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1 [Introducción] Por favor abre tu libro en la página 225. Capítulo 11: La Tecnología de Genes Los científicos trabajan día a día en búsqueda de nuevas formas para el uso de la tecnología genética en beneficio de la humanidad. En el Capítulo 11, aprenderás cómo se hacen los clones, cómo tu vida se ve afectada por la ingeniería genética, y, si las frutas y vegetales que comes fueron clonados mediante la tecnología de genes. [Comienzo de Sección 11-1] Por favor pasa a la página 226 para empezar la Sección 11-1, La Ingeniería Genética. La Ingeniería Genética Involucra Cuatro Pasos Básicos En 1973, Stanley Cohen y Herbert Boyer produjeron exitosamente el primer organismo genéticamente creado, como lo muestra la Figura Ellos aislaron el gen que codifica el ARN ribosomal del ADN de una rana africana con uñas. Insertaron el gen dentro del ADN de la bacteria Escherichia coli. Durante la transcripción, la bacteria produjo ARN recombinante de rana. El proceso de la manipulación de genes se llama ingeniería genética. La ingeniería genética implica la fabricación de ADN recombinante. El ADN recombinante es ADN elaborado de dos o más organismos. Mira la página siguiente. Aunque los experimentos genéticos emplean diferentes métodos, la mayoría comparte los cuatro pasos básicos ilustrados en la Figura Paso uno: El ADN del organismo que contiene el gen de interés (en la Figura 11-2 es el gen de la insulina) y el ADN de un vector, son cortados en pedazos por enzimas especiales llamadas enzimas de restricción. Las enzimas de restricción son enzimas bacteriales que reconocen y se unen a secuencias cortas específicas de ADN, y luego cortan el ADN en ciertos lugares dentro de las secuencias. Un vector es un agente que se utiliza para llevar el gen de interés hacia otra célula. Los vectores comúnmente utilizados incluyen viruses, ludia o fermento, y plásmidos. En la Figura 11-2 se muestra un ejemplo de un plásmido. Los plásmidos, usualmente encontrados en bacteria, son moléculas circulares de ADN que pueden duplicarse independientemente del cromosoma principal de la bacteria. Paso dos: Los fragmentos de ADN de un organismo y el vector son combinados. Una enzima llamada ligasa de ADN ayuda a unir los fragmentos de ADN. En la Figura Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 1

2 11-2 los fragmentos humanos de ADN son combinados con fragmentos plásmidos de ADN. Paso tres: Los vectores combinados son devueltos a sus células huésped. Las células son tratadas para que puedan recoger el ADN recombinante. Cada vez que la célula huésped se reproduce, también duplica su ADN plásmido, para que se hagan muchas copias del gen de interés. Este proceso se llama clonación de genes. En la Figura 11-2 el vector plásmido combinado es regresado a la célula bacterial. Paso cuatro: Las células que han recibido el gen de interés en particular, son identificadas u ocultadas de las células que no tomaron el vector con el gen de interés. Cuando las células se reproducen, se hace una copia del gen de interés. Las células pueden transcribir y traducir el gen para que produzca la proteína codificada en el gen. La Figura 11-3 en la próxima página muestra cómo funcionan las enzimas de restricción. Observa que la secuencia que la enzima reconoce y la secuencia sobre la cadena complementaria de ADN, son palíndromos. Un palíndromo significa que las letras se leen igual de izquierda a derecha que de derecha a izquierda, como en la palabra toot. Las partes cortadas de ADN tienen cadenas cortas simples en cada punta, las cuales son complementarias una a la otra. Estas puntas son llamadas puntas pegajosas y pueden aparearse con cualquier otro fragmento de ADN cortado por la misma enzima de restricción, porque el fragmento de ADN tendrá las mismas puntas pegajosas complementarias. Los vectores que se emplean son los que contienen una sola secuencia nucleótida que la enzima de restricción reconoce. Los plásmidos se abren con las mismas puntas pegajosas a las del ADN humano cortado. Las dos moléculas de ADN se unen por medio de un apareamiento de base en las puntas pegajosas. El ADN plásmido tiene el gen para la duplicación del ADN plásmido y el gene que hace que la célula que lleva el plásmido, sea resistente a la tetraciclina antibiótica. Luego, las células bacteriales que recogen los vectores son identificadas, u ocultadas, al agregarle la tetraciclina antibiótica a los cultivos bacteriales. La Figura 11-4 muestra que sólo sobreviven las células que han recogido el vector que contiene el gen resistente a la tetraciclina. Cada célula sobreviviente copia el gen de interés cuando se reproduce. Eventualmente, un grupo o colonia de células genéticamente idénticas, o clones, se forma para cada célula sobreviviente. Por favor mira la página siguiente. Los Borrones de Southern Confirman Que Un Gen Clonado Está Presente La Figura 11-5 en la página 229 muestra cómo las colonias bacteriales sobrevivientes son revisadas para ver si el gen de interés está presente. El método frecuentemente empleado para identificar un gen específico es una técnica llamada Borrón de Southern. Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 2

