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6° Naturales · Biología, Genética y Sociedad
La biotecnología · Las técnicas de la biotecnología

Las aplicaciones de la biotecnología

Te conviene dominar: La expresión génica (3° año de la Escuela Secundaria (Ciclo Básico))

Una persona con diabetes se inyecta insulina, un productor siembra soja resistente a un herbicida y un laboratorio identifica a alguien a partir de una gota de saliva. Parecen mundos distintos, pero usan la misma caja de herramientas: PCR, enzimas de restricción, vectores y clonación. En este apartado vas a ver para qué se usa esa caja de herramientas, qué ventajas ofrece y qué discusiones abre. La biotecnología no es neutral: cada aplicación tiene usos, riesgos y actores con intereses distintos.

Terapia génica

Hay niños que nacen con una inmunodeficiencia grave porque les falta un gen funcional (el gen ADA) y sus defensas no se desarrollan. En algunos casos se les introdujo una copia sana del gen en sus propios linfocitos y se los devolvió a su organismo. ¿Cómo puede el material genético funcionar como medicamento?

En las enfermedades hereditarias como la fibrosis quística o la distrofia muscular de Duchenne, el problema es un gen alterado. La idea de la terapia génica es darle a las células una copia que funcione. Como el ADN "desnudo" se degrada y casi no cruza la membrana, se usa un vector: muchas veces un virus modificado, que no puede causar la enfermedad, pero que conserva su eficacia natural para entrar en las células y llegar al núcleo.

Terapia génica: un vector viral lleva una copia funcional del gen hasta el núcleo de la célula del paciente, donde queda el gen corregido. vector viral con el gen sano entra célula del paciente núcleo gen corregido
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Nombrá dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explicá brevemente en qué consiste cada una.

Nombrá dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explicá brevemente en qué consiste cada una.

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¿Qué es la terapia génica? Poné un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explicá su fundamento.

¿Qué es la terapia génica? Poné un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explicá su fundamento.

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Fármacos recombinantes: el caso de la insulina

Durante décadas, la insulina para tratar la diabetes se extrajo de páncreas de cerdos y vacas. Hoy casi toda se fabrica con bacterias o levaduras. ¿Cómo hace un microorganismo para producir una proteína humana?

El proceso se resume en cuatro etapas:

Cuatro etapas para obtener insulina recombinante: aislar el gen humano, insertarlo en un plásmido, introducirlo en una bacteria o levadura que se cultiva, y purificar la insulina. 1 2 3 4 Aislar el gen humano de la insulina Insertarlo en un plásmido (enzimas y ligasa) Introducirlo en bacterias o levadura y cultivarlas Purificar la insulina humana y envasarla

Las enzimas de restricción cortan el plásmido y el gen, y la ADN ligasa los une (lo viste en Las técnicas de ingeniería genética). Las bacterias cultivadas en biorreactores se multiplican muy rápido y cada una fabrica la proteína.

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El esquema resume, en cuatro etapas numeradas, cómo se obtiene hoy la insulina humana. Explicá qué ocurre en cada etapa y razoná qué ventajas ofrece este método frente a…

El esquema resume, en cuatro etapas numeradas, cómo se obtiene hoy la insulina humana. Explicá qué ocurre en cada etapa y razoná qué ventajas ofrece este método frente a la extracción de insulina a partir de páncreas de cerdos o vacas.

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Transgénicos agrícolas: el maíz Bt y la soja RR

La oruga del taladro perfora los tallos del maíz y puede arruinar la cosecha, a menos que se fumigue. ¿Se puede dotar a la propia planta de una defensa incorporándole un gen de otro ser vivo?

Así se obtiene una planta transgénica:

Pasos para obtener una planta transgénica: cortar el gen de interés con enzimas de restricción, unirlo a un vector con ligasa, transferirlo a células vegetales y regenerar una planta completa. Cortar el gen de interés con enzimas de restricción Unirlo a un vector (plásmido) con ADN ligasa Transferirlo a células vegetales (bacteria vector o biobalística) Regenerar una planta completa a partir de las células

Maíz Bt

Soja RR

En la Pampa Húmeda, la soja RR lleva un gen que la hace tolerante al herbicida glifosato: se fumiga el campo, mueren las malezas y el cultivo sobrevive. Esta soja se combina con la siembra directa y con el monocultivo en grandes superficies.

Es un buen ejemplo de que una misma tecnología tiene dos lecturas y varios actores:

Actor Lo que suele destacar
Empresas de semillas y agroquímicos Rendimientos, menos laboreo, propiedad de las semillas
Productores agropecuarios Menos costos y menos tiempo de trabajo; dependencia de insumos
ONG y comunidades Agroquímicos y salud, pérdida de biodiversidad
Comunidad científica Evaluar riesgos con datos; investigación independiente
Estado Regular, controlar y equilibrar intereses
Consumidores Información, etiquetado, precio

Dos riesgos que se discuten en estos cultivos:

  • Resistencia: con el uso repetido del mismo herbicida o la misma toxina, sobreviven las malezas o los insectos resistentes y se vuelven más frecuentes (selección natural).

