Biotecnología - Ingeniería Genética BIOTECNOLOGÍA. Liceo Militar General Espejo

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1 Curso: 3ro Asignatura: Tecnología - Informática Profesor: Federico Olarte Liceo Militar General Espejo Biotecnología - Ingeniería Genética BIOTECNOLOGÍA Introducción. Es una disciplina que emplea organismos vivos (y de las sustancias que éstos producen) en los procesos industriales. Desde el punto de vista científico, es cualquier técnica que utilice organismos vivos o sustancias de estos organismos para hacer o modificar un producto, mejorar plantas o animales, o desarrollar microorganismos, para usos específicos. En términos generales, biotecnología se puede definir como el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el ser humano. Aunque es una disciplina moderna, aplica técnicas y métodos que se conocen desde la antigüedad: en los papiros egipcios se explicaba la fermentación de la cerveza, los griegos fabricaban excelentes vinos, etc. Se pueden distinguir 2 modos de aplicar las técnicas biotecnológicas: La biotecnología tradicional: Busca la manera de optimizar el rendimiento a partir de la selección de organismos y de los medios de producción, por ejemplo: El mejoramiento de razas de animales mediante cruces selectivos. La biotecnología moderna: Está compuesta por una variedad de técnicas derivadas de la investigación en biología celular y molecular, las cuales pueden ser usadas en cualquier industria que utilice microorganismos o células vegetales o animales. Es la aplicación comercial de organismos vivos o sus productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus moléculas de DNA. Surgida hacia fines de 1970 aplica métodos y técnicas de la ingeniería genética para obtener nuevos productos, mejorar su calidad y el rendimiento de los procesos industriales. Con esos métodos y técnicas se puede por ej. Producir insulina a partir de una bacteria a la que se le haya incorporado el gen humano correspondiente. Los animales y las plantas a las que se aplicaron técnicas de ingeniería genética se denominan transgénicos.

2 Página N 2 INGENIERÍA GENÉTICA Disciplina que se ocupa de la manipulación de material genético. Éste forma parte de todas las células vivas y, desde el punto de vista químico, es ácido desoxirribonucleico (ADN). Se denomina gen al fragmento de ADN que codifica la información para una característica determinada. Las técnicas biotecnológicas utilizadas en los distintos campos de aplicación de la biotecnología se pueden agrupar en 2 grandes grupos: Cultivo de tejidos: Trabaja a un nivel superior a la célula e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. Tecnología del ADN: Involucra la manipulación de genes a nivel de ADN, aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas, etc. Áreas de aplicación de la biotecnología: Son asombrosas y abarcan distintas actividades del ser humano. En agricultura se obtuvieron: - Plantas que crecen en suelos improductivos: secos, rocosos, salitrosos. - Plantas resistentes a herbicidas y a enfermedades producidas por virus. - Plantas resistentes a bacterias, insectos y parásitos. - Plantas cuyos frutos tienen una maduración controlada, para evitar la putrefacción. - Plantas que generan sus propios fertilizantes. En ganadería se consiguieron: - Animales con contenido de grasa modificados. - Sustancias capaces de acelerar el crecimiento de los animales de granja. - Vacunas para el ganado. En la industria alimenticia se utilizan: Bacterias y hongos para la fabricación de panes, quesos, yogures, vinos, cervezas, vinagre, etc. Estos procedimientos incluyen un paso de fermentación, que producen dichos microorganismos. En la industria química: Se recurre a la actividad microbiana para obtener productos fundamentales en la fabricación de plásticos, pinturas, fibras artificiales y adhesivos. Éstas y otras industrias se ven beneficiadas con los microbios barrenderos que digieren petróleo, metales pesados y otros desechos industriales y, de esta manera colaboran con el saneamiento ambiental.

