Las aplicaciones de la biotecnología

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 en que hay dos estrategias distintas con material genético:

• 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.

• 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.

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:

1. Se aísla el gen humano de la insulina.

2. Con enzimas de restricción y ligasa se inserta en un plásmido (ADN recombinante).

3. El plásmido se introduce en una bacteria (o levadura), que lo expresa.

4. Se cultiva a gran escala en biorreactores y se purifica la insulina.

Agricultura y alimentación: transgénicos

En el Perú rige una moratoria al ingreso de organismos vivos modificados (OVM) para cultivo, pero sí se importan soja y maíz transgénicos para alimentos y forraje. Mientras tanto, el país conserva cientos de variedades de papa nativa y de maíz, y se debate cómo protegerlas. Una plaga como el gusano cogollero 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, pisco, chicha de jora, cerveza artesanal) y biocombustibles (etanol por fermentación, biodiésel).

Ambiente: biorremediación, depuración y compostaje

• Derrames de hidrocarburos: como los ocurridos en la Amazonía por roturas de oleoductos o en el mar frente a la costa del Callao, hay bacterias capaces de usar el petróleo como fuente de carbono y energía que lo degradan a compuestos simples. Necesitan oxígeno, nutrientes (nitrógeno y fósforo) y una temperatura adecuada.

• 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.

• Compostaje: los microorganismos descomponen residuos orgánicos (restos de verduras, poda) y los convierten en abono.

• Bioconstrucción: por ejemplo los techos verdes, que mejoran la eficiencia energética de un edificio (mención breve).

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

En el Perú, la huella genética la usan la Policía y el Ministerio Público, y el RENIEC maneja los datos de identidad con el DNI. 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.

Repaso: herencia y enfermedades

Las leyes de Mendel siguen siendo la base para predecir la herencia de una enfermedad. Con un alelo dominante $A$ y uno recesivo $a$, el cruce de dos portadores $Aa \times Aa$ da $\frac{1}{4}\ AA$, $\frac{1}{2}\ Aa$ y $\frac{1}{4}\ aa$. Si la enfermedad es recesiva, solo $aa$ la padece: probabilidad de $25\%$. En la herencia ligada al sexo (como el daltonismo, recesivo en el cromosoma X) los varones $X^dY$ la expresan con un solo alelo. En un pedigrí, dos padres sanos con una hija enferma indican herencia recesiva autosómica.

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 aplicación nueva, siempre conviene identificar: la modificación molecular, el organismo implicado, su función y una limitación.

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.