Es el proceso de agregar manualmente nuevo ADN a un organismo.
El objetivo es proporcionar uno o más rasgos nuevos que aún no se encuentran en ese orgismo.
Entre los ejemplos de organismos genéticamente modificados (transgénicos) actualmente en el mercado se incluyen plantas con resistencia a algunos insectos, plantas que pueden tolerar herbicidas y cultivos con contenido de aceite modificado.
Desarrollos históricos
El término ingeniería genética se refiere inicialmente a varias técnicas utilizadas para la modificación o manipulación de organismos a través de los procesos de herencia y reproducción.
Como tal, el término abarca tanto la selección artificial como todas las intervenciones de técnicas biomédicas, entre ellas la inseminación artificial, la fecundación in vitro (por ejemplo, bebés «probeta»), la clonación y la manipulación genética.
En la última parte del siglo 20, sin embargo, el término vino a referirse más específicamente a los métodos de tecnología de ADN recombinante (o clonación de genes), en la que las moléculas de ADN de dos o más fuentes se combinan dentro de las células o in vitro y luego se insertan en organismos hospedadores en los que pueden propagarse.
La posibilidad de la tecnología de ADN recombinante surgió con el descubrimiento de enzimas de restricción en 1968 por el microbiólogo suizo Werner Arber.
Al año siguiente, el microbiólogo estadounidense Hamilton O. Smith purificó las enzimas de restricción de tipo II, que se descubrieron que eran esenciales para la ingeniería genética por su capacidad para escindir un sitio específico dentro del ADN (en oposición a las enzimas de restricción de tipo I, que escinden ADN en sitios aleatorios).
Basándose en el trabajo de Smith, el biólogo molecular estadounidense Daniel Nathans ayudó a avanzar en la técnica de recombinación de ADN en 1970-71 y demostró que las enzimas de tipo II podrían ser útiles en estudios genéticos.
La ingeniería genética basada en la recombinación fue iniciada en 1973 por los bioquímicos estadounidenses Stanley N. Cohen y Herbert W. Boyer, quienes fueron los primeros en cortar el ADN en fragmentos, reunirse con diferentes fragmentos e insertar los nuevos genes en la bacteria E. coli , que luego fue reproducido.
¿Qué es el ADN?
El ADN es la receta de la vida. Es una molécula que se encuentra en el núcleo de cada célula y se compone de 4 subunidades representadas por las letras A, T, G y C.
El orden de estas subunidades en la cadena de ADN contiene un código de información para la célula. Al igual que el alfabeto inglés compone palabras usando 26 letras, el lenguaje genético usa 4 letras para deletrear las instrucciones sobre cómo hacer las proteínas que un organismo necesitará para crecer y vivir.
Pequeños segmentos de ADN se llaman genes. Cada gen contiene las instrucciones sobre cómo producir una sola proteína. Esto se puede comparar con una receta para hacer un plato de comida. Una receta es un conjunto de instrucciones para hacer un solo plato.
Un organismo puede tener miles de genes. El conjunto de todos los genes en un organismo se llama genoma. Un genoma se puede comparar con un libro de cocina de recetas que hace que ese organismo sea lo que es. Cada célula de cada organismo vivo es como un libro de cocina.
¿Por qué son importantes las proteínas?
Las proteínas hacen el trabajo en las células. Pueden ser parte de estructuras (como paredes celulares, orgánulos, etc.).
Pueden regular las reacciones que tienen lugar en la célula. O pueden servir como enzimas, lo que acelera las reacciones. Todo lo que ves en un organismo está hecho de proteínas o es el resultado de una acción proteica.
¿Cómo es importante el ADN en la ingeniería genética?
El ADN es un «lenguaje universal», lo que significa que el código genético significa lo mismo en todos los organismos. Sería como si todos los libros de cocina de todo el mundo estuvieran escritos en un solo idioma que todos conocieran.
Esta característica es crítica para el éxito de la ingeniería genética. Cuando un gen para un rasgo deseable se toma de un organismo y se inserta en otro, le da al organismo «receptor» la capacidad de expresar ese mismo rasgo.
¿Cómo se hace la ingeniería genética?
La ingeniería genética, también llamada transformación, funciona mediante la eliminación física de un gen de un organismo y su inserción en otro, dándole la capacidad de expresar el rasgo codificado por ese gen.
Es como sacar una receta de un libro de cocina y colocarla en otro libro de cocina.
Técnicas
La mayoría de la tecnología de ADN recombinante implica la inserción de genes extraños en los plásmidos de cepas de laboratorio comunes de bacterias.
Los plásmidos son pequeños anillos de ADN; no son parte del cromosoma de la bacteria (el depósito principal de la información genética del organismo).
No obstante, son capaces de dirigir la síntesis de proteínas y, al igual que el ADN cromosómico, se reproducen y transmiten a la progenie de la bacteria.
Por lo tanto, al incorporar ADN extraño (por ejemplo, un gen de mamífero) en una bacteria, los investigadores pueden obtener un número casi ilimitado de copias del gen insertado. Además, si el gen insertado es operativo (es decir, si dirige la síntesis de proteínas), la bacteria modificada producirá la proteína especificada por el ADN extraño.