3 Página N 3 En cuanto a fuentes de energía: Se incorporaron el biogás y el alcohol. También se descubrieron sustancias elaboradas que ayudan a extraer los combustibles del subsuelo. Existen, además, bacterias mineras que pueden extraer de las rocas minerales como el uranio y el cobre. Estas novedades producirán un cambio radical en las metodologías utilizadas en minería. Avances en biotecnología médica La Medicina es quizás el área donde son más notorios los adelantos biotecnológicos. Desde 1928, cuando Alexander Fleming descubrió el primer antibiótico, la penicilina, producida por un hongo, se han obtenido numerosos antibióticos diferentes capaces de controlar numerosas enfermedades infecciosas. También se elaboraron vacunas contra muchas de éstas como el tétano, el sarampión, la poliomielitis, la hepatitis, etc. A partir de ese descubrimiento, se encontraron nuevos métodos de diagnóstico y tratamiento de muchísimas enfermedades. En la actualidad, los biotecnólogos están preparando el camino para combatir definitivamente al cáncer, la diabetes, el sida, la hepatitis y la hemofilia. "El hombre encuentra a Dios detrás de cada puerta que la Ciencia logra abrir" Albert Einstein. Con esta frase parece que Einstein quería poner de relieve la importancia que tiene para la humanidad la ciencia y sus descubrimientos. Con el paso del tiempo vamos descubriendo más y más cosas que por su gran facultad de asombro nos parecen "de ciencia ficción", pero que nos hace ver y comprobar lo grande que es la vida y los secretos que aun nos quedan por desentrañar. Qué es la Ingeniería Genética? La ingeniería genética es el proceso de transferir ADN de un organismo a otro. Es una técnica que manipula los genes. Puede alterar o introducir genes en el genoma de un ser vivo que carece de ellos. Todo comenzó cuando a principios de la década de los setenta del siglo XX, Paul Berg descubrió las enzimas de restricción. Actúan como auténticos bisturís genéticos que son capaces de cortar el ADN en puntos concretos y así separar los segmentos de ADN que interesan. De esta forma surgió la tecnología del ADN recombinante. Se llama así al formado al intercalar un segmento de ADN extraño en un ADN receptor. GENOMA HUMANO Es el conjunto de todos los genes de un organismo, de todo el patrimonio genético almacenado en el conjunto de su ADN o de sus cromosomas. Todos los seres vivos estamos compuestos por células. En el núcleo o centro de cada célula, hay muchas parejas de cromosomas, que desplegados muestran el ADN, que está formado por largas cadenas de cuatro bases, Adenina, Citosina, Timina y Guanina, llamadas bases nucleótidas, que compartimos todos los seres vivos. Estas bases se unen entre sí formando cadenas, de las cuales, algunos trozos se denominan genes o segmentos con la suficiente información para que las células produzcan proteínas.

4 La doble hélice de ADN. Página N 4 El ADN contiene toda la información necesaria para que las células produzcan cada proteína de un ser vivo y por lo tanto, es el responsable de las características del ser. El ADN transmite esta información hereditaria de una generación a la siguiente. El gran descubrimiento. El día 12 de febrero de 2001, se hizo público uno de los mayores descubrimientos de la historia de la ciencia y de la medicina: La determinación de la secuencia completa del genoma humano. Este proyecto se inició, oficialmente en 1990, y por entonces se creía que el genoma podría tener alrededor de genes. El borrador ha demostrado que disponemos de a genes, menos de la mitad de lo que se creía. Los pares de bases A-T y C-G constituyen los escalones de la espiral de ADN o ácido desoxirribonucleico, elemento básico de todo ser vivo conocido. Al recorrer "de arriba abajo" la doble hélice, se puede "leer" el código de la vida. De ser posible "estirar" el ADN de una célula humana, mediría 2 metros.