  • Escape genético: el transgén pasa por polen o semillas a variedades silvestres o convencionales emparentadas.

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El maíz Bt incorpora un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis que produce una toxina insecticida. Exponé dos ventajas de este cultivo transgénico y dos riesgos o…

El maíz Bt incorpora un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis que produce una toxina insecticida. Exponé dos ventajas de este cultivo transgénico y dos riesgos o críticas que se le señalan.

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Reto del tema. Asumí el papel de asesor científico y elaborá un informe técnico sobre el impacto real de la biotecnología en nuestro entorno. 1. Obtención de datos…

Reto del tema. Asumí el papel de asesor científico y elaborá un informe técnico sobre el impacto real de la biotecnología en nuestro entorno.

  1. Obtención de datos oficiales: Accedé a la web del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (MAPA) y recopilá la superficie cultivada (en hectáreas) de maíz modificado genéticamente ($MON\,810$) en España durante los últimos tres años disponibles.

  2. Bases de ingeniería genética: Elaborá un esquema explicativo del proceso biotecnológico para crear este OGM, detallando el uso de enzimas de restricción, vectores de clonación, la ADN ligasa y los métodos de transferencia e integración génica.

  3. Análisis de aplicaciones: Compará esta aplicación agronómica con una médica (como la obtención de insulina recombinante o una terapia mediante $CRISPR/Cas9$), calculando la variación porcentual de la superficie cultivada con un decimal (por ejemplo, $+2,5\,\%$).

  4. Dictamen bioético: Redactá una propuesta final razonada valorando la sostenibilidad ambiental, el flujo génico hacia especies silvestres y el impacto socioeconómico del uso de patentes biotecnológicas.

Se valorará:

  • Precisión conceptual en la descripción de las herramientas y etapas del ADN recombinante.

  • Rigor en la obtención, tabulación y análisis porcentual de los datos oficiales del MAPA.

  • Argumentación crítica e integrada sobre las aplicaciones agrícolas y biomédicas con perspectiva bioética.

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Biorremediación y depuración de aguas

Un derrame de petróleo ensucia la costa, y en una planta depuradora llegan cada día aguas llenas de materia orgánica. En los dos casos se recurre a seres vivos diminutos para limpiar. ¿Cómo lo hacen?

Biorremediación: las bacterias usan los hidrocarburos como fuente de carbono y energía, con oxígeno y nutrientes (nitrógeno y fósforo), y los transforman en dióxido de carbono y agua, además de multiplicarse. hidrocarburos (carbono y energía) oxígeno (O₂) nitrógeno y fósforo bacterias CO₂ y H₂O más bacterias
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En las plantas depuradoras de aguas residuales intervienen bacterias y otros microorganismos. Explicá qué papel desempeñan en la depuración del agua.

En las plantas depuradoras de aguas residuales intervienen bacterias y otros microorganismos. Explicá qué papel desempeñan en la depuración del agua.

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La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explicá en qué consiste esta técnica y qué condiciones deben darse para que los…

La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explicá en qué consiste esta técnica y qué condiciones deben darse para que los microorganismos degraden el contaminante con eficacia.

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Huella genética forense, filiación y debate ético

En el borde de un vaso queda una mota de saliva seca, con apenas unos picogramos de ADN. ¿Cómo puede esa cantidad mínima servir para distinguir a una persona entre millones?

Un mismo locus STR en dos personas: las secuencias de los costados son iguales, pero la unidad GATA se repite 3 veces en la persona A y 5 veces en la persona B. Persona A GATAGATAGATA 3 repeticiones Persona B GATAGATAGATAGATAGATA 5 Distinto número de repeticiones = fragmento de distinta longitud

El procedimiento es: se extrae el ADN de la muestra, se amplifica por PCR cada STR elegido y se mide el tamaño de los fragmentos (por electroforesis). Cada persona tiene en cada locus dos variantes (alelos): una heredada de la madre y otra del padre. Con varios loci a la vez, la combinación es prácticamente única, salvo en gemelos monocigóticos.

Cómo se lee un caso de filiación

Un hijo recibe un alelo de cada progenitor. Por eso, en cada locus uno de sus alelos tiene que estar en la madre y el otro en el padre. Si el presunto padre no tiene ese segundo alelo, queda excluido.