3 Paso uno: El ADN de cada colonia bacterial es aislado y cortado en fragmentos por enzimas de restricción. Paso dos: Los fragmentos de ADN son separados por la electroforesis de gel. La electroforesis es una técnica que utiliza un campo eléctrico dentro de un gel para separar las moléculas según su tamaño y carga. El gel puede ser comparado con un pedazo rectangular de gelatina con una línea de pequeños hoyos rectangulares que han sido vaciados. La muestra de ADN es colocada en los hoyos. El ADN emigra hacia el polo positivo cuando se le aplica el campo eléctrico, y esto es porque el ADN está negativamente cargado. Recuerda: los opuestos se atraen. Los fragmentos de ADN se mueven a través del gel, siendo los fragmentos más pequeños de ADN los que se moverán más rápidamente. Los fragmentos forman un patrón de bandas. El gel luego es empapado en una solución química que separa las cadenas dobles en cada fragmento de ADN, a fragmentos de ADN de una sola cadena. Paso tres: Las bandas de ADN son transferidas o emborronadas directamente sobre un pedazo de papel filtrante. El papel filtrante es humedecido con una solución de sonda. Las sondas son ARN radioactivos o ARN con etiquetas fluorescentes, o pedazos de ADN de una sola cadena que son complementarios al gen de interés. Paso cuatro: Sólo los fragmentos de ADN complementarios a la sonda se unirán con la sonda y formarán bandas visibles. Una vez identificadas las colonias bacteriales que contienen el gen de interés, el investigador puede utilizar la bacteria genéticamente producida, de varias maneras diferentes. Una de las maneras más importantes de usar las colonias bacteriales es producir grandes cantidades de la proteína codificada por el gen insertado, para que la proteína pueda ser estudiada aún más o, como en el caso de la insulina, utilizada como medicamento para tratar una irregularidad o desorden genético. [Ultimo de Sección 11-1] Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 3

