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La biotecnología · Las técnicas de la biotecnología

Las aplicaciones de la biotecnología

Te conviene dominar: La expresión génica (Biología (Biology) (high school))

La misma caja de herramientas —PCR, enzimas de restricción, clonación, CRISPR— se usa hoy para fabricar insulina, diseñar cultivos resistentes a plagas, limpiar derrames de petróleo como el de Deepwater Horizon en el Golfo de México, identificar a una persona a partir de una gota de sangre o, en el límite más discutido, plantearse corregir enfermedades heritables antes de que un embrión nazca. Al final del apartado volverás a este punto de partida.

Terapia génica y vacunas basadas en ácidos nucleicos

Algunos bebés con inmunodeficiencia combinada grave (SCID) nacen sin defensas y deben vivir aislados, como el famoso «niño burbuja» de Houston; hoy, en hospitales de EE. UU. como los de los NIH, se ha logrado introducir una copia funcional del gen ADA en sus propios linfocitos y devolverlos a su organismo. ¿Cómo podemos utilizar los ácidos nucleicos no solo para estudiar una patología, sino como medicamento directo dentro de las células humanas?

Terapia génica: un vector viral (virus modificado) con una copia funcional del gen entra en la célula del paciente por endocitosis y lleva ese gen hasta el núcleo, donde queda el gen corregido. gen funcional vector viral (virus modificado) núcleo gen corregido célula del paciente
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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.

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¿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.

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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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
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Producción de fármacos recombinantes: el caso de la insulina

Producción de insulina recombinante: el gen humano de la insulina se introduce por clonación en un plásmido de una bacteria, que se cultiva a gran escala en biorreactores para obtener insulina humana pura. gen humano de la insulina clonación plásmido con el gen bacteria modificada cultivo a gran escala en biorreactores insulina humana pura
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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.

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Transgénicos agrícolas

Cada temporada en el Cinturón del Maíz (Corn Belt) de Iowa e Illinois, la oruga del barrenador europeo del maíz perfora los tallos y arruina cosechas completas a menos que se fumiguen repetidamente insecticidas químicos que perjudican a otros insectos y al suelo. ¿Es posible dotar a la propia planta de defensas biológicas permanentes incorporando las capacidades defensivas de otro ser vivo? Otro ejemplo: la papaya arcoíris (Rainbow papaya) de Hawái, modificada genéticamente para resistir el virus de la mancha anular (ringspot), ayudó a recuperar la industria papayera de la isla.

El gen Bt pasa del plásmido de la bacteria Bacillus thuringiensis a las células del maíz. La planta fabrica así la proteína Bt, una toxina insecticida que mata a la larva del taladro cuando esta se come la planta. bacteria Bacillus thuringiensis gen Bt transferencia del gen Bt gen Bt proteína Bt célula del maíz Bt maíz Bt toxina insecticida larva del taladro muere al ingerirla
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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.

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Biorremediación y tratamiento de aguas residuales

Biorremediación de un vertido de hidrocarburos en el mar: bacterias degradadoras, junto a la mancha y a las gotas de crudo, usan el petróleo como fuente de carbono y energía. Con oxígeno del aire y nutrientes nitrógeno y fósforo del fertilizante lo transforman en CO₂ y agua y se multiplican. agua de mar fertilizante (N, P) O₂ del aire vertido de hidrocarburos bacterias degradadoras Qué hace cada bacteria hidrocarburos fuente de C y energía O₂ nutrientes (N, P) degrada bacteria CO₂ + H₂O más bacterias (biomasa)

Huella genética forense y el debate ético de la edición de embriones

En la escena de un robo en Chicago solo queda una diminuta mota de saliva seca en el borde de un vaso, invisible a simple vista y con apenas unos picogramos de material biológico. ¿De qué manera puede convertirse esa cantidad casi indetectable de ADN en una prueba irrefutable que distinga a un único sospechoso entre miles de millones de personas?

