1-LA INGENIERÍA GENÉTICA

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1 INGENIERÍA GENÉTICA Índice 1- Definición de ingeniería genética y biotecnología 2- Aplicaciones de la ingeniería genética: I. MANIPULACIÓN GENÉTICA para la II. III. obtención de fármacos Mejora en la producción agrícola y animal: los transgénicos y problemas asociados Terapia génica 3- Implicaciones de los avances en biotecnología 4- La clonación: I- clonación reproductiva II- Clonación terapéutica 5- El proyecto genoma humano p.42 1-LA INGENIERÍA GENÉTICA es un tipo de tecnología que se vale de unas técnicas que hacen posible modificar el ADN de los organismos para lograr objetivos prácticos. Dado que la ingeniería genética utiliza seres vivos, forma parte de la biotecnología. La Biotecnología es la utilización de seres vivos para la fabricación de sustancias útiles para el hombre. En este término se puede englobar desde la producción de vino o yogur hasta la utilización de organismos modificados genéticamente, que es a los que nos referiremos ahora. Las técnicas que utiliza la ingeniería genética manipulan el ADN y dan lugar a un ADN recombinante. Al alterar el ADN, se alteran las características de los individuos, a los que llamaremos transgénicos. 2-APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA: (libro p.38) I. La obtención de fármacos es utilizada por las industrias farmacéuticas para producir insulina, proteínas de coagulación para personas hemofílicas, vacunas, hormona de crecimiento etc. Mejora en la producción agrícola y animal (libro) La terapia génica o tratamiento de enfermedades causadas por un gen defectuoso. permite sustituir el gen alterado por uno normal, corrigiendo la enfermedad. Mejora del medio ambiente- Se pueden utilizar seres vivos para eliminar contaminantes derivados de la actividad industrial, pesticidas etc. Por ejemplo, si se logran bacterias que ingieren metales pesados u otros contaminantes nocivos de nuestras aguas, se podrían eliminar de ellas. II. III. IV. También pueden utilizarse estas técnicas en: - Transformar mosquitos para que no difundan enfermedades como la malaria. - Incremento del rendimiento fotosintético - La fabricación de plásticos biodegradables - Producción de aceites omega-3 éstos son buenos para equilibrar las dietas modernas que acarrean problemas de salud. Los tomamos en los frutos secos, pescado, aceite girasol etc. y disminuyen el riesgo de accidentes cerebrovasculares, cáncer etc. Se utiliza la soja transgénica, para producir estos productos y venderlos en alimentos que no los contienen. -Asimilación de nitrógeno atmosférico- Si la planta pudiera tomar el nitrógeno de la atmósfera, con el gen nif existente en microorganismos fijadores de nitrógeno, crecerían sin necesidad de abonos nitrogenados, aumentando la síntesis de proteinas de modo espectacular. (está en estudio)

2 2.I MANIPULACIÓN GENÉTICA PARA LA OBTENCIÓN DE FÁRMACOS Millones de personas usan ya fármacos de ingeniería genética. El uso de esta tecnología, permite obtener grandes cantidades de una proteína, evitando los riesgos y complicaciones que producían tratamientos como utilizar insulina de cerdos y vacas etc. Explicamos el proceso con el ejemplo de la insulina. La insulina humana es una hormona proteica necesaria para retirar el exceso de glucosa en sangre. Las personas que no producen suficiente insulina, por causas genéticas, padecen diabetes y necesitan inyectarse esta proteína. En un pasado era necesario obtenerla de cerdos y vacas pero en 1982, la insulina fue el primer caso de proteína lograda por ingeniería genética y aprobada para uso en humanos. Ya existen más de 30 proteínas aprobadas para su uso clínico. Procedimiento general: (explicado en apuntes y en p.37) 1. Obtener el fragmento de ADN que contiene el gen sano que nos interesa. Lo extraemos de una célula humana que llamaremos donante. El ADN obtenido, juntando ADN de dos organismos distintos, se llama ADN recombinante. 2. Insertar dicho gen en otra molécula de ADN que sirva de transportador (vector), generalmente ADN de virus y bacterias. Las bacterias tienen un ADN circular, llamado plásmido, que tiene capacidad de introducirse en otra célula. 3. Introducir el vector con el gen que nos interesa en una célula hospedadora; la célula hospedadora suele ser una bacteria por su sencillez y rapidez de multiplicación. La bacteria acepta el gen como si fuera suyo y cuando su ADN se duplica, también lo hace el gen intruso. Se clona y por tanto, la bacteria produce sus proteínas y también la que determina el gen de insulina. 4. Multiplicar la bacteria para obtener muchas copias del gen y mucha producción de insulina.

