Las aplicaciones de la biotecnología
Las mismas herramientas que vio en la página anterior (PCR, enzimas de restricción, ligasa, plásmidos, CRISPR) se usan hoy para fabricar insulina, diseñar cultivos de maíz y soya, limpiar un derrame de combustible en una costa como la del golfo de Nicoya, identificar a una persona con una gota de sangre o discutir si conviene editar un embrión. En esta página usted recorrerá las aplicaciones por sector (salud, agricultura, ambiente y justicia) y, en cada una, la pregunta de fondo: ¿para qué sirve y qué implicaciones tiene?
Salud: terapia génica y vacunas
Hay niños que nacen con inmunodeficiencia combinada grave por un gen ADA defectuoso: sin defensas, deben vivir aislados. Se logró introducir una copia funcional del gen en sus propios linfocitos y devolvérselos. ¿Cómo puede un ácido nucleico funcionar como medicamento?
Fíjese en que hay dos estrategias distintas con material genético:
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Terapia génica: un vector (a menudo un virus modificado, incapaz de causar enfermedad) lleva una copia funcional del gen a las células. Ejemplos: inmunodeficiencias congénitas, algunas formas hereditarias de ceguera.
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Vacunas: entrenan al sistema inmunitario antes de la infección. Pueden ser de virus atenuados o inactivados, de proteínas, o de ARNm. En una vacuna de ARNm se inyectan las instrucciones para fabricar una proteína del patógeno; las células la producen de forma temporal y el sistema inmunitario aprende a reconocerla. El ARNm no se integra al ADN ni modifica el genoma, así que no es terapia génica.
El ARNm libre no serviría como vacuna: en la sangre lo degradan enzimas (ARNasas) en pocos minutos, y además es una molécula grande y con carga negativa, igual que la cara externa de la membrana plasmática, que lo repele y no lo deja pasar. Por eso se encapsula en nanopartículas lipídicas: una cubierta de lípidos que protege al ARNm de las ARNasas y se fusiona con la membrana, de modo que lo libera en el citosol, donde los ribosomas lo traducen.
Nombre dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explique brevemente en qué consiste cada una.
Nombre dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explique brevemente en qué consiste cada una.
¿Qué es la terapia génica? Ponga un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explique su fundamento.
¿Qué es la terapia génica? Ponga un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explique su fundamento.
Biofármacos: el caso de la insulina
Hasta los años 80, la insulina para la diabetes se extraía de páncreas de cerdos y vacas: era caro, dependía del número de animales y podía causar reacciones alérgicas por no ser exactamente humana. Hoy se produce así:
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Se aísla el gen humano de la insulina.
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Con enzimas de restricción y ligasa se inserta en un plásmido (ADN recombinante).
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El plásmido se introduce en una bacteria (o levadura), que lo expresa.
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Se cultiva a gran escala en biorreactores y se purifica la insulina.
El esquema resume, en cuatro etapas numeradas, cómo se obtiene hoy la insulina humana. Explique qué ocurre en cada etapa y razone qué ventajas ofrece este método frente…
El esquema resume, en cuatro etapas numeradas, cómo se obtiene hoy la insulina humana. Explique qué ocurre en cada etapa y razone qué ventajas ofrece este método frente a la extracción de insulina a partir de páncreas de cerdos o vacas.
Agricultura y alimentación: transgénicos
En Costa Rica se han hecho investigaciones con cultivos modificados genéticamente, y universidades como la UCR y el CATIE trabajan en el mejoramiento de cultivos como el maíz, el frijol y el café. Una plaga como el barrenador del maíz arruina cosechas si no se aplican insecticidas repetidamente. ¿Se puede dotar a la propia planta de una defensa permanente?
Otras aplicaciones agroalimentarias: hibridación y cruzamientos (mejora tradicional dentro de la misma especie), micropropagación (obtener muchas plantas idénticas a partir de pequeños fragmentos de tejido), biofertilizantes (microorganismos que favorecen el crecimiento), alimentos fermentados (yogur, pan, queso, cerveza artesanal) y biocombustibles (etanol por fermentación, biodiésel).
El maíz Bt incorpora un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis que produce una toxina insecticida. Exponga 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. Exponga dos ventajas de este cultivo transgénico y dos riesgos o críticas que se le señalan.
Ambiente: biorremediación, depuración y compostaje
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Derrames de hidrocarburos: bacterias capaces de usar el petróleo como fuente de carbono y energía lo degradan a compuestos simples. Necesitan oxígeno, nutrientes (nitrógeno y fósforo) y una temperatura adecuada.
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Depuración de aguas residuales: en las plantas depuradoras, bacterias y otros microorganismos descomponen la materia orgánica disuelta antes de devolver el agua al cauce, en tanques donde se controla el oxígeno. Los humedales artificiales hacen algo parecido con plantas y microorganismos del sustrato.
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Compostaje: los microorganismos descomponen residuos orgánicos (cáscaras de frutas, restos de verduras de la feria del agricultor, poda) y los convierten en abono.
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Bioconstrucción: por ejemplo los techos verdes, que mejoran la eficiencia energética de un edificio (mención breve).
En las plantas de tratamiento de aguas residuales intervienen bacterias y otros microorganismos. Explique qué papel desempeñan en la depuración del agua.
En las plantas de tratamiento de aguas residuales intervienen bacterias y otros microorganismos. Explique qué papel desempeñan en la depuración del agua.
La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explique en qué consiste esta técnica y qué condiciones deben darse para que los…
La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explique en qué consiste esta técnica y qué condiciones deben darse para que los microorganismos degraden el contaminante con eficacia.
Huella genética y edición de embriones: el debate bioético
En la escena de un robo solo queda una mota de saliva seca en un vaso. ¿Cómo se convierte una cantidad casi invisible de ADN en una prueba que distinga a una persona entre millones?
Con la PCR se amplifican varios STR a partir de una gota de sangre, un cabello con raíz o saliva. Como el número de repeticiones varía tanto, la combinación de varios STR es en la práctica única de cada persona (salvo gemelos idénticos). Se usa en identificación forense y pruebas de paternidad.
El debate de la edición de embriones
Con CRISPR/Cas9 se podría corregir en un cigoto una mutación hereditaria grave (por ejemplo, la de la enfermedad de Huntington). El sistema usa dos elementos: un ARN guía, que reconoce la secuencia diana por complementariedad, y la nucleasa Cas9, que corta el ADN ahí. Pero hay problemas: cortes fuera de diana (off-target) y mosaicismo (solo algunas células quedan editadas). Además, el cambio se transmitiría a toda la descendencia, y existe el riesgo de usos no terapéuticos (selección de rasgos). Por eso la mayoría de los países lo prohíbe y el debate bioético sigue abierto.
Medicina regenerativa y casos integrados
La medicina regenerativa usa células madre para reparar tejidos dañados (se retoma en el apartado de células madre). Ante una situación nueva, siempre conviene identificar: la modificación molecular, la célula implicada, su función y una limitación.
Resumen
Vuelva al principio: la misma caja de herramientas sirve para curar, producir, limpiar e identificar, pero cada aplicación exige evaluar beneficios, riesgos y ética.