El ADN: El Secreto de la Vida
ADN: ácido desoxirribonucleico. Es la molécula que contiene la información genética de los seres vivos. Se localiza en el interior del núcleo de las células eucarióticas.
Composición Química del ADN
Está formado por nucleótidos que se unen formando una larga cadena. Cada nucleótido tiene:
- Una molécula de ácido fosfórico.
- Una molécula de desoxirribosa, un hidrato de carbono tipo pentosa.
- Una base nitrogenada: pueden ser purinas o pirimidinas.
Estructura del ADN
La molécula de ADN está constituida por dos cadenas complementarias de nucleótidos enfrentados, unidas mediante enlaces por puentes de hidrógeno, enrollados en una doble hélice. Los pares de bases nitrogenadas se encuentran enfrentadas así: doble enlace de adenina con timina y triple enlace de citosina con guanina.
A-T C-G G-C T-A
Su estructura no siempre es la misma:
- En virus, es una molécula lineal abierta encerrada en una cubierta o cápsula.
- En organismos procariotas, dentro de las mitocondrias y de los cloroplastos, es una doble hélice circular cerrada.
- En células eucariotas, la doble hélice se asocia a histonas formando la cromatina. Cuando la célula entra en división, la cromatina se agrupa formando cromosomas.
Replicación del ADN
También se llama duplicación, es un proceso por el cual, a partir de una hebra de ADN, se obtienen dos copias iguales de la misma. Permite transmitir la información genética a otras generaciones. Precisa de la actuación de determinadas enzimas como la topoisomerasa, helicasa y la ADN polimerasa.
En ocasiones se producen fallos que dan lugar a mutaciones, muchas de ellas sin consecuencias, otras veces causando enfermedades o malformaciones.
Transcripción
Una de las hebras de ADN sirve de molde para formar una molécula de ARN mensajero con información para la síntesis de una determinada proteína. La molécula de ARN es lineal simple, su pentosa es la ribosa y tiene como bases adenina, uracilo, citosina y guanina.
Traducción
El ARNm sale del núcleo de la célula y se une a un ribosoma. Cada triplete de bases del mensajero tiene un triplete complementario en una molécula de ARN transferente, que a su vez también está unido a un aminoácido específico determinado por el código genético. El código genético es un conjunto de normas por las que la información codificada en el material genético se traduce en proteínas en las células vivas. El código define la relación entre secuencias de tres nucleótidos, que son: codones, y aminoácidos. Un codón se corresponde con un aminoácido específico. Existen 20 aminoácidos diferentes.
Biotecnología
Es el conjunto de procesos encargados de producir sustancias con usos variados, a partir de la manipulación del material genético.
Tecnología del ADN Recombinante
Permite cortar, aislar, pegar, reproducir y secuenciar fragmentos de ADN. Se consigue así hibridar fragmentos de ADN. Precisa de la actuación de enzimas: proteínas de restricción (cortan) y ligasas (pegan). Esta técnica tiene muchas aplicaciones y algunas de ellas son:
Análisis de Fragmentos de ADN mediante Electroforesis en Gel de Agarosa
Permite separar una mezcla de ADN en bandas, cada una de ellas formada por miles de moléculas de una determinada longitud. Si tomamos una muestra de ADN y le añadimos una enzima de restricción para una determinada secuencia, lo fragmentará en trozos de diferentes tamaños. Cuando esa mezcla se introduce en el gel y se somete a corriente eléctrica, los fragmentos tienden a desplazarse por el gel, de manera que los de mayor tamaño lo harán más lentamente que los más pequeños. Cuando se interrumpe la corriente eléctrica, con luz ultravioleta pueden observarse una serie de bandas en el gel que corresponden a fragmentos de diferente tamaño. El patrón de bandas característico para cada individuo se denomina huella génica y permite comparar muestras y establecer coincidencias.
Búsqueda de un Gen Específico
Se introducen sondas marcadas de ADN de cadena sencilla, complementarias a la que tú quieras detectar, en un medio con muestras de ADN de hebra sencilla para que se complementen. Una sonda de ADN es un fragmento de cadena de ADN marcado por radioactividad y sirve para:
- Detectar mutaciones que causan enfermedades.
- Nuevos diagnósticos y terapias.
- Personalizar tratamientos para evitar reacciones.
- Controlar la expresión de genes cancerígenos.
- Diagnosticar enfermedades infecciosas en fase latente.
Clonación de ADN
Es la obtención de copias idénticas de un fragmento de ADN. Se introduce un vector de clonación en un cultivo de bacterias y se autorreplica dentro de ellas. Este método tiene tres fases:
- Transformación: Se corta el fragmento de ADN que se quiere clonar, se le añade un gen con resistencia a un antibiótico y se introduce en un cultivo de bacterias como si fuera un plásmido.
- Selección: Solo las cepas de bacterias que llevan el plásmido recombinante resisten al antibiótico que se introduce en el medio.
- Duplicación: Las colonias de bacterias transformadas se desarrollan en un medio de cultivo idóneo.
PCR o Reacción en Cadena de la Polimerasa
Origina millones de copias de un segmento específico de ADN mediante ciclos de replicación del ADN “in vitro”. Para ello necesitamos el fragmento de ADN a clonar, nucleótidos, cebadores y una ADN-polimerasa resistente al calor.
