotros queremos? En primer lugar deberíamos insertar de algún modo el gen eucariótico para una determinada proteína, por ejemplo, la insulina, en el cromosoma bactérico o mejor dicho en el cromosoma del plásmido (ver genética citoplásmica y plásmidos T i ) de la bacteria y entonces cuando la bacteria se multiplique también lo hará "nuestro" gen y la bacteria producirá la proteína por nosotros. Existen un tipo especial de enzimas, llamadas endonucleasas de restricción. Estas enzimas tienen la particularidad de cortar la secuencia de nucleótidos en sitios determinados. Cada enzima reconoce una determinada secuencia y corta cada filamento de ADN entre las bases de esa secuencia. Por ejemplo, la endonucleasa de restricción EcoRI identifica una secuencia GAATTC y corta esa secuencia entre la G y la A produciendo dos extremidades que tendrán un solo filamento y complementarios. CCCTTAACCAA GAATTC ATGGCCA GGGAATTCCTT CTTAAG TACCGGA... G AATTC CTTAA G... Algunas otras enzimas de restricción, como por ejemplo la HaeIII reconoce una secuencia GGCC y corta entre la G y la C del medio produciendo dos extremos que no son complementarios. Siguiendo algunos otros pasos se pueden crear los extremos para la unión de los dos trozos de material genético. Si con estas enzimas cortamos ambos trozos de ADN, el que lleva el gen para la proteína y el cromosoma del plásmido y luego mezclamos los trozos, en presencia de una enzima ligasa, podremos crear nuevas combinaciones de fragmentos de ADN. Habremos así formado lo que se denomina ADN recombinante, o sea un ADN que se habrá formado por la combinación de dos moléculas de ADN diferente. Esta técnica fue presentada por primera vez en el mundo científico internacional en el año 1973, por los biólogos norteamericanos Stanley Cohen y Charles Boyer. TECNICAS DE CLONACION DE ADN Estas técnicas que utilizan al ADN recombinante, que son técnicas de ingeniería genética, nos permiten introducir y mantener un gen no bactérico dentro de una bacteria y formar lo que se denominan clones de ADN. Clonación de ADN entonces significaría el aislamiento de una secuencia de ADN en un organismo simple que al duplicarse forma una gran cantidad de descendientes idénticos entre sí, llamados clones. En las técnicas de clonación, además de la utilización de los plásmidos como vectores podemos utilizar a ciertos virus que crecen en las bacterias y que poseen mucha menor cantidad de genes. Otro punto a tomar en cuenta es que generalmente el gen estructural que queremos clonar es muy difícil de encontrar y además sabemos que el gen será discontinuo e interrumpido por secuencias de ADN que no se transcriben (transcripción). Entonces, si lográramos encontrar el ARN mensajero que corresponde a ese gen, tendríamos toda la información que necesitamos. Sabemos que los distintos tejidos se especializan en proteínas determinadas que les son propias, por lo tanto podemos encontrar el ARN m que corresponde en el órgano que la produce. En nuestro ejemplo de la insulina podemos encontrar el ARN m en las células del páncreas. En los vectores debemos incluir trozos de ADN o de ARN? 2 of 7 16/03/ :59 p.m.

3 Como hemos visto anteriormente deberemos introducir trozos de ADN. A partir de la secuencia simple de ARN m podemos obtener un filamento doble de ADN del gen que queremos clonar. Recordemos que la transcripción era catalizada fundamentalmente por una enzima ADN dependiente - ARN sintetasa, en este caso para recorrer el camino inverso, o sea a partir del ARN sintetizar ADN, existen las transcriptasas inversas, una clase especial de enzimas que a partir de una secuencia de ARN m sintetizan una cadena de ADN denominada en este caso c-adn. Luego de varios pasos donde intervienen distintas enzimas podemos obtener una molécula de ADN a doble filamento. A este punto, tratamos ambos trozos, el plásmido y el c-adn, con la misma enzima de restricción, se mezcla y luego la misma bacteria completa las uniones y así logra formar el plásmido recombinado. Para poder seleccionar aquellos plásmidos recombinados de los que no lo están, se les incorpora al cromosoma plasmídico genes para la resistencia a ciertos antibióticos. De este modo las colonias formadas por plásmidos recombinados sobrevivirán en un medio con el antibiótico a diferencia de aquellas normales que serán eliminadas. PLASMIDO Ti PARA INTRODUCIR NUEVOS GENES EN PLANTAS Un sistema similar al visto anteriormente se utiliza para introducir genes en sistemas vegetales. Los investigadores realizan en laboratorio lo que una bacteria, el Agrobacterium tumefacien realiza en forma natural desde hace millones de años. Esta bacteria, normalmente presente en el suelo, es la responsable de la producción de un tumor en ciertas