Se trata de una serie de técnicas que se basan en la introducción de genes en el genoma de un individuo que no los presente.

Los procedimiento de ingeniera genética suelen comenzar con la clonación, mediante la cual e lleva a cabo el aislamiento y replicación de determinados genes. La finalidad de la clonación es generar grandes cantidades de genes.

10.1. CONCEPTO DE CLONACIÓN

El proceso de clonación está encaminado a la obtención de un clon. Un clon es un conjunto de elementos genéticamente iguales. Todos los elementos del clon son iguales entre sí e iguales al elemento precursor. Los clones pueden ser moléculas, células u organismos completos.

Hay que entender que la clonación es un proceso natural, ya que, por ejemplo, las células somáticas pertenecientes a un mismo tejido son células clónicas. Incluso, los hermanos gemelos univitelinos son un clon.

Podemos distinguir distintos tipos de clonación, atendiendo a la finalidad perseguida:

Clonación de ADN o ARN mediante la técnica de clonación acelular (PCR), o la de clonación celular (ADN recombinante)

Se utiliza para aumentar el número de moléculas de ácido nucleico que se utilizan en una investigación.

· Clonación de células. No hay que confundirla con la clonación celular. En este proceso se pueden clonar células aisladas o tejidos u órganos. Puede utilizarse para terapias génicas, por ejemplo, en enfermos diabéticos.

· Clonación de organismos completos, tanto plantas como animales. Se suele utilizar en procesos de mejora genética de especies

10.2 LA MANIPULACIÓN DEL ADN (de la información genética).

Durante muchos siglos la mejora genética de plantas y animales se consiguió por cruzamientos de razas y variedades seleccionadas por el hombre; era un proceso largo pues se requerían varías generaciones para alcanzar los resultados buscados. Actualmente, las nuevas técnicas de manipulación directa del ADN permiten provocar cambios genéticos importantes en casi todos los seres vivos en un plazo corto.

► Secuenciación del ADN

El orden en que están colocados los nucleótidos del ADN, cuando se conoce la secuencia de bases de un gen se pueden identificar las regiones que son secuencias codificadoras de proteínas, y a partir de ella se puede deducir la secuencia de aminoácidos de la proteína codificada.

► ADN recombinante o clonación celular

El ADN recombinante se utiliza en ingeniería genética para la síntesis de proteínas como la Insulina o la hormona del crecimiento, en el desarrollo de organismos transgénicos y en la amplificación del ADN, es decir, en obtener un gran número de copias de un gen determinado.

La técnica consiste en aislar el gen deseado, introducir el gen seleccionado en el interior de un vector y éste, a su vez, dentro de una célula, denominada célula anfitriona. Aprovechando la maquinaria celular, el gen se expresa, sintetizándose así la proteína codificada en el gen. Además, al dividirse la célula, las nuevas células formadas contienen ese gen que también sintetizan esa proteína. Se genera un grupo celular que contiene un genoma distinto.

● Las etapas en la producción de ADN recombinante son las siguientes:

1. El primer paso consiste en aislar pequeños fragmentos de ADN que contengan los genes a clonar.

Es la parte esencial del proceso, ya que el ADN debe separarse y concentrarse.

· Partimos de células con núcleo, que deben ser lisadas (rotas).

· Las proteínas estructurales, enzimas, ARN y restos moleculares deben separarse del ADN.

· El ADN obtenido se concentra y se fragmenta por acción de las enzimas de restricción.

· Se aísla el ADN que se desea clonar.

2. Preparación de un vector de clonación

Los vectores de clonación son pequeños elementos genéticos (moléculas de ADN) utilizados para recombinar y replicar genes que faciliten el transporte de segmentos d ADN a otra célula (plásmidos, fagos, etc)

▪ Cortar el vector con enzimas de restricción, las mismas enzimas que se utilizaron para cortar el ADN que se quiere insertar.

▪ Unir el vector y el ADN que se va a clonar mediante los llamados extremos cohesivos, o pegajosos, o escalonados.

3. Unión del ADN con el vector de clonación. Formación del ADN recombinante

En esta etapa se produce la unión covalente del vector y el ADN inserto mediante una ligasa.

4. Introducción del ADN recombinante en la célula anfitriona

Para la clonación (replicación del ADN recombinante) se necesita la maquinaria celular. Por ello, hay que introducir el ADN recombinante en una célula anfitriona.

Los tipos de células anfitrionas son:

· Células bacterianas: son las más utilizadas, ya que tienen una alta velocidad de replicación, un bajo coste de mantenimiento de las colonias y son fácilmente manipulables.

