Ingeniería Genética

Introducción

La siguiente investigación se dio por el objetivo de conocer todo al respecto de la ingeniería genética, en qué consistía y que se podía crear con ella. Se conoce como ingeniería genética ese conjunto de herramientas o métodos de manipulación de genes, pudiendo así unir genes diferentes, clonar y crear ADN artificial; todo esto llega a poseer diferentes usos dependiendo de lo que se desea hacer. Para realizar una unión o aislamiento de ADN, se utiliza lo que es llamado ADN recombinante, el cual consiste en la unión artificial de dos fragmentos de ADN, este ADN recombinante posee una tecnología para su creación, utilizando diferentes mecanismos, como ya se ha dicho, para así poder separar, cortar y unir dicho gen con un gen diferente. Las enzinas de restricción son una herramienta de uso indispensable para la creación del ADN recombinante, ya que ella son como un tipo de tijera, y además un tipo de pegamento para la separación y unión del ADN. Este método tiene como utilización la superproducción, creación de bacterias, etc. Aparte de esto también tenemos la técnica de los protoplastos que se efectúa para producir dos o mas células para crear un hibrido asmático, esto se utiliza para la producción de cepas de interés biotecnologico. Ya sabiendo las técnicas de aislamiento y unión de genes, hay también maneras de producción o cultivo de las células, que se hace con métodos especiales para asi poder lograr estudiar de manera detallada el proceso de su producción. Otro tema a tratar es lo conocido como animales transgénicos, que consiste en aquellos animales que fueron modificados por la inserción de un gen ajeno al del mismo. Estos animales los utilizan para diferentes tareas como estudio de enfermedades, incremento de la calidad del producto, desarrollo del gen, etc. Además de modificar ser vivos, el ser humano logra lo que es llamado la clonación, que consiste en la clonación de un individuo creando asi otro ser genéticamente idéntico a este, por métodos ajenos a los sexuales. El único experimento con éxito en un mamífero en cuanto a la clonación es la conocida oveja Dolly.

ADN recombinante

El ADN recombinante es la molécula la cual es creada por la tecnología del ADN recombinante; consiste en la unión artificial de dos fragmentos de ADN. Se conoce como tecnología del ADN recombinante a aquellas herramientas de la ingeniería genética las cuales permiten aislar un gen del organismo para así realizar su manipulación incluso llegando a agregarse otro diferente entre muchas otras cosas. Esta tecnología comenzó por las décadas de los años 70 luego de descubrir que el ADN no era más que una cadena de nucleótidos, con este descubrimiento se abrió paso a nuevos estudios y al final la creación de la tecnología del ADN recombinante.

En sus primeras etapas se buscaba la posibilidad de manejar los genes, como era el poder aislarlos, amplificarlos, saber su secuencia exacta, etc. Al conocerse más del tema se pudo lograr la creación de bacteria mediante estos mecanismos.

Actualmente podemos hacer que una bacteria produzca una proteína humana y lograr una superproducción, como en el caso de la insulina humana, que actualmente es producida por bacterias en grandes recipientes de cultivo, denominados biorreactores. Como las bacterias se multiplican muy rápidamente y pueden expresar grandes cantidades de proteínas, es posible lograr una sobreproducción de la proteína deseada. A esto justamente se dedica la biotecnología, es decir a la utilización de organismos vivos o de sus productos con fines prácticos.

El desarrollo de la tecnología del ADN recombinante fue posible gracias a varias líneas de investigación:

1) el conocimiento de las enzimas de restricción.

2) la replicación y reparación de ADN.

3) la replicación de virus y plásmidos.

4) la síntesis química de secuencias de nucleótidos.

• Tijeras moleculares: enzimas de restricción

En 1975 Daniel Nathans y Hamilton O. Smith descubrieron un tipo de proteínas -las enzimas endonucleasas o enzimas de restricción- que actúan como "tijeras moleculares", cortando la doble cadena de ADN a través del esqueleto de fosfatos sin dañar las bases.

Las enzimas de restricción son moléculas indispensables como herramienta en la ingeniería genética, ya que produce fragmentos que se pueden unir entre sí fácilmente (con la ayuda de un "pegamento molecular": la enzima ligasa). Además de esto las enzimas de retriccion son producidas por bacterias como método de defensa contra virus y degradan a aquel ADN extraño del cual se protegen. A su vez, el propio genoma bacteriano está protegido contra sus enzimas de restricción mediante metilaciones (es decir, el agregado de un grupo de metilo (CH3)) en un átomo especifico de ciertos nucleótidos.

