Esta tecnología surgió como respuesta a la necesidad de segmentos genéticos específicos en cantidades suficientes para el análisis bioquímico.
El método implica recortar el segmento deseado del ADN circundante y copiarlo millones de veces.
El éxito de la tecnología del ADN recombinante, mediante el cual las células microbianas se pueden diseñar para producir proteínas extrañas.
Se basa en la lectura fiel de los genes correspondientes por la maquinaria de células bacterianas y ha alimentado la mayoría de los avances recientes en la biología molecular moderna.
Durante los últimos veinte años, los estudios de secuencias de ADN clonadas nos han proporcionado un conocimiento detallado de la estructura y organización génica.
Estos han proporcionado pistas sobre las vías reguladoras mediante las cuales la célula controla la expresión génica en los múltiples tipos de células que componen el plan corporal vertebrado básico.
La ingeniería genética, mediante la cual un organismo puede modificarse para incluir nuevos genes diseñados con las características deseadas, es ahora una práctica habitual en los laboratorios de investigación básica.
Ha proporcionado los medios para producir grandes cantidades de proteínas normales y mutantes altamente purificadas para un análisis detallado de su función en el organismo.
Los avances recientes en esta tecnología también han cambiado el curso de la investigación médica.
Se están desarrollando nuevos y emocionantes enfoques para explotar el enorme potencial de la investigación del ADN recombinante en el análisis de los trastornos genéticos.
La nueva capacidad para manipular el material genético humano ha abierto caminos radicalmente nuevos para el diagnóstico y el tratamiento, y tiene consecuencias de gran alcance para el futuro de la medicina.
Sin embargo, los principios básicos del ADN recombinante, como la estructura del ADN en sí, son sorprendentemente simples.
Clonación de ADN
La clonación molecular proporciona un medio para explotar el crecimiento rápido de células bacterianas para producir grandes cantidades de fragmentos de ADN idénticos, que por sí solos no tienen la capacidad de reproducirse.
El fragmento de ADN a amplificar se inserta primero en un vector de clonación. Los vectores más populares actualmente en uso consisten en pequeñas moléculas circulares de ADN (plásmidos) o virus bacterianos (fagos).
Los vectores contienen información genética que permite que la maquinaria de replicación de ADN bacteriana los copie. Después de la inserción del ADN extraño, el plásmido o vector de fago se reintroduce en una célula bacteriana.
El creciente cultivo bacteriano replica el ADN extraño, junto con el vector, en cientos de copias por célula. Este proceso produce clones múltiples e idénticos de la molécula recombinante original.
Es fácil cosechar vectores del cultivo bacteriano y liberar los fragmentos de ADN extraños amplificados con la misma enzima de restricción utilizada para insertar el fragmento de ADN original en el vector.
El poder de la clonación molecular es notable: un litro de células bacterianas diseñadas para amplificar un único fragmento de ADN humano de clones puede producir aproximadamente diez veces la cantidad de un segmento de ADN específico que podría purificarse del contenido celular total de todo el cuerpo humano.
Para el análisis de tramos largos de ADN, se han desarrollado vectores eucarióticos que pueden crecer en levadura que pueden contener megabases de ADN extraño.
Estos vectores imitan la estructura cromosómica de la levadura, por lo que se replican junto con los cromosomas de levadura nativos cada vez que se divide una célula de levadura.
Los Cromosomas Artificiales de Levadura, o YACs, a menudo son la única forma de clonar genes extremadamente grandes, incluidos intrones enormes, todo en una pieza continua.
Los YAC también proporcionan una forma de propagar ADN en una célula eucariótica, donde la modificación del ADN, una parte importante de la maquinaria reguladora genética eucariótica, es más probable que se conserve (más sobre esto más adelante).
Los YAC son cada vez más útiles en muchos proyectos genómicos en curso, ya que pretendemos comprender la metaestructura de los cromosomas, donde la ubicación y disposición de los genes dentro del ADN «basura» que los rodea puede contener información reguladora aún no descubierta para el empaquetado y la accesibilidad.
Amplificación de ADN recombinante
El segmento de ADN a amplificar se separa del ADN genómico circundante por escisión de enzimas de restricción, que a menudo produce extremos escalonados o pegajosos.
En el ejemplo ilustrado aquí, la enzima de restricción EcoRI reconoce la secuencia palindrómica GAATTC, y corta en cada cadena entre G y A (las dos cadenas del ADN genómico son verde y púrpura).
El vector plasmídico (marrón) se prepara para aceptar el fragmento de ADN genómico aislado cortando el ADN plasmídico circular en un solo sitio con la misma enzima de restricción.
Generando extremos adhesivos que son complementarios a los extremos adhesivos del fragmento de ADN genómico.
El ADN genómico cortado y el plásmido linearizado se mezclan juntos en presencia de una enzima ligasa, que se une a los enlaces en la cadena principal del ADN a cada lado de la unión del ADN plásmido-genómico.
Esta molécula de ADN recombinante se introduce luego en las bacterias que pueden absorber el ADN plasmídico y luego replican el plásmido a medida que crece el cultivo.
¿Por qué es importante el ADNr?
El ADN recombinante ha ido ganando importancia en los últimos años, y solo será más importante en el siglo 21 como genética las enfermedades se vuelven más frecuentes y el área agrícola se reduce. Debajo están algunas de las áreas donde el ADN recombinante tendrá un impacto:
- Mejores cosechas (sequía y resistencia al calor).
- Vacunas recombinantes (es decir, hepatitis B).
- Prevención y cura de la anemia de células falciformes.
- Prevención y cura de la fibrosis quística.
- Producción de factores de coagulación.
- Producción de insulina.
- Producción de productos farmacéuticos recombinantes.
- Plantas que producen sus propios insecticidas.
- Línea germinal y terapia génica somática.
¿Cómo funciona el ADNr?
El ADN recombinante funciona cuando la célula hospedadora expresa la proteína de los genes recombinantes.
El huésped no producirá una cantidad significativa de proteína recombinante a menos que exprese se agregan factores.
La expresión de proteína depende de que el gen esté rodeado por una colección de señales que proporcionan instrucciones para la transcripción y la traducción del gen por la célula.
Estas señales incluyen el promotor, la unión ribosómica y el terminador. Los Vectores de expresión, en los que se inserta el ADN extraño, contine estas señales.
Las señales son específicas de la especie. En el caso de E. Coli, estos las señales deben ser señales E. Coli ya que es poco probable que E. Coli entienda las señales de promotores y terminadores humanos.