5 El negocio de los genes. Página N 5 Una de las industrias que se va a ver muy beneficiada son las empresas bioinformáticas. La rapidez en la consecución de nuevos medicamentos va a depender de la velocidad de interpretación de las secuencias genéticas y las relaciones de las proteínas. Son necesarios mejores programas informáticos y ordenadores más potentes para poder tratar las enormes bases de datos generadas por esta industria. Diversas empresas compiten por la elaboración de software de lectura e interpretación de las secuencias genéticas. Beneficios para la salud. Con este hallazgo nace, definitivamente, la Medicina del Siglo XXI. En la historia de la biología y de la medicina habrá un antes y un después de este 12 de Febrero de 2001, la secuenciación del genoma traerá cambios determinantes para la salud y para la medicina. Cáncer: Existe un conocimiento bastante profundo del mecanismo de acción de toda una serie de genes implicados en el cáncer, sin embargo aun no se ha encontrado la solución al mismo, pero se prevé que se alcance pronto. De todos los problemas bioéticos planteados por la ingeniería genética hay uno que se ha convertido últimamente en el centro de debate público: la clonación. CLONACIÓN Clonar significa crear un ser vivo idéntico a otro, a partir de una célula del individuo original. La clonación es la acción de reproducir a un ser de manera perfecta en el aspecto fisiológico y bioquímico de una célula originaria, esta definición de diccionario quiere decir que a partir de una célula de un individuo se crea otro exactamente igual al anterior, ya que los caracteres que puede mostrar un ser humano se deben a los genes que ha heredado de los progenitores, mediante la clonación se obtiene que el individuo tenga los mismos genes que el padre o la madre, la reproducción sexual se sustituye por la reproducción artificial. Las 2 principales técnicas de clonación son: - Por separación de embriones. - Por transferencia nuclear, que fue el método utilizado para clonar a la Oveja Dolly.

6 Qué usos o utilidades tiene la clonación? Página N 6 En el ámbito de la medicina y la investigación médica: - Mejorar el conocimiento genético y psicológico. - Disponer de modelos de enfermedades humanas. - Producir a bajo coste proteínas para su posible uso terapéutico. - Suministrar órganos o tejidos para trasplantes. En la investigación agrícola y agrónoma: Permite mejorar la selección de animales que posean alguna cualidad innata o adquirida de interés (resistencia, productividad, etc.). Clonación animal. En 1997, el Instituto Roslin, en Escocia, clonó por primera vez (después de 277 intentos) en la historia a un mamífero a partir de una célula diferenciada (aquellas que ya tienen determinada su función dentro del organismo: células de sangre, de huesos, del cerebro.) de otro. Dolly, es el primer mamífero de la historia que se ha clonado de un adulto. Antes de Dolly, científicos de diversas partes del mundo habían logrado clonar sapos, monos, ovejas y vacas. Pero siempre habían utilizado células de embriones, las cuales tienen la capacidad de dividirse y dar origen a un nuevo ser. En la década de los 70 se descubrió, gracias a un experimento con sapos, que era posible clonar individuos completos a partir de células diferenciadas. Cómo fue el proceso de clonación de la oveja Dolly? De la ubre de la madre de Dolly (la llamada original en el dibujo), los científicos sacaron una célula, que contiene todo el material genético (ADN) de la oveja adulta. Después, la otra oveja, a la que llamaremos oveja X, le extrajo un óvulo, el cual serviría de célula receptora. Al óvulo se le sacó el núcleo, eliminando así el material genético de la oveja donante.