3 2.II MEJORA EN LA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA Y ANIMAL: TRANSGÉNICOS Los alimentos transgénicos Un alimento transgénico es, en el caso de los vegetales, una planta en la cual por medio de diversas técnicas, se le ha conseguido integrar un gen capaz de producir una proteína que le da cualidades como: - Tener vitamina A, necesaria para la vista pues evita un tipo de ceguera. Se logra que la produzca la planta de arroz. De esta forma, se enriquecen los alimentos, otorgándoles capacidades que los hacen más nutritivos. - Variedades de cereales con genes que les hacen soportar plagas y sequías. - Plantas con resistencia a herbicidas, a insectos y a enfermedades microbianas. Ya se dispone de semillas de algodón, que son insensibles a herbicidas, es decir, resistentes a los insectos porque la planta produce una toxina dañina para sus larvas, de modo que no pueden desarrollarse sobre las plantas transgénicas con este gen. - frutos que tardan más en madurar o en pudrirse (tomate) TÉCNICA DE OBTENCIÓN DE PLANTAS TRANSGÉNICAS (estudia la explicada en la p.39) En los animales, se introducen genes humanos que forman en el cuerpo del animal órganos de características parecidas a los humanos para ser utilizados en transplantes. En las vacas, se introducen genes que producen diversas proteínas. Éstas se pueden tomar con su leche. Ejemplo de ANIMALES TRANSGÉNICOS: medicamentos que se obtienen con leche de vaca Este es el fragmento de ADN o gen responsable de la formación de una proteína llamada factor VIII, que se encuentra en la sangre humana. Este factor participa en la coagulación de la sangre y las personas que no lo poseen corren grave peligro de hemorragias. - El gen se extrae de una célula humana y se introduce en células embrionarias de vaca, en el laboratorio. Se clona con ellas, al reproducirse, y se produce el ADN recombinante de la vaca y ese gen. - Este ADN se introduce en un embrión de vaca y se implanta en el útero de la vaca para que se desarrolle. - Se obtiene la vaca transgénica con el gen, que producirá en su leche la proteína coaguladora o factor VIII.

4 3- QUÉ PROBLEMAS PUEDE PRODUCIR EL USO DE TRANSGÉNICOS? Los problemas que puede conllevar el uso de transgénicos son: Sanitarios: consumir ADN de los organismos transgénicos puede tener efectos secundarios desconocidos. No se conocen bien sus efectos para nuestra salud porque no se han estudiado suficientemente. Se desconocen también los efectos a largo plazo, de las nuevas proteínas obtenidas, sobre todo, si tienen propiedades insecticidas. Manipular virus y bacterias patógenos es muy peligroso, se crean seres vivos incontrolados que pueden llegar a afectar a nuestra propia especie. Cuando se utilizan genes de bacterias que manifiestan resistencia a distintos tipos de antibióticos, existe el peligro de que se extiendan bacterias resistentes a las que no podamos atacar con los antibióticos.. Ecológicos: 1-Por un lado, la introducción de transgénicos en un hábitat puede provocar la extinción de especies naturales que se encuentren alrededor y contaminar los cultivos ecológicos. Con ello se pierde la diversidad genética. 2-Al manipular las especies, se altera el orden de la naturaleza pues en lugar de plantarse especies diferentes para producir un alimento, se tiende a obtener una sola y hacer monocultivo, justo lo contrario de la diversidad biológica natural. La diversidad biológica es necesaria y ha sido la manera de luchar frente a las plagas pues unas especies mueren pero otras son resistentes. El monocultivo hace que las cosechas sean vulnerables a enfermedades. Ejemplos de ello son: *Las patatas se trajeron del Nuevo Mundo y pronto se convirtieron en parte importante de la dieta de los europeos. En 1845, en Irlanda, apareció una plaga que se prolongó durante varios años y que supuso la muerte de más de un millón de personas. Muchas tuvieron que emigrar a Norteamérica. *Algo parecido ocurrió con la roya del café, una enfermedad que devastó los cafetales de la India y de Ceilán en Posteriormente el arroz, el maíz y el trigo han sufrido desastres de este tipo por la propensión a plantar monocultivo. Esta tendencia se está intensificando y está causando la pérdida de diversidad genética en la Tierra. Los parientes silvestres de los actuales tomates, maíz, cacahuetes, judías, pimienta, calabaza y cacao están desapareciendo. Además, con la destrucción de de la selva (para monocultivos), estamos perdiendo en estos momentos especies vegetales y animales al año. Se trata de una de las grandes extinciones de la historia de la tierra. El 97% de las variedades de los 77 vegetales que se cultivan en EEUU se han extinguido. Sólo diez variedades constituyen hoy la cosecha de trigo en el país y sólo seis, de la de maíz. En la India los agricultores cultivaban más de variedades tradicionales de arroz hace cincuenta años, ahora diez variedades modernas abarcan más del 75% del arroz. Legales. Las empresas de semillas patentan la nueva variedad conseguida mediante la adición de genes y en muchos casos, las hacen estériles, de tal forma que el agricultor no puede aprovechar los frutos conseguidos para obtener semillas. Se llegan a patentar especies autóctonas. También se patentan genes humanos.

