Ingeniería genética

La ingeniería genética es la manipulación directa de los genes de un organismo usando la biotecnología para modificar los genes, eliminarlos o duplicarlos para alterar la composición genética de un organismo. 

Se trata de un conjunto de técnicas usadas para cambiar las características de un organismo modificando su material genético, manipulando directamente sus genes, combinando diferentes moléculas de ADN, insertando nuevos genes, eliminándolos o incluyendo varias copias.

Los avances en la manipulación de genes ha permitido obtener microorganismos que produzcan moléculas importantes para los humanos, como hormonas proteicas, proteínas no hormonales, vacunas, interferón, e interleucinas.

La ingeniería genética de microorganismos se basa en introducir el gen encargado de la producción de una determinada molécula que se pretende conseguir, procedente del ADN donante, en el material genético de una bacteria, normalmente plásmidos. Después, las bacterias pueden producir dicha molécula. 

Las enzimas endonucleasas de restricción se encargan de romper el enlace entre los nucleótidos por el sitio específico. Los fragmentos del ADN donante se unen con los plásmidos rotos formando plásmidos recombinantes que contienen el ADN donante.

El ADN recombinante es una molécula de ADN artificial creada en laboratorio por la unión de secuencias de ADN provenientes de dos organismos distintos.

Este proceso se logra mediante la utilización de enzimas de restricción, que cortan el ADN en determinados lugares, y la ADN ligasa, la enzima encargada de unir las distintas secuencias de ADN cortadas. Al introducir este ADN recombinante en un organismo, se modifica su información genética y se alteran los rasgos existentes o aparecen nuevas características. La producción de una proteína no presente en un organismo determinado y producidas a partir de ADN recombinante, se llaman proteínas recombinantes.

Minestrone Soup at English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

La tecnología del ADN recombinante tiene una gran variedad de aplicaciones:

• La producción de fármacos y vacunas: El ADN recombinante se utiliza para la producción de muchos fármacos, como antibióticos, insulina, vacunas y tratamientos contra el cáncer. Por ejemplo, la insulina humana se produce a partir de bacterias modificadas genéticamente que contienen el gen de la insulina humana.
• El desarrollo de nuevos tratamientos médicos: El ADN recombinante se utiliza para el desarrollo de nuevos tratamientos médicos para algunas enfermedades, como las enfermedades genéticas, el cáncer y las infecciones. Por ejemplo, se están desarrollando vacunas contra el VIH y el SIDA utilizando ADN recombinante.
• La mejora de los cultivos y los alimentos: El ADN recombinante se utiliza para mejorar los cultivos y los alimentos, mejorando la resistencia a las plagas y enfermedades, aumentando del rendimiento y mejorando la calidad nutricional. Por ejemplo, se han desarrollado cultivos de maíz resistentes a las plagas utilizando ADN recombinante.
• La investigación biológica: El ADN recombinante se utiliza en muchas investigaciones biológicas, como la investigación del cáncer, la genética humana y el desarrollo de nuevos medicamentos. Por ejemplo, se está utilizando ADN recombinante para estudiar los genes que están asociados con el cáncer.
• Técnicas de edición genética: consisten en la modificación del genoma mediante eliminación, inserción o reemplazamiento de una secuencia de ADN.
• Enzimas de restricción: las enzimas de restricción (o endonucleasas de restricción) son enzimas capaces de reconocer una secuencia determinada de nucleótidos dentro de una molécula de ADN y cortar en ese punto concreto. A este punto de corte se le llama sitio o diana de restricción. El corte se produce por hidrólisis del enlace fosfodiéster entre nucleótidos. Después, las ADN-ligasas son las enzimas que unirán los extremos de los fragmentos de ADN generados por las endonucleasas de restricción.
• Vectores génicos o vectores de clonación: Un vector génico es un agente que transfiere información genética, por algún medio, de un organismo a otro, normalmente un virus o un plásmido. En biotecnología, se utiliza un vector de clonación para llevar el ADN recombinante desde una célula donadora hasta otra célula receptora a la que se le inserta el gen que se quiere transferir. Después, se infecta la célula hospedadora con ese vector recombinante obteniéndose la célula transgénica. Por tanto, los vectores de clonación son moléculas de ADN capaces de transportar ADN extraño y replicarse dentro de un organismo hospedador.

Algunos de los tipos más comunes de vectores de clonación son:

• PCR o Reacción en Cadena de la Polimerasa: mecanismo por el que se consigue obtener gran número de copias de un gen o fragmento de ADN. PCR son las siglas en inglés de Polymerase Chain Reaction o Reacción en Cadena de la Polimerasa en español. Se trata de una técnica de biología molecular que permite amplificar o hacer copias de un fragmento específico de ADN en grandes cantidades, a partir de una pequeña muestra inicial.