especies vegetales, como ser tabaco, frutales, ornamentales, etc. en el cuello de la planta. Dicha bacteria posee un plásmido, llamado T i (Tumor inducing) que lleva en su ADN los genes necesarios para que el Agrobacterium tenga propiedades infectivas. En otras palabras, no es la bacteria la causante de la enfermedad, sino el plásmido que lleva dentro. En el mapa genético del plásmido T i podemos observar los sitios donde se encuentran los genes para la inducción de la síntesis de unas sustancias llamadas opinas por parte de la planta infectada, dentro de la región DNA-T o zona de producción del tumor. Fuera de dicha región se encuentran otras zonas especialmente importantes en lo que se refiere a la transferencia a la planta huésped del DNA-T. De acuerdo a lo visto en la sección anterior, si pudiéramos crear un plásmido Ti recombinante introduciendo un trozo de ADN que nos interesa en la región DNA-T del plásmido, podríamos introducir DNA exógeno en la planta a través de la infección con esa cepa de Agrobacterium modificada. Si además, cuando realizamos la recombinación, introducimos un gen para la resistencia a un determinado antibiótico, por ejemplo la kanamicina, cuando realicemos la infeccción de pequeños trozos del vegetal a estudiar, podremos seleccionar aquellos en donde el DNA-T fue incorporado al cromosoma vegetal mediante la observación de las colonias sobrevivientes en un medio conteniendo kanamicina. En esa región de cultivo se formará un callo que posteriormente mediante el tratamiento con hormonas enraizantes y foliares formarán individuos adultos que tendrán genes extráneos. Hemos creado un individuo transgénico. BIOTECNOLOGÍA GENÉTICA Con el trascendente hito del descubrimiento de la estructura de la molécula de ADN (1953) luego se descifró el código genético y, posteriormente, con la aparición de la tecnología del ADN recombinante, o ingeniería genética, se produjo un cambio fundamental en el estudio y en las aplicaciones de la genética y de las biotecnologías. Hemos ido más allá de las técnicas convencionales de mejora genética, hasta alcanzar la capacidad de 3 of 7 16/03/ :59 p.m.

4 4 of 7 16/03/ :59 p.m. producir modificaciones químicas y moleculares específicas del aparato genético de cualquier ser vivo. Actualmente, por técnicas biotecnológicas modernas, mediadas por microorganismos transformados se producen, por ejemplo, insulina, hormonas del crecimiento, interferón y la vacuna contra la hepatitis B. La biotecnología vegetal surge de la combinación de técnicas de propagación vegetativa, cultivo "in vitro" de células y tejidos, genética molecular e ingeniería genética, ampliando el espectro de aplicaciones de las biotecnologías. La técnica moderna del ADN recombinante ofrece la posibilidad de desplazar un gen clonado de un organismo a otro y en el caso de los vegetales, se dice, es mucho más precisa y rápida en la obtención de resultados en comparación con las técnicas tradicionales de mejoramiento vegetal o animal Con todo, la biotecnología no es un sustituto de estas últimas y debe considerarse como complementaria. Es más, el refuerzo de la investigación biológica tradicional es un requisito indispensable para lograr una buena capacidad de investigación biotecnológica. Las especies vegetales ya transformadas por medio de la ingeniería genética son numerosas. La aparición de vegetales transgénicos, o sea portadores de genes de otras especies, con resistencia a plagas y a herbicidas, en el mercado de los alimentos alerta sobre el uso y el manejo de los mismos. En 1996 apareció en el mercado la soja RG (o RR: Roundap Ready), resistente al herbicida de amplio espectro glifosato, a partir, fundamentalmente, de la incorporación en su genoma de genes bacterianos que transfirieron la resistencia. También comenzaron a producirse y comercializarse variedades de algodón, papa y maíz resistentes a plagas como, por ejemplo, el maíz Bt. Estas variedades tienen en común que poseen en su constitución genética un gen proveniente de una bacteria que se expresa en las plantas con la formación de toxinas con propiedades insecticidas destruyendo a los insectos que ocasionalmente las atacaran. Debido a su especificidad y supuesta falta de toxicidad para el consumidor (animal o ser humano) están siendo consideradas ideales para su uso en agricultura y se prevé su incorporación a muchas especies cultivadas más, en los próximos años. Actualmente, la biotecnología se refiere tanto a la biotecnología clásica (o tradicional) como a la moderna (o genética), si bien habría que diferenciarlas para evitar problemas. Esos microorganismos que hasta no hace mucho intervenían en los procesos biotecnológicos como mediadores para la obtención de un producto, ahora