5 En la página 41 se describen los PROBLEMAS QUE PUEDE ORIGINAR LA BIOTECNOLOGÍA, en general. Añade a éstos problemas de los transgénicos, las implicaciones éticas y sociales que tiene este tema, entre las que se encuentra también la explotación de recursos del tercer mundo sin que a cambio les lleguen las ventajas de esta tecnología. 2.III TERAPIA GÉNICA Consiste en manipular genéticamente células enfermas a causa de un gen defectuoso para que ellas mismas puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la enfermedad. Con la ayuda de un vector adecuado, se introduce el gen correcto en la célula enferma y éste gen se integra en su ADN. Hay dos maneras de realizar la terapia génica: 1-In vivo- se introduce directamente el vector con los genes deseados, en el organismo del paciente. 2-Ex vivo- se extraen del paciente células con genes defectuosos y, en el laboratorio, se les introduce los vectores con los genes deseados. Las células transformadas se introducen en el paciente. En el año 2002 se produjo el primer éxito importante de la terapia génica, corrigiéndose una inmunodeficiencia congénita en dos niños que se habían visto obligados a vivir en una burbuja estéril durante los primeros meses de su vida Hoy se trabaja marcando genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas. 4- CLONACIÓN Llamamos clon a un grupo de células u organismos idénticos. Son iguales porque proceden de un organismo que se ha reproducido asexualmente. La clonación puede definirse como el proceso por el que se consiguen copias idénticas de un organismo ya desarrollado, de forma asexual. Se puede clonar un organismo, una célula o una molécula. En las primeras etapas de la vida de todo embrión, las células que lo constituyen no tienen unas características concretas, están poco especializadas, pero por eso mismo tienen mucha potencialidad: son capaces de transformarse en cualquier tipo celular. Se llaman pluripotenciales y se reproducen a gran velocidad.

