Biología para ingenieros/Historia y fundamentos de la biotecnología

Fundamentos básicos de la biotecnología

Definición de biotecnología

La biotecnología es el uso, comercial o industrial, y la alteración de sistemas biológicos naturales como organismos, células o moléculas biológicas con el fin de lograr algún objetivo deseado por los seres humanos, como la producción de alimentos, biocombustibles, medicamentos, entre otros.

Conceptos clave sobre biotecnología

ADN Recombinante: ADN que contiene genes o partes de genes de dos o más organismos, por lo general de especies diferentes.

Organismos genéticamente modificados (OGM): Organismos cuya genoma ha sido modificado, por lo general mediante tecnología de ADN recombinante.

Organismo transgénico:Es un OGM al que se le han añadido genes de otro organismo, es decir ADN exógeno, generalmente de otro organismos.

Ingeniería genética: Proceso mediante el cual se utiliza la tecnología del ADN recombinante para modificar el genoma de organismos

Genoma:ADN total en una célula

Genes: Unidades discretas que contienen la información genética. Se encuentran en los cromosomas compuestos de proteína y ADN.

ADN:Es es responsable de transmitir los caracteres de la herencia. Consta de largas cadenas hechas de subunidades llamadas nucleótidos, los cuales constan de un grupo fosfato una azúcar llamada desoxirribosa una de cuatro bases nitrogenadas: guanina (G), citosina (C), timina (T) y adenina (A).

Transformación bacteriana:Ocurre cuando las bacterias toman ADN del ambiente, estas incorporaciones pueden ser parte del cromosoma de otras bacterias de diferente especie, así como plásmidos.

Figura 1: Transformación bacteriana (a) tomando ADN de un fragmento de cromosoma o (b) de plásmidos

Plásmidos: Moléculas pequeñas de ADN bacteriano extracromosómico que pueden replicarse de manera independiente.

Plásmido recombinante:Plásmido que tiene empalmado ADN ajeno.

Recombinación en la reproducción sexual:Durante la meiosis I, los cromosomas homólogos heredados de cada progenitor, intercambian ADN al entrecruzarse. Esto da como resultado la combinación de ADN de dos organismos diferentes.

Transposón:Elemento genético móvil que puede cortarse a sí mismo de un lugar del genoma e insertarse en otra posición diferente.

Bacteriófagos: Virus que infectan bacterias.

Enzimas de restricción: También conocidas como tijeras moleculares. Son aquellas enzimas que se usan para cortar la secuencia de ADN en lugares específicos.

Sitio de restricción: Secuencia de ADN que contiene el sitio que será identificado y posteriormente cortado por una enzima de restricción específica.

Secuencias palindrómicas: Secuencias de ADN que se leen igual en ambas direcciones, 5’ → 3’ y 3’ → 5’.

Biblioteca de ADN genómico: Colección de miles de fragmentos de ADN que representan a todo el ADN en el genoma de un organismo.

Intrones: Regiones de genes de eucariotas que no codifican para ninguna proteína.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): Técnica molecular en la que el ADN es amplificado millones de veces en pocas horas sin que sea necesaria la clonación en una célula.

Intrones:Regiones de genes de eucariotas que no codifican para ninguna proteína.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): Técnica molecular en la que el ADN es amplificado millones de veces en pocas sin que sea necesaria la clonación en una célula.

Clonación:Producción de copias genéticamente idénticas de ADN, células u organismos, a través de medios asexuales.

Terapia génica: Terapia que busca curar enfermedades reparando, insertando, borrando o alterando genes específicos en las células de un paciente.

Biorremediación:Proceso que hace uso de microorganismos o plantas para desintoxicar el ambiente de contaminantes. Por ejemplo, bacterias capaces de descomponer el petróleo.

Contexto histórico de la biotecnología

Aunque suene a algo muy moderno, la biotecnología no es una ciencia nueva, pues muchas de sus aplicaciones se practican desde la antigüedad, adquiriendo métodos cada vez más modernos conforme se van dando los avances en ciencia y tecnología. La historia ha evidenciado que diferentes culturas, como los griegos, chinos, babilonios y egipcios; han manipulado y utilizado organismos en su beneficio desde aproximadamente el año 2000 a.C. La domesticación de animales para su uso como ganado, el uso de microorganismos para lograr la fermentación necesaria para hacer pan, queso, yogur y vinos; son ejemplos clásicos de biotecnología, pues el hombre hace manipulación genética indirecta.

La crianza selectiva ha sido usada por el hombre a lo largo de miles de años para mejorar la producción alimenticia, emparejando organismos con ciertos rasgos de interés para que estos se reproduzcan. Esto se utiliza frecuentemente con animales de granja, por ejemplo, para reproducir ovejas que den una mayor cantidad de lana, o con plantas como el maíz, buscando que este sea más grande.

Otra aplicación importante y ampliamente estudiada de la biotecnología es el uso de antibióticos. En 1928, Alexander Fleming descubrió accidentalmente que el moho Penicillium inhibe el crecimiento de una bacteria llamada Staphylococcus aureus, cuando sin querer, sus cultivos fueron contaminados por el moho. Los trabajos posteriores de Fleming llevaron al descubrimiento y purificación de la penicilina, uno de los antibióticos más usados en el mundo. En 1940, la penicilina se convirtió en un producto de amplia disponibilidad para el uso médico en el tratamiento de las infecciones bacterianas en personas. En las décadas de 1950 y 1960, los avances en bioquímica y biología celular hicieron posible purificar grandes cantidades de antibióticos de muchas variedades de bacterias.

A partir de 1960, ocurrió un rápido avance en conocimientos de biología molecular y genética, lo que llevó a un mayor entendimiento de la estructura y función del DNA. Gracias a esto y a las nuevas tecnologías, la ciencia ha conseguido la clonación de genes, la capacidad de identificar y reproducir un gen en concreto, así como la manipulación del ADN de los organismos mediante ingeniería genética.

El surgimiento de la ingeniería genética ha logrado que los científicos puedan combinar ADN de diferentes organismos. Gracias a esto, la tecnología del ADN recombinante ha tenido un gran impacto en la salud humana, permitiendo la identificación de enfermedades genéticas, así como la producción de moléculas como la insulina, la hormona del crecimiento humano y factores coagulantes, indispensables para muchas personas en tratamientos médicos. Adicionalmente, la tecnología del ADN recombinante también dio paso a cientos de aplicaciones, como el desarrollo de plantas resistentes a enfermedades, cultivos de mayor, productividad, y microorganismos capaces de degradar contaminantes medioambientales.

Uno de los más recientes y grandes logros de la tecnología del ADN recombinante ha sido el Proyecto del genoma humano, el cual inició en 1990 con el objetivo de identificar todos los genes contenidos en el ADN y trazar sus localizaciones en cada cromosoma contenido en las células humanas. Este proyecto considera un esfuerzo a nivel internacional, cuyo potencial benéfico para el ser humano es ilimitado, y traerá grandes efectos sobre la ciencia y en especial la medicina, en un futuro próximo.

Anexos

Véase también

Notas

Proyecto: Biología para ingenieros

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Referencias