Definiciones Fundamentales en Biología Molecular
Para comprender la biología molecular y la biotecnología, es esencial conocer los siguientes términos:
- ADN (Ácido Desoxirribonucleico): Es una molécula formada por la unión de otras moléculas más sencillas llamadas nucleótidos. Es el portador de la información genética de todos los seres vivos.
- Nucleótido: Son las unidades que forman las cadenas de ADN. Están formadas por: una molécula de ácido fosfórico, una pentosa o glúcido (desoxirribosa o ribosa) y una base nitrogenada.
- Cromatina: Asociación de ADN a proteínas llamadas histonas. Se encuentra solo en células eucariotas.
- Cromosoma: Condensación de la cromatina cuando la célula se va a dividir. Tienen forma de bastón.
- Gen: Secuencia de ADN con instrucciones para la síntesis de una proteína.
Características Químicas y Estructurales de la Molécula de ADN
El ADN está constituido por dos largas cadenas enrolladas en una doble hélice. Las dos cadenas son complementarias químicamente y están unidas por sus bases nitrogenadas. La adenina (A) de una cadena solo se une a la timina (T) de la otra (A=T), y la citosina (C) a la guanina (G) (C≡G).
Procesos Centrales de la Biología Molecular: Replicación, Transcripción y Traducción
Estos tres procesos son fundamentales para la expresión y transmisión de la información genética:
- Replicación: Proceso por el cual una molécula de ADN hace una copia exacta de sí misma, para ello utiliza como molde una de las dos cadenas originales. Este proceso sucede justo antes de la división celular.
- Transcripción: Proceso de síntesis de ARN a partir de ADN. El ARN que lleva el mensaje genético para dirigir la síntesis de proteínas es el ARNm (mensajero).
- Traducción: Proceso por el cual el mensaje contenido en el ARNm es traducido para la síntesis de una proteína. Tres bases nitrogenadas del ARNm (codón) equivalen a uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas, según el código genético. Los ribosomas se mueven a lo largo del ARNm leyendo codón tras codón y uniendo los aminoácidos.
Biotecnología Moderna: Conceptos y Aplicaciones
¿Qué es la Biotecnología Moderna?
La biotecnología moderna implica la manipulación deliberada de material genético (ADN) de los organismos vivos con el fin de fabricar o modificar un producto, mejorar animales o plantas, o desarrollar microorganismos con capacidades determinadas para un uso específico.
Herramientas Clave de la Biotecnología
La biotecnología utiliza diversas técnicas avanzadas:
- Técnica del ADN recombinante: Permite crear un elevado número de copias de un fragmento de ADN y conocer su secuencia de nucleótidos.
- Técnica de la ingeniería genética: Permite la transferencia de genes de unos organismos a otros y conseguir organismos genéticamente modificados (transgénicos).
- Técnicas de clonación celular: Permiten la reparación de tejidos y órganos adultos dañados o defectuosos.
- Técnicas de cultivo de células y tejidos: Permiten mantener y crecer in vitro células, órganos y embriones durante largos periodos de tiempo.
Áreas de Aplicación de la Biotecnología
La biotecnología tiene un impacto significativo en diversas áreas:
- Medicina
- Agricultura y ganadería
- Industria
- Medio ambiente
¿Qué es el ADN Recombinante?
Cualquier molécula de ADN formada por la unión de segmentos de ADN de origen diferente. Para ello, es necesario cortar, aislar, pegar, reproducir y secuenciar fragmentos de ADN de cualquier organismo.
La Huella Genética: Obtención y Utilidad
Es el patrón de bandas características y exclusivas del ADN de cualquier organismo que se obtiene mediante la técnica de electroforesis en gel de agarosa.
Biochips o Chips de ADN: Tecnología y Uso
Un biochip consiste en láminas de vidrio con microscópicas celdillas donde se colocan una cantidad de fragmentos de ADN de cadena simple cuya secuencia de nucleótidos actúa como sonda para un gen determinado. Cualquier fragmento de ADN que hibride con una de ellas podrá ser identificado como un gen concreto, simplemente localizando su posición.