7 Página N 7 Se extrajo el núcleo de la célula mamaria y, mediante impulsos eléctricos, se fusionó al óvulo sin núcleo de la oveja donante. Con los mismos impulsos se activó al óvulo para que comenzara su división, tal y como lo hacen los óvulos fertilizados en un proceso natural de reproducción. Al sexto día, ya se habrá formado un embrión, el cual fue implantado en el útero de una tercera oveja, la madre sustituta, que tras un periodo normal de gestación, dio a luz a Dolly: una oveja exactamente igual a su madre genética. Dolly llegó a adulto - hasta tuvo cría - ésta fue generada a partir de una célula de adulto mientras que en experimentos anteriores se realizaba con núcleos de células juveniles. Pero se plantea hoy el problema del envejecimiento veloz de sus crías. Pero la técnica fue mejorada, por los japoneses, donde la nueva técnica evita las incisiones en los animales a clonar. La diferencia consiste en tomar las células presentes en el calostro líquido segregado por la glándula mamaria después del parto. Lógicamente ésta técnica provocó la reacción mundial, especialmente si se piensa en clonación humana dado que ésta técnica alimenta la fantasía de perpetuarse a través de un clon, desafiando nuestro destino como mortales. Las preguntas que se nos vienen a la mente son: A quienes se clonaría y para qué? Qué significa? Qué pasaría con este clon? entre otras. Pero, Qué sucedería al clonar humanos, si se tienen en cuenta los aspectos religiosos, éticos, sociales y legales? Se debería clonar animales para mejorar la calidad de la producción de éstos? Favorecer sólo los avances que tengan que ver con los fines científicos o técnicos? Clonación humana. El primer experimento de clonación en embriones humanos del cual se tiene noticia es el realizado en 1993 por Jeny Hall y Robert Stilman, de la Universidad de George Washington. Habían conseguido embriones humanos mediante la división artificial de un óvulo fecundado, pero no llegaron a desarrollarse. Esto ha provocado un gran número de reacciones desde todos los ámbitos, la mayoría de las instituciones internacionales, de los gobiernos, de las iglesias y de la opinión pública se decantan por la no clonación humana. La legislación penal vigente en los distintos países o no contemplan la circunstancia de la clonación de humanos o si lo hacen difieren mucho acerca de las penas aplicables. En nuestro país, ha sido motivo de debate entre juristas la conveniencia o no de regular las practicas de manipulación genética, y en particular la clonación, en el Código Penal. Sin embargo no prevé todas las modalidades de manipulación que la ciencia está poniendo rápidamente a disposición de toda la humanidad. Es difícil aportar argumentos a favor de la clonación humana. La opinión, casi totalmente unánime, es la de oposición a la misma. Hay quien defiende la conveniencia de la clonación terapéutica, es decir, utilizar órganos humanos clonados en trasplantes y en el tratamiento y curación de enfermedades como el SIDA o el cáncer, pero para otros es una forma más de clonación reproductiva, que conlleva incluso un agravante, ya que unos seres son creados únicamente para el provecho de otros.

8 Página N 8 PLANTEOS ÉTICOS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA Clonación animal sí, clonación animal no: Las alteraciones del patrimonio genético en animales plantean problemas éticos. Entre las consecuencias que se han barajado para considerar ilícita la clonación es el factor medioambiental. A la larga supondría un detrimento de la variabilidad genética y de adaptación de las especies. Debemos evitar el abuso de la naturaleza, protegerla de los efectos de una manipulación irracional e injustificada por parte del hombre. Algunos investigadores consideran que el uso y manipulación del genoma de animales y vegetales puede ser uno de los principales instrumentos para acabar con el hambre del mundo o aportar excelentes fábricas vivas de sustancias químicas muy valiosas para el hombre. Como principio ético debemos decir que estas alteraciones deben estar orientadas al servicio del hombre o la naturaleza de forma directa o indirecta, y como consecuencia el investigador no puede actuar con la intención de dañar con la manipulación del genoma, ni al propio animal ni a los seres humanos. Pero, quién nos dice que esto va a ser realmente así? Es posible que alguna mente trastornada o maliciosa se sirva de este sistema para hacer daño a los animales o a las personas. No tiene ningún sentido terapéutico ni científico, ni es racional intentar curar un ser humano a costa de crear otro para que le aporte sus partes. Cómo conseguir que esta tecnología sirva al hombre y no se vuelva contra él? Existe una presión interesada en la industria tecnomédica, y en las empresas ganaderas y de alimentación, que está favorecida por la legislación vigente sobre patentización de organismos vivos (Dolly). La mercantilización de la ciencia juega a favor de una legislación ambigua y permisiva. La clonación deberá ser tratada mediante leyes especiales en las que queden claramente señalados los límites entre lo permitido y lo prohibido, entre lo favorable a la humanidad y los ataques contra ésta, porque la ciencia avanza rápidamente y no sabemos lo que nos deparará el futuro. Preguntas más frecuentes sobre la clonación humana: Cuáles son los riesgos actuales de la clonación? Los científicos consideran que la técnica aún no está lo suficientemente desarrollada para clonar seres humanos, por lo que hay riesgo de abortos, de malformaciones (niños con un solo ojo o con dos corazones, etc.). Es un clon idéntico a su clonado? Físicamente son iguales, ya que la dotación genética es la misma, sin embargo, en la formación de una persona influyen en gran medida los factores ambientales, familiares, educativos, etc. por lo que no son realmente fotocopias.