4 [Comienzo de Sección 11-2] Por favor pasa a la página 231 para empezar la Sección 11-2, La Ingeniería Genética en la Medicina y la Sociedad. Los Medicamentos y Vacunas Genéticamente Producidos son Comunes en la Actualidad En esta sección, aprenderás más sobre cómo las técnicas de la ingeniería genética ayudan a los médicos en el tratamiento de desórdenes genéticos. La Figura 11-6 lista ejemplos de medicinas genéticamente producidas y los desórdenes que tratan. Debido a que muchos desórdenes y enfermedades genéticas son causadas cuando el cuerpo no fabrica las proteínas críticas necesarias para el buen funcionamiento, es importante el desarrollo de proteínas genéticamente producidas. Las compañías farmacéuticas alrededor del mundo están involucradas en la fabricación de importantes proteínas para la medicina, utilizando técnicas de la ingeniería genética. La insulina para los diabéticos, anticoagulantes para pacientes que sufren del corazón, y el Factor VIII para la hemofilia, son sólo algunas de las medicinas creadas a través de la ingeniería genética. Las enfermedades virales, tales como la viruela y el polio, pueden ser prevenidas mediante las vacunas. Una vacuna es una solución que contiene una versión inofensiva de un patógeno. Un patógeno es un microorganismo que causa una enfermedad. Cuando se inyecta una vacuna, el sistema inmunológico reconoce las proteínas superficiales del patógeno y responde fabricando proteínas defensoras llamadas anticuerpos. Luego, si el mismo patógeno vuelve a entrar en el cuerpo, los anticuerpos combaten el patógeno y lo detienen antes de que pueda enfermar a la persona. Previamente, las vacunas eran elaboradas matando un patógeno específico o inabilitando su crecimiento para asegurar que no pudiese causar la enfermedad. Sin embargo, existía la posibilidad de que se fracasara en matar o inabilitar eficazmente el patógeno, lo cual podía resultar en la transmisión de la enfermedad a la persona en búsqueda de la inmunización. Ahora, gracias a la ingeniería genética, este peligro puede ser eliminado. La Figura 11-7 muestra cómo una vacuna genéticamente producida, como la vacuna contra el herpes genital, puede ser fabricada. Primero, se aisla el gen que se codifica para la proteína superficial del herpes. Segundo, se inserta el gen en una vacuna inofensiva de virus. El virus hace que el herpes haga salir las proteínas a la superficie. Luego, cuando una persona es vacunada, ellas producirán anticuerpos contra el virus del herpes. De esta manera, la bacteria modificada pero aún bastante inofensiva, es ahora una vacuna efectiva y segura. Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 4

5 Una Meta Clave de la Ingeniería Genética es la Cura de los Desórdenes Genéticos La terapia de genes es una técnica que conlleva colocar una copia saludable de un gen dentro de las células de una persona cuya copia del gen es defectuosa. Esto habilita las células de la persona a fabricar una proteína que anteriormente no podían elaborar. La Figura 11-8 te muestra una lista de las enfermedades que son tratadas con la terapia de genes y una fotografía de Cynthia Cutshall. Ella fue la primera persona en recibir tratamiento para una enfermedad a través de la terapia de genes. El cancer y la fibrosis quística también son tratados mediante la terapia de genes, aunque las investigaciones contínuan haciendo estas terapias aún más efectivas. Como ejemplo, todos los humanos tienen leucocitos que segregan una proteína llamada factor de necrosis tumoral (TNF). El TNF ataca y mata las células cancerosas, pero no lo suficientemente a menudo. Los biólogos moleculares desarrollaron un método para agregar el gen TNF a una clase de leucocito que es muy bueno en la detección de células cancerosas. Ahora, los leucocitos modificados segregan TNF y matan células cancerosas. Mira la página siguiente. Las Técnicas de la Ingeniería Genética son Empleadas para Identificar Organismos No hay dos personas en el mundo, a menos que sean dos gemelos idénticos, que tengan la misma secuencia nucleótida de ADN. Debido a que los lugares donde una enzima de restricción puede cortar dependen de la secuencia nucleótida, la longitud de los fragmentos de ADN que resultan cuando el ADN de una persona se corta, también variará. Los fragmentos, conocidos como polimorfismos por restricción de longitud de fragmentos (RFLP), son tratados de igual manera que el borrón de Southern mostrado en la Figura El patrón de banda que resulta cuando los RFLP son separados por la electroforesis de gel se llama huella de ADN. La huella de ADN también será única para cada persona individual (excepto para gemelos idénticos). La toma de huellas de ADN es útil en la identificación de individuos, en ambas las ciencias forenses y las pruebas de paternidad. También se emplea en la identificación de desórdenes genéticos. La Secuencia y la Ubicación de Todos los Genes Humanos Están Bajo Estudio Debido a que la investigación genética es tan importante, el Proyecto de la Genoma Humana está en marcha. Este ambicioso esfuerzo de investigación determinará la secuencia nucleótida de la genoma humana entera y, para el año 2003, delineará la ubicación de cada gen en cada cromosoma. La genoma es el término utilizado para Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 5

