Las aplicaciones de la biotecnología
Las mismas herramientas que viste en la página anterior (PCR, enzimas de restricción, ligasa, plásmidos, CRISPR) se usan hoy para fabricar insulina, diseñar cultivos de maíz, limpiar un derrame de petróleo como los de la Amazonía, identificar a una persona con una gota de sangre o discutir si conviene editar un embrión. En esta página recorres 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?
Fíjate 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.
Nombra dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explica brevemente en qué consiste cada una.
Nombra dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explica brevemente en qué consiste cada una.
¿Qué es la terapia génica? Pon un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explica su fundamento.
¿Qué es la terapia génica? Pon un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explica su fundamento.
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:
- 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. Justifica qué barreras biológicas (moleculares y electrostáticas) impiden su entrada y explica cómo el encapsulamiento en nanopartículas lipídicas resuelve este problema.
- b) Una vez en el citosol de las células del hospedador, describe qué orgánulo traduce el ARNm y rebate 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.
- c) Compara la seguridad de esta vacuna con una clásica de virus atenuados en una persona con inmunodeficiencia grave: predice qué riesgo de reversión o replicación patogénica presenta la vacuna atenuada que no existe en absoluto con la vacuna de ARNm y justifica tu razonamiento.
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. Explica qué ocurre en cada etapa y razona qué ventajas ofrece este método frente a…
El esquema resume, en cuatro etapas numeradas, cómo se obtiene hoy la insulina humana. Explica qué ocurre en cada etapa y razona qué ventajas ofrece este método frente a la extracción de insulina a partir de páncreas de cerdos o vacas.
Agricultura y alimentación: transgénicos
En Ecuador, el maíz es la base de las humitas y del choclo con queso, y en el INIAP se trabaja en el mejoramiento de cultivos. Una plaga como el gusano cogollero del maíz arruina cosechas si no se aplican insecticidas repetidamente. ¿Se puede dotar a la propia planta de una defensa permanente?
En Ecuador la Constitución de 2008 declara al país libre de cultivos y semillas transgénicos, con excepciones, así que el debate es también social y legal: ¿conviene o no cultivarlos?
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, chicha, cerveza artesanal) y biocombustibles (etanol por fermentación, biodiésel).
El maíz Bt incorpora un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis que produce una toxina insecticida. Expón 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. Expón 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 (como los de petróleo en la Amazonía): 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 río, 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 y verduras, restos de poda) y los convierten en abono.
En las plantas de tratamiento de aguas residuales intervienen bacterias y otros microorganismos. Explica qué papel desempeñan en la depuración del agua.
En las plantas de tratamiento de aguas residuales intervienen bacterias y otros microorganismos. Explica qué papel desempeñan en la depuración del agua.
La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explica en qué consiste esta técnica y qué condiciones deben darse para que los…
La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explica 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.
Antes del caso: la respuesta inmunitaria en breve
Cuando un patógeno o una célula anómala entra al cuerpo, el sistema inmunitario reconoce sus antígenos (moléculas de su superficie). Los linfocitos B producen anticuerpos que se unen a esos antígenos. Los linfocitos T citotóxicos reconocen con su receptor las células infectadas o tumorales (las células diana) y las destruyen. Algunos linfocitos quedan como células de memoria y responden más rápido la próxima vez. Si el sistema falla o ataca células sanas, aparecen anomalías como las alergias o las enfermedades autoinmunes.
Resumen
Vuelve al principio: la misma caja de herramientas sirve para curar, producir, limpiar e identificar, pero cada aplicación exige evaluar beneficios, riesgos y ética.