son modificados por el hombre para determinados fines, introduciéndoles genes de interés particular y han comenzado a influir decisivamente en nuestra sociedad. Las primeras plantas transgénicas se formaron hace más de 10 años en EE.UU. con la aplicación de la técnica del ADN recombinante con el Agrobacterium. El método más común empleado hasta el momento es el ya visto con el Agrobacterium tumefaciens, pero no todas las especies se ven infectadas por dicha bacteria, se emplea también otra bacteria llamada Bacillus turingiensis. De este modo se modificaron vegetales para la resistencia a plagas animales. Actualmente también se utiliza el sistema de atacar con balas genéticas y con partículas (liposomas) cubiertas por el ADN que se desea transferir a las células vegetales y también humanas.. Existen muchas especies ya manipuladas genéticamente, desde la alfalfa hasta el algodón, arroz, centeno, girasol, lechuga, maíz, lino, papa, soja, tabaco, tomate, trigo y muchas más. Los objetivos que se buscan al modificar estas especies pasa principalmente por el retardo en la maduración de los frutos una vez cosechados, hasta la producción de proteínas, aceites industriales y la

5 5 of 7 16/03/ :59 p.m. resistencia a herbicidas y plagas. La primer planta modificada para resistir una plaga fue creada en Australia, al diseñar una planta transgénica con ADN de un virus que disolvía las tripas del gusano del algodón. Las plantas transgénicas se volvieron altamente resistentes, el ADN del virus se recombinó con el ADN vegetal y los gusanos que se alimentaron de la planta incorporaron ese material en su interior y murieron antes de las 24 horas. La aparición de individuos transgénicos en el mercado de los alimentos alertó sobre el uso y el manejo de los mismos. Las grandes compañías productoras de vegetales transgénicos, como los tomates "larga vida", la soja RR y los maíces Bt, promocionan sus logros científicos para responder a sus promesas de incrementos en la cantidad y la calidad de las cosechas y beneficios en el procesamiento y transporte de los mismos. A mediados del año 1998 la Unión Europea resolvió exigir el etiquetado de los alimentos elaborados con productos transgénicos. En la Argentina existe una regla que controla la formación de nuevos cultivos al decir que los cultivos modificados genéticamente no deben entrañar peligros ni riesgos distintos a aquellos que podrían provocar los cultivos mejorados por los métodos tradicionales. El 25 de julio de 2001 la Comisión Europea presentó el proyecto de ley para los alimentos transgénicos que incluía dos directivas principales: la trazabilidad y el etiquetado. La primera permitiría tener la posibilidad de seguir, hacia atrás, todo el recorrido que tiene un determinado alimento, y la segunda dar la posibilidad de elección de los alimentos, para consumo humano y animal, sabiendo cuales poseen en su composición materias primas genéticamente modificadas. Esta directiva deberá entrar en vigor en el presente 2003 y podría permitir la reapertura del mercado europeo a la comercialización de los productos transgénicos. En la actualidad existen distintas posiciones al respecto: Estados Unidos, Canadá, Argentina y Australia, a favor de la plena liberalización de los alimentos transgénicos. Unión Europea (en general), a favor de la línea de la trazabilidad y del etiquetado de los OGM. La India y muchos Países en Desarrollo, quieren mantener los derechos de propiedad sobre los genes de los vegetales y animales que se encuentran en su territorio. El Japón pide el etiquetado. Con respecto a Brasil, socio de la Argentina en el Mercosur, el mes pasado la ministra de medio ambiente anunció que si bien autorizó que la producción actual de soja sea comercializada, no se permitirán nuevas plantaciones hasta que el Congreso no apruebe leyes al respecto que respeten los intereses estratégicos del país. Actualmente se están llevando a cabo diversos experimentos marcando el ADN transgénico con un marcador, la proteína GFP (green fluorescent protein) que tiene propiedades de emitir fluorescencia verde bajo la exposición de rayos ultravioletas. El seguimiento del destino de los transgenes dentro del ser humano y de los animales que los consumen permitiría responder a, por ejemplo, si el transgen o fragmentos de ADN pueden pasar la barrera intestinal, si pueden integrarse en las células y fundamentalmente si el fragmento se pueda integrar al genoma del huesped y posteriormente ser traducido en la proteína transgénica. En el campo animal, ya existen ovejas, vacas, cabras y cerdos transgénicos con el objeto de fabricar proteínas humanas u otros biofármacos, como por ejemplo, la hemoglobina humana con aplicaciones como sustituyente del plasma humano en las transfusiones, o los factores VIII y IX de la coagulación de la sangre para ser aplicados en el tratamiento de los hemofílicos, etc. También en el campo forestal las biotecnologías tienden a la obtención de especies transgénicas con el