En un ciclo de tres fases se consigue la duplicación de la cadena:
- Desnaturalización del ADN: La doble hélice se separa por calor.
- Adición de cebadores e hibridación: a medida que enfriamos la muestra.
- Síntesis de nuevas hebras: por la acción de la ADN-polimerasa desde los cebadores.
Organismos Genéticamente Modificados (Transgénicos)
Son seres vivos que contienen un gen procedente de otro organismo o transgén.
Los transgénicos y sus utilidades:
- Microorganismos (bacterias y hongos):
- Mejora del medio ambiente: eliminar contaminación industrial, fijar metales pesados, eliminar mareas negras, producir biocombustibles, degradar plásticos, degradar materia orgánica (EDAR).
- Industria: producir enzimas (detergentes antimanchas), cerveza, vino, queso, pan.
- Farmacia: producir antibióticos y medicamentos.
- Medicina: producir proteínas humanas como insulina, hormona del crecimiento o factores antihemofílicos.
- Animales transgénicos: Mediante la tecnología del ADN recombinante, se insertan genes por microinyección en el óvulo fecundado.
- Aumentar la resistencia a enfermedades y mejorar la producción.
- Diseñar animales Knockout: se sustituyen genes funcionales por otros mutantes y se examinan los efectos que producen en el animal.
- Crear órganos para trasplantes (xenotrasplantes). Animales anatómicamente similares a nosotros como los cerdos han sido utilizados como donantes, aunque dan problemas de rechazo.
- Granjas farmacéuticas: se utilizan animales como vacas y ovejas para producir medicamentos o sustancias farmacéuticas.
- Plantas transgénicas: Se utilizan plásmidos (bacterias), microinyección o pistola de genes para transferir genes a las plantas.
- Resistencia a plagas o herbicidas.
- Resistencia a heladas, sequías, exceso de acidez y salinidad del medio.
- Adelantar o retrasar la maduración del fruto.
- Mejorar las características del vegetal.
- Producir fármacos.
Terapias Génicas
Permiten curar, prevenir o tratar enfermedades producidas por un gen defectuoso, introduciendo un gen terapéutico.
- T.G. sobre células somáticas: Se tratan células para disminuir los síntomas de una enfermedad. Puede realizarse “in vivo” (en el cuerpo) o “ex vivo” (en laboratorio).
- T.G. de la línea germinal: Se trata el óvulo fecundado.
Clonación Reproductiva
Permite crear clones (copias exactas) de animales mediante trasplante celular (oveja Dolly). Para ello, se incluye el núcleo de una célula de un donante en el óvulo de otra, posteriormente, se implanta en el útero de una gestante para su desarrollo. El individuo clonado será exactamente igual al que donó el núcleo.
Células Madre o Troncales
Son células indiferenciadas que pueden dar lugar a nuevas células madre o, en condiciones adecuadas, generar varios tipos celulares.
Tipos de Células Madre
- Células madre embrionarias:
- Cigoto: célula totipotente capaz de dar todos los tipos celulares e incluso al individuo completo.
- Del embrión temprano o blastocito: Células del exterior del blastocito que generan la placenta.
- Células madre embrionarias del interior del blastocito: son pluripotentes, dan todos los tipos celulares pudiendo generar diversos tipos de tejidos.
- Células madre adultas o del adulto: son multipotentes, solo generan algunos tipos celulares concretos, como por ejemplo las células madre sanguíneas de la médula ósea.
- Células madre fetales: son multipotentes.
- Células del cordón umbilical: son pluripotentes.
- Células germinales embrionarias: con adecuado tratamiento, las células generadoras de óvulos y espermatozoides son pluripotentes.
Proyecto Genoma Humano
Es un proyecto científico para localizar, secuenciar y estudiar la función de todos los genes humanos. El trabajo se repartió entre diferentes laboratorios y se planificó con una duración de 15 años. Entre sus conclusiones más interesantes destacan:
- Contiene 35,000 genes y 3,150 millones de pares de nucleótidos.
- Solo un 5% contiene información para la síntesis de proteínas.
- La diferencia entre dos personas es del 0.01%.
- 223 genes tienen origen bacteriano.
- Coincidimos en un 90% con un chimpancé, 80% con un ratón y 60% con la mosca del vinagre.
Bioética
Conjunto de normas que regulan la investigación y la aplicación de la biotecnología.
Riesgos de la biotecnología:
- En terapia génica: el respeto por la dignidad humana obliga a tratar las enfermedades a título individual, nunca para mejora genética de la humanidad.
- Clonación humana con fines reproductivos: es inaceptable por eliminar la individualidad natural del ser humano. Afecta al patrimonio génico de la persona, su diseño está dispuesto por un tercero.
- Manipulación de células madre: las del adulto no presentan grandes inconvenientes, pero las embrionarias suscitan múltiples inconvenientes éticos, morales y religiosos.
- Genoma humano: el conocimiento público de datos genéticos personales induce discriminación. Las grandes empresas farmacéuticas pretenden patentar los genes para producir medicamentos.
- Transgénicos: modifican o invaden ecosistemas.
- Control del mercado por muy pocas empresas que introducen genes terminator.
- Disminución de la biodiversidad a nivel de ecosistema y especie.
- Transferencia de información genética que provoca contaminación.
- Su consumo puede generar efectos impredecibles.