9 Página N 9 En una entrevista realizada a la doctora López Moratalla, Catedrática de Bioquímica y Biología Molecular e Investigadora en Tolerancia Inmunitaria, en la que se analizan las razones del fraude de la clonación terapéutica. Un negocio solapado en la investigación científica que no respeta la vida ni la dignidad humana, y en la falsa esperanza de la curación de enfermedades. Es evidente que las células madre embrionarias no sirven ni para curar ni para investigar. Con la técnica de "transferencia nuclear" (que traducen a "clonación terapéutica") se pretende dar largas a los intentos de obtener células más maduras que las embrionarias y "a la carta" para comercializarlas y que las pueda usar algún científico para investigar. El lema es claro: hacer creer a la sociedad que los defensores de las células embrionarias tienen motivaciones exclusivamente científicas, mientras que los oponentes (o simplemente que trabajan y conocen la eficacia curativa probada de las células del propio enfermo, las llamadas madre de adulto) sólo tienen motivos religiosos. El progreso científico, afirman, debe ser defendido de la religión; quieren hacer creer que cualquier planteamiento ético que proponga buscar soluciones que respete la vida de un ser humano es un retroceso al progreso científico, que se acompaña con la indiferencia por el sufrimiento de los enfermos incurables y sus familias. ENLACES: GLOSARIO DE TÉRMINOS ADN: Ácido desoxirribonucleico, molécula con una estructura en doble hélice y que representa el soporte químico de la herencia: Está presente en los cromosomas, así como en las mitocondrias y en los cloroplastos. ALELOS: Un gen puede modificarse por mutación originándose dos o mas formas de expresión que se denominan alelos. ARN: Ácido Ribonucleico, molécula semejante al ADN y que interviene en la descodificación de los genes en proteínas. BIOÉTICA: Estudio sistemático de la conducta humana en el área de las ciencias humanas y de la atención sanitaria, en cuanto se examina esta conducta a la luz de valores y principios morales. CLONACIÓN: Proceso por el cual, sin unir dos células sexuales, y a partir de la implantación del núcleo de una célula con una dotación cromosómica completa en un óvulo, al que previamente le ha sido extirpado el núcleo, se obtiene un ser humano gemelo idéntico genéticamente a aquél a quien le ha sido extraído la célula dotada de la totalidad de cromosomas. CLON: Se define como el grupo de organismos de idéntica constitución genética que proceden de un único individuo mediante multiplicación asexual, siendo a su vez iguales a él.

10 Página N 10 CROMOSOMA: Estructura física que reviste la cromatina del núcleo celular tras su condensación, fija los colorantes básicos y contiene los genes. CARÁCTER: Cada una de las particularidades morfológicas o fisiológicas de un ser vivo, por ejemplo, ojos azules, pelo rizado, etc. EUGENESIA: Término acuñado por el científico británico Francis Dalton que significa el desarrollo adecuado de la raza a través de la selección de los caracteres. GENÉTICA: Es la ciencia que estudia la herencia biológica, es decir, la transmisión de los caracteres morfológicos y fisiológicos que pasan de un ser vivo a sus descendientes. GEN: Los genes son las unidades estructurales y funcionales de la herencia, transmitidas de padres a hijos a través de los gametos. Constituyen la base física de la herencia. Molecularmente, un gen es un fragmento de ADN que contiene información para la síntesis de una cadena polipeptídica (proteína). Corresponde a lo que Mendel denominó factor hereditario. GENOTIPO (genoma): Conjunto de genes que contiene un organismo heredados de sus progenitores. El genotipo tiende a expresarse al exterior para originar el conjunto de rasgos morfológicos y fisiológicos que caracterizan al ser vivo. Influyen factores ambientales que modifican la expresión. INGENIERÍA GENÉTICA: Es una disciplina de la biología. Manipulación de la composición genética mediante la introducción o eliminación de genes específicos a través de técnicas modernas de biología molecular y ADN recombinante. PROTEINAS: Moléculas esenciales para la estructura y la vida celular, formadas por la estructuración lineal de elementos simples, llamados aminoácidos, y cuyo número es variable.