Una generación posterior de técnicas de ingeniería genética que surgió a principios del siglo XXI se centró en la edición de genes. La edición genética, basada en una tecnología conocida como CRISPR-Cas9, permite a los investigadores personalizar la secuencia genética de un organismo vivo haciendo cambios muy específicos en su ADN.
La edición de genes tiene una amplia gama de aplicaciones, que se utilizan para la modificación genética de plantas de cultivo y ganado y de organismos modelo de laboratorio (por ejemplo, ratones).
La corrección de los errores genéticos asociados con la enfermedad en animales sugiere que la edición de genes tiene aplicaciones potenciales en la terapia genética para humanos.
El proceso
1. Primero, se necesita un organismo que de manera natural contenga el rasgo deseado.
2. El ADN se extrae de ese organismo. Esto es como sacar todo el libro de cocina.
3. El gen deseado (receta) debe ubicarse y copiarse de miles de genes que se extrajeron. Esto se llama clonación de genes.
4. El gen puede modificarse ligeramente para funcionar de una manera más deseable una vez dentro del organismo receptor.
5. El (los) nuevo (s) gen (es), llamado transgén, se administran en las células del organismo receptor. Esto se llama transformación. La técnica de transformación más común utiliza una bacteria que, naturalmente, manipula genéticamente las plantas con su propio ADN.
El transgen se inserta en la bacteria, que luego lo transporta a las células del organismo que se está diseñando. Otra técnica, llamada método de pistola de genes, dispara partículas de oro microscópicas recubiertas con copias del transgén en las células del organismo receptor.
Con cualquiera de estas técnicas, los ingenieros genéticos no tienen control sobre dónde o si el transgen se inserta en el genoma. Como resultado, se requieren cientos de intentos para lograr solo unos pocos organismos transgénicos.
6. Una vez que se ha creado un organismo transgénico, se utiliza la cría tradicional para mejorar las características del producto final. Entonces, la ingeniería genética no elimina la necesidad de la reproducción tradicional. Es simplemente una forma de agregar nuevos rasgos al grupo.
Aplicaciones
La ingeniería genética ha avanzado en la comprensión de muchos aspectos teóricos y prácticos de la función y organización genética.
A través de técnicas de ADN recombinante, se han creado bacterias que son capaces de sintetizar insulina humana , hormona de crecimiento humano , interferón alfa , una vacuna contra la hepatitis B y otras sustancias médicamente útiles.
Las plantas pueden estar genéticamente ajustadas para permitirles fijar nitrógeno y las enfermedades genéticas posiblemente se pueden corregir reemplazando genes disfuncionales con genes que funcionan normalmente.
No obstante, se ha prestado especial atención a tales logros por temor a que puedan dar lugar a rasgos desfavorables y posiblemente peligrosos en los microorganismos que antes estaban libres de ellos, por ejemplo, resistencia a antibióticos, producción de toxinas o tendencia a causar enfermedades.
Del mismo modo, la aplicación de la edición de genes en humanos ha despertado preocupaciones éticas, particularmente con respecto a su uso potencial para alterar rasgos tales como la inteligencia y la belleza.
¿Cómo se compara la ingeniería genética con la reproducción tradicional?
Aunque el objetivo de la ingeniería genética y la mejora genética tradicional es mejorar los rasgos de un organismo, existen algunas diferencias clave entre ellos.
Mientras que la ingeniería genética mueve manualmente los genes de un organismo a otro, la reproducción tradicional mueve los genes a través del apareamiento o cruce de los organismos con la esperanza de obtener descendencia con la combinación deseada de rasgos.
Usando la analogía de la receta, la reproducción tradicional es como tomar dos libros de cocina y combinar todas las otras recetas de cada uno en un libro de cocina. El producto es un nuevo libro de cocina con la mitad de las recetas de cada libro original. Por lo tanto, la mitad de los genes en la descendencia provienen de cada padre.
La reproducción tradicional es efectiva para mejorar los rasgos, sin embargo, cuando se compara con la ingeniería genética, tiene desventajas. Dado que la cría se basa en la capacidad de aparearse con dos organismos para mover genes, la mejora del rasgo se limita básicamente a los rasgos que ya existen dentro de esa especie.
La ingeniería genética, por otro lado, elimina físicamente los genes de un organismo y los coloca en el otro. Esto elimina la necesidad de apareamiento y permite el movimiento de genes entre organismos de cualquier especie. Por lo tanto, los rasgos potenciales que se pueden usar son virtualmente ilimitados.
La reproducción es también menos precisa que la ingeniería genética. En la cría, la mitad de los genes de cada padre se transmiten a la descendencia. Esto puede incluir muchos genes indeseables para rasgos que no se desean en el nuevo organismo. La ingeniería genética, sin embargo, permite el movimiento de uno o pocos genes.
Controversia
En 1980 los «nuevos» microorganismos creados por la investigación del ADN recombinante se consideraron patentables, y en 1986 el Departamento de Agricultura de EE. UU. Aprobó la venta del primer organismo genéticamente modificado vivo, un virus utilizado como vacuna contra la pseudorrabia, de la cual un solo gen fue cortado.
Desde entonces, se han otorgado varios cientos de patentes para bacterias y plantas genéticamente alteradas.
Sin embargo, las patentes sobre organismos modificados por ingeniería genética y genéticamente modificados, en particular cultivos y otros alimentos, eran un tema polémico, y continuaron siéndolo en la primera parte del siglo XXI.
