Las aplicaciones de la biotecnología
Una familia de Suchitoto cultiva maíz y se le arruina la cosecha por el gusano cogollero. En el hospital de la zona, una vecina con diabetes se inyecta insulina cada día. Las mismas herramientas que viste en la página anterior (PCR, enzimas de restricción, ligasa, plásmidos, CRISPR) se usan hoy para fabricar insulina, diseñar cultivos resistentes a plagas, limpiar un derrame de combustible, identificar a una persona con una gota de sangre o discutir si conviene editar un embrión. En esta página recorrés 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?
Fijate 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.
Nombrá dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explicá brevemente en qué consiste cada una.
Nombrá dos aplicaciones de la biotecnología en el campo de la salud y explicá brevemente en qué consiste cada una.
¿Qué es la terapia génica? Poné un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explicá su fundamento.
¿Qué es la terapia génica? Poné un ejemplo de enfermedad que se intente tratar con esta estrategia y explicá 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.
Los pasos 2 y 3 son las técnicas de ADN recombinante y clonación molecular que viste en la página de las técnicas de ingeniería genética (BIOTEC-TECNIC): el plásmido actúa como vector y la bacteria transformada como huésped.
El esquema resume, en cuatro etapas numeradas, cómo se obtiene hoy la insulina humana. Explicá qué ocurre en cada etapa y razoná qué ventajas ofrece este método frente a…
El esquema resume, en cuatro etapas numeradas, cómo se obtiene hoy la insulina humana. Explicá qué ocurre en cada etapa y razoná qué ventajas ofrece este método frente a la extracción de insulina a partir de páncreas de cerdos o vacas.
Agricultura y alimentación: transgénicos
En El Salvador el maíz y el frijol son la base de la alimentación, y plagas como el gusano cogollero pueden arruinar una siembra de maíz si no se aplican insecticidas repetidamente. ¿Se puede dotar a la propia planta de una defensa permanente?
Otras aplicaciones agroalimentarias: micropropagación (obtener muchas plantas idénticas a partir de pequeños fragmentos de tejido), biofertilizantes (microorganismos que favorecen el crecimiento), alimentos fermentados (yogur, pan, curtido fermentado, cerveza artesanal) y biocombustibles (etanol por fermentación, biodiésel).
Mejoramiento genético tradicional y contemporáneo
El mejoramiento tradicional (selección artificial e hibridación) elige y cruza individuos con las características deseadas dentro de la misma especie; tarda muchas generaciones y mezcla miles de genes a la vez. El mejoramiento contemporáneo (transgénesis y edición genética) modifica uno o pocos genes concretos, en menos tiempo, y la transgénesis puede traer genes de otra especie.
Ejemplo: un agricultor de Chalatenango selecciona cada año las mazorcas más grandes de su maíz criollo y cruza las mejores variedades (tradicional). El maíz Bt recibe un solo gen de una bacteria (transgénesis). Con CRISPR se podría cambiar una sola base del gen de la propia planta, sin añadir genes ajenos (edición).
En ambos casos conviene valorar la seguridad, el efecto ambiental, el acceso de los agricultores a las semillas y el consentimiento informado de la sociedad.
El maíz Bt incorpora un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis que produce una toxina insecticida. Explicá 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. Explicá 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 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 guineo, restos de verduras, poda, pulpa de café) 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. Explicá qué papel desempeñan en la depuración del agua.
En las plantas de tratamiento de aguas residuales intervienen bacterias y otros microorganismos. Explicá qué papel desempeñan en la depuración del agua.
La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explicá en qué consiste esta técnica y qué condiciones deben darse para que los…
La biorremediación emplea microorganismos para limpiar derrames de hidrocarburos. Explicá 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 en una tienda de Soyapango 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 (la primera célula, recién formada por la fecundación; si se edita ahí, todas las células del embrión derivarían de ella) una mutación hereditaria grave (por ejemplo, la de la enfermedad de Huntington). Ambos elementos se introducirían en el cigoto por microinyección (con una aguja finísima bajo el microscopio). 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 restringe o prohíbe y el debate bioético sigue abierto.
Un consorcio biomédico propone aplicar la tecnología CRISPR/Cas9 en cigotos humanos viables para corregir una mutación autosómica dominante responsable de la enfermedad…
Un consorcio biomédico propone aplicar la tecnología CRISPR/Cas9 en cigotos humanos viables para corregir una mutación autosómica dominante responsable de la enfermedad de Huntington antes de implantar el embrión.
- a) Describí los dos elementos moleculares indispensables del sistema CRISPR/Cas9 que deben microinyectarse en el cigoto y explicá cómo actúan coordinadamente para reconocer y cortar con precisión la secuencia de ADN diana.
- b) En los ensayos experimentales se detectan dos problemas técnicos mayores: cortes fuera de diana (efectos off-target) y mosaicismo genético (algunas células del blastocisto portan la edición y otras conservan el alelo original sin editar). Justificá a nivel molecular y del desarrollo embrionario por qué surge el mosaicismo y predecí qué consecuencias para la salud conllevaría en el individuo nacido.
- c) Distinguí con precisión entre edición génica somática y edición génica de la línea germinal. Justificá científicamente por qué la modificación de la línea germinal en embriones suscita un rechazo ético y legal mucho mayor en la comunidad internacional que la terapia génica aplicada a células somáticas de un paciente adulto.
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
Volvé al principio: la misma caja de herramientas sirve para curar, producir, limpiar e identificar, pero cada aplicación exige evaluar beneficios, riesgos y ética.