6 objeto de obtener árboles resistentes a enfermedades, más productivos y de crecimiento más veloz. Por ejemplo, en el Instituto Nacional de Forestación de Pekín se logró la inserción del gen Bt para la resistencia a insectos en álamos. En Tailandia se ha obtenido un Eucaliptus transgénico y otras especies forestales para la utilización de la celulosa y en Suecia y Finlandia están trabajando en la obtención de variedades resistentes a parásitos y con altas tasas de crecimiento en terrenos pobres. En USA y Canadá se están cultivando variedades de Eucaliptus tolerantes a herbicidas, un álamo con la lignina modificada, un abeto canadiense resistente a los insectos y muchas otras especies más. En el campo ambiental las biotecnologías pueden jugar también un rol muy importante, como por ejemplo, en el bioresaneamiento de aguas y suelos contaminados por descargas industriales o por petróleo. En 1990, la sociedad Alpha Environment realizó por primera vez una inoculación con organismos vivos seleccionados especialmente para reparar el daño provocado luego de una gran pérdida de petróleo en el Golfo del México. El caso de la utilización de una sola variedad de una especie en grandes extensiones de cultivo, como sucede en la Argentina con la soja transgénica que ocupa aproximadamente el 95% de la superficie sembrada, atenta a favor de la pérdida de diversidad genética. Las numerosas (y excelentes) variedades locales de soja fueron reemplazadas rápidamente por la utilización de la soja transgénica como consecuencia de la utilización del paquete tecnológico soja RR-siembra directa-glifosato. Sumado a las consecuencias negativas del monocultivo durante largos períodos de tiempo (aparición de plagas específicas, enfermedades endémicas, cambio en la constitución del suelo, etc.) en este caso se presenta la uniformidad en cuanto a la variedad sembrada, aumentando considerablemente la vulnerabilidad del cultivo ante determinadas enfermedades para las cuales dicha variedad no sea resistente. Obviamente que las técnicas biotecnológicas de por sí no solucionarán los problemas de la gente. La revolución biotecnológica no va a eliminar el hambre y las enfermedades del mundo, como alguien dijo por ahí. Más de 1000 millones de personas en todo el mundo sufren de malnutrición crónica y muchos más no alcanzan niveles mínimos de alimentación. El hambre existirá en gran parte del Planeta y muchísima gente se morirá por no tener el medicamento para su curación, porque no puede adquirirlo, por más que la insulina humana exista en las farmacias y se haya obtenido por técnicas biotecnológicas. De cualquier manera y como citáramos en la introducción, la genética y las biotecnologías con sus avances son las llaves de la revolución tecnológica en este nuevo siglo. Sus aplicaciones van desde el género humano hasta la industria química, pasando por la industria farmacéutica y la agrícolo-ganadera, que parecería han tomado la vanguardia en cuanto a la utilización de las nuevas técnicas. Muchas de las dudas antes mencionadas comenzarán a resolverse a medida que se avance en los estudios, no sólo de genética molecular sino de la genética en general y en especial de las interacciones de los nuevos organismos en los ambientes donde se los introducen. La biotecnología genética no es un sustituto de las técnicas tradicionales de mejora sino que deben considerarse como complementarias. Es más, el refuerzo de la investigación biológica tradicional, diversas prácticas agronómicas y conocimientos ambientales son un requisito indispensable para lograr una buena capacidad de investigación biotecnológica. Descargas - enlaces biotecnología impacto ambiental de las biotecnologías 6 of 7 16/03/ :59 p.m.

7 7 of 7 16/03/ :59 p.m. los transgénicos nos roban el futuro al principio [ Principal ] [ contenido ] [ introducción ] [ ciclo celular ] [ divisiones celulares ] [ ciclos de vida ] [ mendel ] [ otras relaciones alélicas ] [ ligados ] [ sexo y herencia ] [ interacción ] [ estructura ] [ mutaciones ] [ cuantitativa ] [ análisis cuantitativo ] [ mejoramiento ] [ selección ] [ endogamia y heterosis ] [ poblaciones ] [ citoplásmica ] [ probabilidad ] [ huellas ] [ terapia génica ] [ genoma humano ] [ clonación ] [ biotecnología ] [ bioprospección ] [ problemas ] [ respuestas ] [ glosario ] [ bibliografía ] [ contacto ] fecha última actualización 13/03/2010 Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons. Citar como: PIRILLO, E biotecnología.