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La biotecnología · Las técnicas de la biotecnología

Las aplicaciones de la biotecnología

La misma caja de herramientas —PCR, enzimas de restricción, clonación, CRISPR— se usa hoy para fabricar insulina, diseñar cultivos de maíz resistentes a plagas en el Medio Oeste, limpiar derrames de petróleo 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 hereditarias antes de que un embrión nazca. Instituciones como la FDA, los NIH y los CDC evalúan y vigilan muchas de estas aplicaciones.

Terapia génica y vacunas basadas en ácidos nucleicos

Hace décadas, bebés con inmunodeficiencia combinada grave (SCID) nacían sin defensas y debían vivir en burbujas estériles, como el famoso «niño burbuja» de Houston. Años después, la terapia génica permitió introducir una copia funcional del gen ADA en los linfocitos de otros pacientes con SCID y devolvérselos, con mejoras importantes en su sistema inmunitario. ¿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

Cómo llega una vacuna de ARNm hasta el ribosoma

El ARNm libre no puede entrar en una célula por tres razones. Primero, las enzimas llamadas ARNasas lo cortan en minutos. Segundo, es una molécula grande con carga negativa (por sus grupos fosfato), y la membrana plasmática también tiene una superficie con carga negativa, así que se repelen. Tercero, la bicapa de fosfolípidos tiene una región interior hidrofóbica que las moléculas grandes y cargadas no pueden atravesar solas.

La solución son las nanopartículas lipídicas: pequeñas esferas de lípidos que envuelven el ARNm, lo protegen de las ARNasas y se fusionan con la membrana o entran por endocitosis. Una vez en el citosol, los ribosomas leen el ARNm y fabrican la proteína del patógeno (por ejemplo, la proteína de la espiga de un virus con envoltura). Esa proteína se presenta al sistema inmunitario, que produce anticuerpos y células de memoria. El ARNm se degrada pronto y no se integra en el ADN.

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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

En los campos de maíz de Iowa y Nebraska, la oruga del taladro del maíz perfora los tallos y puede arruinar cosechas completas a menos que se apliquen 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?

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 depuración de aguas

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)
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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.

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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.

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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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Resolver un caso que integra biotecnología e inmunidad

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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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Para resolver una situación nueva (como las que aparecen en un examen de fin de curso, EOC), identifica la modificación molecular, la célula implicada, su función y una limitación. La aplicación no se explica solo nombrando una técnica.

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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