La biotecnología · Las técnicas de la biotecnología
Las técnicas de ingeniería genética
Para identificar a una persona a partir de una gota de sangre, o para que una bacteria fabrique insulina humana, hay que poder copiar, cortar, pegar y leer el ADN. Hace unas décadas era un trabajo de años; hoy un laboratorio como el del Instituto Conmemorativo Gorgas lo hace en una tarde. En esta página vas a conocer las herramientas que lo hacen posible: PCR, electroforesis, enzimas de restricción, clonación molecular y CRISPR-Cas9.
Qué es la biotecnología
El sancocho, el pan y la chicha fermentada se preparan desde hace siglos con microorganismos, aunque nadie sabía que existían. ¿Es eso biotecnología? Sí, y también lo es una bacteria que fabrica insulina humana.
Biotecnología clásica: aprovecha microorganismos sin modificar su ADN, como las levaduras y bacterias de la fermentación del pan, el yogur, el queso, el vinagre y las bebidas fermentadas. Biotecnología moderna: manipula directamente el ADN con las técnicas de ingeniería genética que verás en esta página.
Etapas históricas: (1) fermentaciones y domesticación de plantas y animales desde hace miles de años; (2) Pasteur y la microbiología en el siglo XIX; (3) estructura del ADN (Watson, Crick, Franklin y Wilkins, 1953); (4) ADN recombinante en los años 70; (5) PCR, secuenciación y edición génica.
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
En una escena de crimen, o en un resto biológico que analizan en el Instituto de Medicina Legal, 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
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El esquema muestra un ciclo de PCR con sus tres pasos numerados y la temperatura de cada uno. Explica qué ocurre en cada paso y razona por qué cada uno requiere su…
El esquema muestra un ciclo de PCR con sus tres pasos numerados y la temperatura de cada uno. Explica qué ocurre en cada paso y razona por qué cada uno requiere su temperatura característica.
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?
Antes la insulina para tratar la diabetes, una enfermedad frecuente en Panamá, se obtenía de páncreas de animales, 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.
El vector es la molécula que transporta el gen al interior de la célula. Los más usados son los plásmidos: pequeños círculos de ADN bacteriano que se copian solos y suelen llevar un gen de resistencia a un antibiótico. Un ejemplo de laboratorio escolar es el plásmido pGLO, que lleva un gen de una medusa que produce proteína fluorescente verde: las bacterias transformadas brillan bajo luz ultravioleta y se seleccionan con facilidad. 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.
CRISPR-Cas9 permite editar el genoma con gran precisión. Explica de forma sencilla qué función desempeña la guía de ARN y qué función desempeña la proteína Cas9 en esta…
CRISPR-Cas9 permite editar el genoma con gran precisión. Explica de forma sencilla qué función desempeña la guía de ARN y qué función desempeña la proteína Cas9 en esta técnica.
Vuelve al principio: para identificar a una persona con una gota de sangre se amplifica el 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! 3 ejercicios de nivel medio en este apartado