Clonación de un Fragmento de ADN
Consiste en la obtención de miles de millones de copias idénticas de dicho fragmento de ADN. Para clonarlo, debe introducirse en una molécula transportadora llamada vector, capaz de entrar en una bacteria y replicarse dentro de ella. Los vectores más empleados son los plásmidos bacterianos.
Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)
El ADN se puede amplificar o copiar en un tubo de ensayo sin necesidad de clonarlo. Es una reacción en cadena que origina miles de copias de un segmento específico de ADN mediante la repetición de múltiples ciclos de replicación in vitro. Cada ciclo consta de tres fases:
- Desnaturalización de la cadena: Se separan las hebras de ADN.
- Hibridación con los cebadores: Son moléculas cortas de ADN de cadena simple complementarias a las secuencias que flanquean el gen que se va a copiar.
- Síntesis mediante la ADN polimerasa: Comienza desde los cebadores, extendiendo la nueva cadena.
Organismos Genéticamente Modificados (OGM) o Transgénicos
Son los organismos (bacterias, hongos, plantas y animales) que contienen un gen que procede de otro organismo (un transgén).
Utilidades de las Plantas Transgénicas
Las plantas transgénicas ofrecen diversas ventajas:
- Adquirir resistencia contra herbicidas o plagas.
- Adquirir resistencia a las heladas, sequías, exceso de calor y salinidad del suelo.
- Retrasar la maduración.
- Producir fármacos de interés farmacológico.
Utilidades de los Animales Transgénicos
Los animales transgénicos tienen múltiples aplicaciones:
- Aumento de la resistencia a enfermedades y mejora de la producción.
- Fabricación de órganos para trasplantes, procedentes de otras especies (xenotrasplantes).
- Fabricación de productos de interés biotecnológico (por ejemplo, proteínas terapéuticas en leche).
- Diseño de animales “knockout”: son animales a los que se les ha sustituido un gen funcional por otro mutante para conocer la función del gen.
Terapia Genética: Objetivo y Tipos
Tiene como objetivo tratar, curar y prevenir las enfermedades producidas por un gen defectuoso, introduciendo en el paciente un gen terapéutico o funcional.
- Terapia Genética Somática: Es la corrección de una enfermedad tratando cualquier célula del cuerpo, excepto las germinales (óvulos o espermatozoides).
- Terapia Genética de la Línea Germinal: Introduce genes en células germinales (óvulos o espermatozoides) o en óvulos fecundados, lo que implica que la modificación se transmite a la descendencia.
Células Madre: Definición y Tipos
Las células madre o troncales son células indiferenciadas que pueden tanto dividirse indefinidamente produciendo nuevas células madre, como, en condiciones adecuadas, diferenciarse en uno o varios tipos de células especializadas.
- Cigoto: Totipotente (puede originar un individuo completo).
- Células Madre Embrionarias: Pluripotentes (pueden dar cualquier tipo de célula, pero no el individuo completo).
- Células Madre Adultas: Multipotentes (pueden originar algunos tipos celulares específicos).
Clonación Reproductiva y Terapéutica
El objetivo de la clonación reproductiva es crear animales genéticamente idénticos entre sí e idénticos al organismo original del que proceden. El objetivo de la clonación terapéutica es generar un embrión clónico del que obtener células madre embrionarias derivadas del propio paciente para usos médicos (autoterapéuticos).
El Genoma Humano: Composición y Descubrimientos
Es el conjunto de todos los genes que posee nuestra especie, repartido entre los 23 pares de cromosomas que tenemos en nuestro organismo. Se sabe que consta de aproximadamente 35,000 genes (Nota del editor: este número es una estimación y ha variado con el avance de la investigación, actualmente se estima en unos 20,000-25,000 genes codificantes de proteínas), que no se encuentran regularmente repartidos en los cromosomas. Tan solo un pequeño porcentaje del ADN humano consta de genes portadores de instrucciones. Una gran parte de nuestro ADN procede de virus y bacterias que anteriormente han infectado a los antepasados de nuestra especie, y una persona difiere de otra en aproximadamente un 0.1% de su ADN.
Importancia de la Bioética
La bioética estudia los problemas éticos que surgen en la aplicación de las ciencias biomédicas y sus tecnologías, las cuales pueden influir y modificar la vida, tanto humana como la de otros organismos.