Edición de embriones: el debate ético

Con CRISPR sería posible, en teoría, corregir una mutación hereditaria grave en un embrión. Pero ese cambio pasaría a toda la descendencia, sus efectos a largo plazo no están asegurados y abre la puerta a usos no terapéuticos (elegir rasgos). Por eso es uno de los debates más fuertes de la biotecnología. Hay posturas distintas, y lo importante es argumentar con datos.

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En una investigación forense se halla una mínima mancha de sangre en la ropa de una víctima (Muestra). La policía interroga a dos sospechosos (S1 y S2). Asimismo, en un…

En una investigación forense se halla una mínima mancha de sangre en la ropa de una víctima (Muestra). La policía interroga a dos sospechosos (S1 y S2). Asimismo, en un proceso civil paralelo, una mujer (M) reclama a S1 la paternidad de su hijo (H). El laboratorio analiza tres loci de repeticiones cortas en tándem (STR):

Individuo / Muestra Locus 1 Locus 2 Locus 3
Muestra forense 12, 14 9, 11 15, 15
Sospechoso 1 (S1) 12, 14 9, 11 15, 15
Sospechoso 2 (S2) 12, 12 9, 11 15, 17
Madre (M) 10, 14 7, 9 14, 15
Hijo (H) 12, 14 9, 11 15, 16
  1. a) Interpretá los resultados forenses: ¿se puede descartar a alguno de los sospechosos? ¿Permite esta coincidencia afirmar con una certeza absoluta del $100\ \%$ que el sospechoso no descartado es el autor del delito? Justificá tu respuesta considerando la probabilidad estadística y la necesidad de analizar más loci.
  2. b) Analizá los datos de la prueba de paternidad: deducí los alelos paternos obligados que debió recibir el hijo (H) comparando su genotipo con el de su madre (M). A partir de ellos, dictaminá de forma razonada si S1 puede ser el padre biológico de H.
  3. c) Explicá a nivel cromosómico y molecular qué significa que un individuo presente dos valores distintos en un locus STR frente a uno solo (como en el Locus 3 de S1), y qué técnica analítica permite distinguir estos alelos tras amplificarlos por PCR.
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Vacunas de ARNm

Una vacuna de ARNm lleva el ARNm que codifica una proteína del virus (por ejemplo, la de su envoltura). Para que funcione, tiene que superar varias barreras:

  • En la sangre: el ARNm libre lo degradan enseguida las ARNasas (enzimas que cortan ARN).

  • En la membrana: el ARNm es una molécula grande, con muchas cargas negativas por los fosfatos, y la membrana plasmática (con una cara externa también negativa y un interior hidrofóbico) no lo deja pasar.

La solución es encapsularlo en nanopartículas lipídicas, que lo protegen de las ARNasas, enmascaran sus cargas y se fusionan con la membrana o entran por endocitosis.

Vacuna de ARNm: la nanopartícula lipídica entra a la célula, el ARNm se traduce en los ribosomas del citosol, la proteína viral se presenta al sistema inmunitario y el ARNm se degrada. nanopartícula con ARNm citosol ribosoma proteína se presenta al sistema inmunitario: se forman anticuerpos y memoria

En el citosol, los ribosomas traducen el ARNm y fabrican la proteína viral. Fragmentos de esa proteína se muestran en la superficie celular, y el sistema inmunitario produce anticuerpos y células de memoria. Después el ARNm se degrada solo.

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Durante el desarrollo de una vacuna de ARNm contra un virus patógeno con envoltura, el equipo de investigación debe solventar varios obstáculos fisiológicos y celulares:…

Durante el desarrollo de una vacuna de ARNm contra un virus patógeno con envoltura, el equipo de investigación debe solventar varios obstáculos fisiológicos y celulares:

  1. a) Si se inyectara ARNm libre directamente en el torrente circulatorio, sería degradado en cuestión de minutos y resultaría incapaz de atravesar la membrana plasmática. Justificá qué barreras biológicas (moleculares y electrostáticas) impiden su entrada y explicá cómo el encapsulamiento en nanopartículas lipídicas resuelve este problema.
  2. b) Una vez en el citosol de las células del hospedador, describí qué orgánulo traduce el ARNm y rebatí la afirmación errónea de que «las vacunas de ARNm pueden modificar permanentemente el genoma del paciente», aportando dos argumentos biológicos basados en el flujo de la información genética y la compartimentación celular.
  3. c) Compará la seguridad de esta vacuna con una clásica de virus atenuados en una persona con inmunodeficiencia grave: predecí qué riesgo de reversión o replicación patogénica presenta la vacuna atenuada que no existe en absoluto con la vacuna de ARNm y justificá tu razonamiento.
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Resumen

Vuelvo al principio: la insulina, la soja y la gota de saliva usan las mismas técnicas, pero cada aplicación plantea beneficios, riesgos y debates distintos.

Ver todos los ejercicios de este apartado