Las enzimas de restricción cortan dejando extremos cohesivos. Generados cuando la enzima corta las dos hebras asimétricamente, dejando los extremos de cada hebra de simple cadena complementarios entre sí.

• ¿Cómo introducir ADN recombinante en las bacterias?

Una vez que se supo cómo fabricar ADN recombinante usando enzimas de restricción y ligasas, el desafio siguiente fue cómo producir grandes cantidades de genes y cómo introducirlos en bacterias u otras células huésped.

El primer problema fue solucionado con el uso de plásmidos, pequeñas moléculas de ADN circular presente en muchas bacterias.

Los plasmidos contienen uno o más genes de resistencia a antibióticos y son capaces de autorreplicarse, ya que contienen una secuencia de iniciación. Esto les permite replicarse de manera independiente del ADN genómico

Podemos crear una molécula de ADN recombinante usando un plásmido. Este proceso consta de las siguientes etapas:

1) Cortamos el ADN circular del plásmido con enzimas de restricción, para generar extremos cohesivos.

2) Cortamos el ADN que queremos multiplicar. Debemos asegurarnos de que los extremos del plásmido y los del ADN a insertar sean complementarios y puedan unirse.

3) Unimos el gen que queremos introducir (inserto) por medio de la enzima ADN-ligasa y luego introducimos el plásmido con inserto en bacterias.

4) Seleccionamos las bacterias que hayan introducido el plásmido con la ayuda de antibióticos. Dado que los plásmidos contienen un gen de resistencia a antibiótico, al exponer las bacterias a ese antibiótico, sólo las que hayan incorporado el plásmido (y con él la resistencia) sobrevivirán, mientras que las que no lo tengan morirán.

Esta es una manera relativamente eficaz de obtener millones de copias del ADN incorporado. Dado que todas las copias del gen provienen de una sola molécula multiplicada a partir de una única bacteria que dio origen a la colonia, esta técnica lleva el nombre de clonación. El término clon proviene de la jardinería; desde hace siglos los jardineros generan plantas nuevas a partir de gajos. Estas plantas son genéticamente idénticas y constituyen un clon.

Un clon es un grupo de células u organismos genéticamente idénticas.

El uso fragmentos de ADN como vectores cumple un rol fundamental en la ingeniería genética, ya que sirven para transferir material genético de un organismo a otro.

Vector cualquier organismo o virus capaz de mover genes de un organismo a otro.

Función de los Protoplastos

La fusión de protoplastos es una técnica de biotecnología en la cual se produce la fusión de las membranas de dos o más células dando lugar a un híbrido somático. La técnica es ampliamente empleada para introducir variabilidad en las cepas de interés biotecnológico. Típicamente se realiza mediante protoplastos vegetales, esto es, células vegetales desprovistas de pared celular, si bien también puede efectuarse empleando otros taxones, como algunos hongos.

La técnica de fusión de protoplastos surge como especialidad o aplicación a partir de las técnicas de aislamiento y cultivo de protoplastos, que permiten la obtención de células desprovistas de pared celular gracias a la acción de enzimas líticos (celulasas, pectinasas) obtenidos de microorganismos (Aspergillus sp.; Trichoderma viride; Rhizopus sp.), y su posterior crecimiento (división celular, formación de microcallos y regeneración de plántulas por vía organogénica o embriogénica).

Aunque circunstancialmente ocurren fusiones espóntaneas entre protoplastos, y en este hecho se encuentra el origen de esta técnica, es necesario aumentar la eficacia del proceso y «dirigirlo» mediante sistemas de inducción adecuados. Los procesos de inducción son de dos tipos: Químicos, en ellos se usan sustancias aglutinantes como el polietilenglicol (PEG) o el dimetilsulfóxido (DMSO) y, Físicos, como la electrofusión, que consiste en la inducción de una dipolarización de los protoplastos mediante corrientes alternas de alta frecuencia, que van a hacer contactar y alinearse a los protoplastos siguiendo las líneas del campo eléctrico generado, y en ese momento con un pulso de corriente continua se consigue la fusión de las células.

Cultivo de Células y Tejidos

Los cultivos celulares son esenciales en la investigación científica, ya que permiten estudiar los procesos que ocurren en las células, y en diversas aplicaciones de la biotecnología, como la producción de moléculas de interés industrial,

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