6 Hay dos tipos de clonación: 4.1.Clonación reproductiva- consiste en obtener un nuevo ser genéticamente idéntico a otro, como fue el caso de la oveja Dolly, en la que se obtuvo una oveja genéticamente idéntica a su madre, por reproducción asexual, sin intervención de gametos o sea, sin padre y madre. 4.2.Clonación terapéutica, dirigida a tratar enfermedades. 4.1 Clonación reproductiva: el nacimiento de Dolly (Tienes la explicación en tus apuntes y en la pág.40). En 1997 se clonó el primer mamífero, la oveja Dolly. La técnica recibe el nombre de Transferencia nuclear pues consiste en lo siguiente: Oveja que se va a clonar,. progenitora de Dolly A- De una oveja se cogen óvulos y se les quita el núcleo porque no nos interesa su ADN sino sólo el citoplasma del óvulo. Se utiliza el óvulo por ser es una célula capacitada para el desarrollo embrionario. Su citoplasma es el entorno adecuado para que el núcleo se divida y dé un embrión. Las células adultas no pueden hacerlo. B- Se cogen células de la oveja adulta que se quiere clonar porque es su ADN el que nos interesa. Esas células se extrajeron de la mama y se pusieron en cultivo en el laboratorio. C- Se fusiona la célula mamaria con el óvulo sin núcleo, de manera que se logra que el óvulo reciba el núcleo de la célula mamaria. De esta manera, hemos reprogramado el núcleo de la célula adulta pues esta célula resultante tiene la capacidad de formar un embrión como si fuera un cigoto. Sin embargo no ha habido fecundación, es una reproducción asexual. D- Esa célula que se transformó en un embrión unicelular, comenzó el sofisticado programa embrionario, de manera idéntica al que se obtiene por la fusión de un óvulo y un espermatozoide. Tras unos días de crecimiento in vitro, el embrión se implantó en el útero de una tercera oveja (madre de alquiler) y 148 días después nació Dolly, una oveja genéticamente idéntica a la de partida. El proceso de obtención de Dolly fue muy costoso, y en la actualidad no se ha mejorado mucho. Dolly fue el único resultado positivo de 277 intentos, a partir de los cuales se consiguieron 29 embriones, muchos de estos no llegaron a desarrollarse y otros murieron al poco de nacer. Sin embargo, demostró que hay más de un modo de obtener nuevos animales. Por un lado tendríamos la reproducción natural, que es sexual y que produce diversidad; y, por otro, la clonación: una reproducción artificial, asexual, y que da lugar a individuos idénticos.

7 Las aplicaciones de la clonación reproductiva Se utilizan para mejora en ganadería y pueden servir para conservación de especies en peligro. No se plantea para el ser humano y está prohibida. Poco después de Dolly, se fabricó a Polly, oveja clonada con genes humanos y que abrió el camino a producir mamíferos clonados que serán fábricas de fármacos, de órganos etc. 4.2 CLONACIÓN TERAPÉUTICA: OBTENCIÓN DE CÉLULAS MADRE En este punto abordaremos la clonación humana y sus implicaciones éticas. La clonación terapéutica tiene como objetivo tratar enfermedades y realizar trasplantes. En esta clonación se necesitan células madre, que son células no diferenciadas (como las embrionarias) que pueden dividirse indefinidamente y originar otros tipos de células como nerviosas, sanguíneas etc. Las células madre pueden curar enfermedades cuando se introducen en un órgano enfermo. A esto se le llama terapia celular y consiste en utilizar células madre sanas para reemplazar con ellas las células enfermas, en lugar de trasplantar el órgano entero, que es muy complicado. Las células madre se pueden obtener de las maneras siguientes: Células madre de embriones humanos procedentes de fecundación En el año 1998, en Estados Unidos publicaron la obtención de células madre embrionarias a partir de embriones humanos que procedían de la fecundación in vitro. De los embriones de 5-6 días tomaron masas celulares internas (destruyéndolos en el proceso) y las pusieron en cultivo. Consiguieron que esas células, llamadas células madre embrionarias, viviesen y se dividieran activamente en cultivo. También lograron una especialización dirigida de esas células: tratándolas con diferentes factores consiguieron que dieran lugar a células tipo piel, tipo tubo digestivo o tipo músculo. Esta técnica plantea serios problemas éticos y legales por la provocación de abortos. La publicación de la existencia de Dolly levantó inmediatamente un debate sobre la posibilidad de clonar personas. La clonación humana sería posible desde un punto de vista técnico, aunque haya factores limitantes (principalmente el número de óvulos necesarios: hicieron falta más de 400 para conseguir a Dolly). El debate, por tanto, se sitúa en un contexto ético: Es conveniente? Para qué clonar un ser humano? Podemos manipular un embrión humano? Además, nacería con malformaciones.