Mismo locus STR en dos personas: la doble hélice tiene las mismas secuencias flanqueantes, pero la unidad GATA se repite en tándem 3 veces en la persona A y 5 veces en la persona B. Mismo locus STR en dos personas Persona A GATACTAT GATACTAT GATACTAT 5′ 3′ 3′ 5′ 3 repeticiones de GATA Persona B GATACTAT GATACTAT GATACTAT GATACTAT GATACTAT 5′ 3′ 3′ 5′ 5 repeticiones de GATA unidad repetida en tándem (4 pb: GATA) secuencia flanqueante: igual en las dos personas Distinto nº de repeticiones = fragmento de distinta longitud
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En una investigación forense se halla una mínima mancha de sangre en la ropa de una víctima (Muestra). La policía interroga a dos sospechosos (S1 y S2). Asimismo, en un…

En una investigación forense se halla una mínima mancha de sangre en la ropa de una víctima (Muestra). La policía interroga a dos sospechosos (S1 y S2). Asimismo, en un proceso civil paralelo, una mujer (M) reclama a S1 la paternidad de su hijo (H). El laboratorio analiza tres loci de repeticiones cortas en tándem (STR):

Individuo / Muestra Locus 1 Locus 2 Locus 3
Muestra forense 12, 14 9, 11 15, 15
Sospechoso 1 (S1) 12, 14 9, 11 15, 15
Sospechoso 2 (S2) 12, 12 9, 11 15, 17
Madre (M) 10, 14 7, 9 14, 15
Hijo (H) 12, 14 9, 11 15, 16
  1. a) Interpreta los resultados forenses: ¿se puede descartar a alguno de los sospechosos? ¿Permite esta coincidencia afirmar con una certeza absoluta del $100\ \%$ que el sospechoso no descartado es el autor del delito? Justifica tu respuesta considerando la probabilidad estadística y la necesidad de analizar más loci.
  2. b) Analiza los datos de la prueba de paternidad: deduce los alelos paternos obligados que debió recibir el hijo (H) comparando su genotipo con el de su madre (M). A partir de ellos, dictamina de forma razonada si S1 puede ser el padre biológico de H.
  3. c) Explica a nivel cromosómico y molecular qué significa que un individuo presente dos valores distintos en un locus STR frente a uno solo (como en el Locus 3 de S1), y qué técnica analítica permite distinguir estos alelos tras amplificarlos por PCR.
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Flujo de energía y ciclo de la materia en los ecosistemas

Cuando un grupo de la escuela visita Yellowstone, ve que el sol llega a las plantas, los alces comen pasto y los lobos cazan alces. ¿Por qué hay muchos más productores que lobos, y por qué el carbono se recicla pero la energía no?

La productividad primaria bruta (GPP) es la energía química total que fijan los productores por fotosíntesis. Una parte la usan ellos mismos en la respiración celular y se libera como calor; lo que queda es la productividad primaria neta (NPP), es decir, GPP − respiración, y es la energía disponible para los consumidores.

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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.

  1. a) Describe los dos elementos moleculares indispensables del sistema CRISPR/Cas9 que deben microinyectarse en el cigoto y explica cómo actúan coordinadamente para reconocer y cortar con precisión la secuencia de ADN diana.
  2. 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). Justifica a nivel molecular y del desarrollo embrionario por qué surge el mosaicismo y predice qué consecuencias para la salud conllevaría en el individuo nacido.
  3. c) Distingue con precisión entre edición génica somática y edición génica de la línea germinal. Justifica 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.
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Resolver un caso que integra biotecnología e inmunidad

Para resolver una situación nueva, identifica la modificación molecular, la célula implicada, su función y una limitación. La aplicación no se explica solo nombrando una técnica. Así se analizan los tratamientos de inmunoterapia (como las células CAR-T aprobadas por la FDA).

Un linfocito T recibe el gen de un receptor y reconoce una diana en una célula tumoral; si la misma diana está en células de tejido sano, estas también pueden ser atacadas. Linfocito T modificado Célula tumoral ADN con el gen del receptor Receptor Diana Elección de la diana Célula tumoral Diana solo en el tumor → eficacia Tejido sano Diana también en tejido sano → riesgo de toxicidad

Resumen

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