La biotecnología · Las técnicas de la biotecnología
Las técnicas de ingeniería genética
En un laboratorio de Santa Cruz de la Sierra, un equipo debe confirmar si una muestra de sangre de un paciente contiene el parásito del Chagas, y en otro se estudia cómo lograr que una bacteria fabrique insulina humana. Para ambas cosas hay que poder copiar, cortar, pegar y leer el ADN. Hace unas décadas era un trabajo de años; hoy un laboratorio lo hace en una tarde. En esta página vas a conocer las herramientas que lo hacen posible: PCR, electroforesis, enzimas de restricción, clonación molecular, organismos transgénicos y CRISPR-Cas9.
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
En una escena de crimen, en un resto óseo que analiza un equipo de antropología forense o en una gota de sangre de un paciente con sospecha de Chagas, a veces solo hay una cantidad mínima de ADN, insuficiente para analizarla. ¿Cómo conseguir millones de copias idénticas del fragmento que interesa, sin usar células vivas?
Si cada ciclo duplica las copias, después de $n$ ciclos hay $2^n$ moléculas por cada molécula inicial. Con 30 ciclos son más de mil millones.
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¿Qué es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y para qué se utiliza? Nombra dos situaciones prácticas en las que resulte imprescindible amplificar ADN.
¿Qué es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y para qué se utiliza? Nombra dos situaciones prácticas en las que resulte imprescindible amplificar ADN.
El ciclo de la PCR: desnaturalización, hibridación y extensión
Electroforesis en gel: separar y leer fragmentos
Después de una PCR o de un corte con enzimas, ¿cómo se sabe qué fragmentos de ADN hay en el tubo y de qué tamaño son? Se los separa por electroforesis en gel.
El ADN tiene carga negativa (por los grupos fosfato). Se siembra la muestra en un gel poroso, se aplica una corriente eléctrica y los fragmentos migran hacia el polo positivo. El gel actúa como un tamiz: los fragmentos pequeños avanzan más rápido y llegan más lejos; los grandes quedan más cerca de donde se sembró. Al teñir el ADN se ven bandas, una por cada tamaño de fragmento.
Para leer un gel se compara cada banda con las del marcador (un conjunto de fragmentos de tamaño conocido). En la muestra 1 hay dos bandas; en la muestra 2 hay tres bandas, y las tres coinciden con las del marcador. Esto es lo que se hace al comparar perfiles genéticos: si dos muestras tienen las mismas bandas, tienen el mismo patrón de fragmentos.
Enzimas de restricción: tijeras moleculares
Cuando un virus que ataca bacterias (un bacteriófago) inyecta su ADN en una bacteria, ese ADN a veces es cortado en pedazos y el ADN de la propia bacteria queda intacto. ¿Cómo reconoce la bacteria lo que debe cortar?
También sirven para analizar ADN: cortar una muestra con una enzima y separar los fragmentos por electroforesis produce un patrón de bandas que depende de dónde estén las secuencias de corte.
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¿Qué son las enzimas de restricción, de qué organismos se obtienen y cuál es su función en la ingeniería genética?
¿Qué son las enzimas de restricción, de qué organismos se obtienen y cuál es su función en la ingeniería genética?
Cuando preparas pan, yogur o chicha, ¿estás haciendo biotecnología? Sí: usas seres vivos para obtener un producto útil.
La biotecnología tradicional aprovecha microorganismos sin modificar su ADN: levaduras para el pan y la chicha, bacterias lácticas para el yogur y el queso. La ingeniería genética modifica de forma dirigida el ADN de un organismo, como en las bacterias que fabrican insulina.
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¿Qué es un organismo transgénico? Pon un ejemplo y explica, en líneas generales, cómo se obtiene.
¿Qué es un organismo transgénico? Pon un ejemplo y explica, en líneas generales, cómo se obtiene.
Tú no eres idéntico a tus hermanos aunque tengan los mismos padres. ¿Por qué?
La recombinación natural ocurre sin intervención humana: en la meiosis, los cromosomas homólogos intercambian fragmentos, y la fecundación combina los ADN de dos progenitores, lo que da variabilidad en la reproducción sexual. En la reproducción asexual la variabilidad es menor y proviene sobre todo de mutaciones. La recombinación artificial la hace el laboratorio: corta ADN de distinto origen con enzimas de restricción y lo une con ligasa.
Clonación molecular y organismos transgénicos
Antes, la insulina para tratar la diabetes se obtenía del páncreas de animales como cerdos o reses, con costos altos y riesgo de reacciones alérgicas. ¿Cómo lograr que una bacteria fabrique de forma ilimitada una proteína humana?
Un ejemplo es la bacteria que produce insulina humana; otro, el maíz o la soya modificados para resistir plagas o herbicidas. Para obtener un transgénico se aísla el gen de interés, se lo inserta en un vector y se lo introduce en las células del organismo receptor; en bacterias se usa un plásmido. En plantas, por ejemplo, se suele usar una bacteria del suelo (Agrobacterium) o se dispara el ADN a las células, y luego se regenera una planta completa a partir de las células modificadas. Cómo se usan estos organismos y qué debates generan se trata en el apartado de aplicaciones.
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¿Qué es un organismo transgénico? Pon un ejemplo y explica, en líneas generales, cómo se obtiene.
¿Qué es un organismo transgénico? Pon un ejemplo y explica, en líneas generales, cómo se obtiene.
Ordena los pasos necesarios para clonar un gen humano en bacterias y justifica el orden: introducir el plásmido recombinante en la bacteria, cortar el gen y el plásmido…
Ordena los pasos necesarios para clonar un gen humano en bacterias y justifica el orden: introducir el plásmido recombinante en la bacteria, cortar el gen y el plásmido con la misma enzima de restricción, unir el gen al plásmido con ADN ligasa, seleccionar y multiplicar las bacterias transformadas.
Vuelve al principio: para detectar el parásito del Chagas en una gota de sangre se amplifica su ADN por PCR y se comparan las bandas en un gel; para que una bacteria fabrique insulina humana se corta, se pega y se clona el gen.
¡A practicar! 1 ejercicios de nivel medio en este apartado