8 Células madre de embriones humanos obtenidos por transferencia nuclear o CLONACIÓN HUMANA CON FINES TERAPÉUTICOS. Cualquier célula del organismo adulto puede servir teóricamente para obtener un nuevo ser vivo de las mismas características, ya que todas las células tienen, en su núcleo, todo el ADN o información genética del organismo. Sin embargo, hay un problema pues, en el organismo adulto, las células somáticas se han especializado y pierden la capacidad de formar otro tipo de células. Cuando se reproducen, si lo hacen, sólo producen células del mismo tipo que ellas. Este problema se ha superado reprogramando una célula cualquiera y transformándola en embrionaria, de manera parecida a la de Dolly. Se trata de una clonación humana con fines terapéuticos. Consiste en tomar una célula cualquiera del cuerpo y, como aparece en la imagen, se introduce su núcleo en el citoplasma de un óvulo sin núcleo. Cuando se forma el embrión, se extrae de él las células madre que se pueden trasplantar al órgano enfermo. En esta imagen aparece el mismo proceso con la obtención final de los tipos celulares Célula somática Célula somática Óvulo sin núcleo TRANSFERENCIA NUCLEAR Óvulo sin núcleo Células embrionarias TRANSFERENCIA NUCLEAR Células embrionarias Células pancreáticas sangre corazón neuronas hígado La persona no rechaza el trasplante porque esas células llevan sus genes.

9 En la imagen aparecen tres caminos para la obtención de células madre. 1- a la izda 2-en medio(subrayado) 3. derecha 1.1-se fecundan los gametos 2.1-se extrae una célula adulta del donante y se pone en un medio que la transforme en no diferenciada 2.2-se extrae el núcleo de un óvulo 3- Las células de MÉDULA ÓSEA son células madre 1.2-el cigoto se reproduce y forma un embrión 2.4-Se induce la división del óvulo que tiene los genes del donante 2.5-Se forma un embrión con células madre que tienen los genes del individuo donante para usarse sin que sean rechazadas por él Se fusiona la célula adulta con el óvulo sin núcleo 3.1-la célula madre es extraida de la médula ósea del donante y se pone en medio de cultivo 1.3-se extrae una célula interna y se pone en un medio de cultivo 1.4-la célula se divide y da lugar a una línea de células madre pluripotenciales, 3.2- las células se dividen y tenemos una línea de células madre pluripotentes

10 Células madre de origen no embrionario. Se ha descubierto que en el cuerpo humano existen células menos especializadas que podrían funcionar como células madre y dar lugar a otros tipos de células, cuando se ponen en cultivo y se tratan con diversos factores. Las células madre se encuentran en el adulto en la médula ósea, el sistema nervioso y órganos diversos. Por ejemplo, a partir de células de médula ósea se han conseguido células de músculo, hueso, células nerviosas, hepatocitos (hígado) etc. Estos tejidos tienen células con características embrionarias, es decir, son poco diferenciadas y con un tratamiento pueden producir tejidos sanos para trasplantes. Es una alternativa a la a la clonación humana que no presenta objeciones éticas tan serias Porque se evitan los problemas éticos y legales, ya que no hay una nueva vida implicada. También pueden obtenerse células madre del cordón umbilical y de la placenta del recién nacido. la placenta y cordón umbilical proceden del embrión y sus células tampoco provocarían rechazo. Y las implicaciones éticas de la destrucción de embriones? Los embriones que se destruyen son embriones que implantados en el útero de una mujer darían lugar a un niño porque el proceso de clonación es idéntico sean cuales sean sus fines (reproductivos o terapéuticos). Salta a la vista que el término terapéutico aplicado a este proceso es equívoco: es terapéutico para un ser humano, pero a costa de la vida de otro. En definitiva: hay muchas vías terapéuticas que van haciéndose posibles por el desarrollo de la ciencia y que no vulneran el respeto debido a la vida humana en todas las fases de su desarrollo. Es deber de todos defender la vida humana y fomentar que se canalicen los esfuerzos de la investigación hacia lo que son verdaderos avances. Uso de células madre Regeneración de tejidos. Terapia génica. Experimentación de medicamentos sobre tejidos. Avance en investigación sobre cáncer y otras enfermedades. Otros problemas de la clonación Desde el punto de vista técnico, los animales clonados también han presentado problemas: además de presentar un porcentaje mayor de malformaciones, padecen con frecuencia un síndrome que se manifiesta en que su tamaño es mayor de lo normal, y que tiene consecuencias negativas para su salud y desarrollo. 5-El proyecto genoma humano. Lee la p.42 y resume este tema.