· Células eucariotas: aunque las células eucariotas son, en general, difíciles de mantener se usan levaduras y células tumorales:

5. Propagación del cultivo

Se induce la división de células anfitrionas, de forma que se producen también copias de ADN recombinante y, por ello, la clonación. Primero se efectúa una siembra en placas Petri con agar como medio de cultivo. Se dejan crecer las colonias. Cada una de ellas será seleccionada y transferida a distintos medios líquidos, donde seguirá aumentando el número de individuos de la colonia.

6. Detección y selección de los clones recombinantes

No todas las células producidas contienen el gen que se desea clonar por lo que hay que detectarlo y separar las células que contienen ADN recombinante de las que no lo contienen. Finalmente se hace un cultivo para producir gran cantidad de células que contengan el clon buscado, para su aislamiento y estudio

10.3. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA.

La ingeniería genética es un nuevo campo de la Biología, nacido de la manipulación del ADN, que tiene como objetivo cambiar o alterar el genoma de un ser vivo.

▪ Introducir nuevos genes en un genoma.

▪ Eliminar algunos genes existentes en un genoma.

▪ Modificar la información contenida en un gen determinado.

▪ Clonar seres vivos o alguno se sus órganos o tejidos.

► APLICACIONES EN MEDICINA

Las aplicaciones de la ingeniería genética en biomedicina aumentan espectacularmente. Entre ellas destacan:

1) Fabricación de productos farmacéuticos. En la actualidad, una de las técnicas de ingeniería genética más empleada consiste en la producción de sustancias humanas por bacterias a las que se les ha introducido el gen correspondiente. Entre las sustancias que ya se obtienen mediante esta técnica están algunas hormonas como la insulina (Se consiguió introducir en una bacteria el gen que codifica para la síntesis de la insulina. Esta bacteria produce Insulina humana vital para la regulación del metabolismo de los glucidos en el organismo), hormona del crecimiento y proteínas de la sangre tienen un interés medico y comercial enorme.

2) Terapia génica. Es un tratamiento médico que consiste en manipular la información genética de células enfermas para corregir un defecto genético o para dotar a las células de una nueva función que les permita superar una alteración.

En principio existen tres formas de tratar enfermedades con estas terapias:

· Sustituir genes alterados. Se pueden corregir mutaciones mediante cirugía génica, sustituyendo el gen defectuoso o reparando la secuencia mutada.

· Inhibir o contrarrestar efectos dañinos. Se silencia un gen que produce una proteína dañina. Para ello, se actúa sobre el ARN mensajero, haciendo que hibride. Así la proteína no se produce.

· Insertar genes nuevos. Se insertan genes suicidas que destruyen a la propia célula que los aloja o genes estimuladores de la respuesta inmune. También se puede introducir una copia de un gen normal para sustituir la función de un gen mutante que no fabrica una proteína correcta. Por ejemplo, en el tratamiento de los cánceres que se realiza hoy día, una de las principales vías de investigación es la de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas, estimulando la respuesta inmune.

· Otras estrategias que se siguen en la actualidad contra el cáncer son:

- Inactivar oncogenes.

- Introducir genes supresores de tumores.

- Introducir genes suicidas.

- Introducir genes que aumenten sensibilidad a fármacos.

► APLICACIONES EN ANIMALES Y PLANTAS.

Las técnicas de ingeniería genética se aplican a la agricultura y a la ganadería para obtener mayores cosechas y mejores alimentos con plantas y mayor cantidad y calidad en la cría de ganado, etc.

● Organismos transgénicos.

Se denomina organismos transgénicos a los animales y plantas que llevan en su genoma genes “extraños”, es decir, genes introducidos artificialmente y que no proceden de sus antepasados por herencia.

♦ Plantas transgénicas. Las aplicaciones agrícolas tienen como objetivo:

▪ Conseguir plantas resistentes a herbicidas.

▪ Conseguir plantas resistentes a los insectos.

▪ Conseguir plantas mas resistentes a enfermedades

▪ Mejorar del producto, más calidad y características nuevas.

♦ Animales transgénicos. Las aplicaciones son múltiples, desde el uso de animales para la producción de proteínas de interés (humanas o de otro tipo), la posibilidad de la terapia génica en humanos.

Los mejores resultados se han obtenido con peces, como el salmón, la carpa y la lubina. A individuos de estas especies se les ha añadido el gen de la hormona del crecimiento, lo que produce un aumento de tamaño del pez en muy poco tiempo. En el salmón se ha introducido otro gen, "el anticongelante". Así puede ser criado en aguas muy frías.