6 referirse a todo el ADN de un organismo. La genoma humana contiene aproximadamente 3 billones de pares de bases nucleótidas y unos 100,000 genes. La Figura 11-9 muestra un mapa parcial del cromosoma X humano con varios genes y desórdenes genéticos localizados. Otros organismos también están siendo delineados y puestos en secuencia. Quince organismos, incluyendo la levadura, y la lombriz intestinal, han sido ya puestos en secuencia por completo. [Ultimo de Sección 11-2] Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 6

7 [Comienzo de Sección 11-3] Por favor pasa a la página 237 para empezar la Sección 11-3, la Ingeniería Genética en la Agricultura. El Transporte de Genes a las Plantas Puede Mejorar las Cosechas La Figura es un ejemplo de cómo la modificación genética en las plantas puede beneficiar a los humanos. Este científico pudo modificar genéticamente la planta de tomate para que los tomates maduraran sin tornarse blandos. Los cambios genéticos pueden permitir que las plantas sean más tolerantes a los cambios en el medio ambiente, tales como la sequía y el frío, y que sean más resistentes a las enfermedades y los insectos nocivos. Hasta la fecha, por lo menos 50 plantas han sido modificadas genéticamente. Los ingenieros genéticos finalmente consiguieron un vector apropiado para llevar un gen a las células de las plantas. El plásmido bacterial se llama el plásmido Ti, el cual causa una enfermedad llamada tumor de cuello o corona en las plantas. Ti representa la inducción de tumores. El plásmido Ti fácilmente infecta y se inserta en las células de las plantas de cosechas con hojas amplias, tales como los tomates, el tabaco, y los frutos de soya. Los científicos remueven los genes causantes de tumores del plásmido Ti y llenan el espacio con cierto ADN específico. Recientemente, los científicos han aprendido a disparar el plásmido Ti dentro de las células de trigo utilizando una pistola de genes. La Tecnología de Genes se Utiliza en la Cría de Animales Los granjeros han estado intentando encontrar nuevas maneras para aumentar la cantidad de carne o leche producida por sus animales. Algunos granjeros agregan hormonas de crecimiento a las dietas de las vacas para aumentar la producción de leche. Otros granjeros han utilizado hormonas de crecimiento para incrementar el tamaño y peso de su ganado y cerdos. Debido a que algunas proteínas humanas no pueden ser elaboradas por la bacteria mediante la tecnología, se utilizan a los animales. Desde 1987, los científicos han podido agregar genes humanos a los genes de animales de granja para hacer que los animales produzcan proteínas humanas en su leche. Las proteínas humanas son extraídas de la leche de los animales y vendidas para propósitos farmacéuticos. Estos animales son llamados animales transgénicos porque tienen ADN ajeno en sus células. Los científicos también experimentan con la clonación como manera de crear manadas de animales idénticos que puedan producir proteínas útiles para la medicina. Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 7

8 Previamente, se pensaba que la clonación sólo podía hacerse tomando el núcleo de una célula embriónica o fetal (cuyo ADN haya sido recombinado con un gen humano) e insertándolo dentro de un huevo cuyo núcleo haya sido removido. El huevo luego sería colocado dentro del útero de la madre substituta para su desarrollo. Sin embargo, en 1997, Ian Wilmut hizo la clonación de una oveja utilizando células mamarias removidas de una oveja adulta. Estas células, al contrario de las células embriónicas o fetales, fueron completamente modificadas. Como puedes ver en la Figura 11-11, una carga eléctrica fue utilizada para fundir las células mamarias de una oveja, con las células de huevos sin núcleo de una oveja diferente. Las células fundidas se dividieron para formar embriones que fueron implantados dentro de las madres substitutas. Sólo un embrión sobrevivió. Dolly, una clon, nació el 5 de julio de 1996, y era genéticamente idéntica a la oveja que proporcionó la célula mamaria. Desde el experimento de Wilmut, otros científicos han realizado clonaciones de vacas y ratones. Los animales clonados de forma transgénica probablemente serán comunes en la agricultura del futuro. La clonación humana también es potencialmente posible, pero la parte ética sobre la clonación humana aún no ha sido totalmente resuelta. Esto concluye el Capítulo 11. [Ultimo de Sección 11-3] Biology: Principles and Explorations. Spanish Audio CD Program Script Chapter 11 8

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