4.3. Otras aplicaciones de la ingeniería genética

Mediante ingeniería genética se han modificado gran número de plantas para hacerlas más útiles para el ser humano: son las llamadas plantas transgénicas. Las técnicas utilizadas se clasifican en:

1. Técnicas indirectas, entre las que cabe destacar la transformación de células mediada por Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria presenta en su citoplasma un plásmido Ti (tumor inducing, “inductor del tumor”) que incluye una zona T-ADN que contiene genes oncogénicos (onc). Esta bacteria puede penetrar a través de tejidos lesionados en algunas dicotiledóneas. Seguidamente establece contacto directo con las células vegetales y les transfiere el plásmido Ti, que se integrará en el material genético de la célula vegetal. Los genes onc provocan la formación de un tumor o agalla.
   

   La ingeniería genética usa este proceso para transmitir genes foráneos: del plásmido Ti se eliminan los genes causantes de tumores y se sustituyen por los que interese clonar; después, el nuevo plásmido se inserta en la bacteria que, a su vez, se introduce en las células vegetales de un cultivo; estas últimas se desarrollarán en una planta con características nuevas y sin la enfermedad (ilustración siguiente). De esta manera se ha introducido, por ejemplo, el gen Bt de la bacteria Bacillus thuringiensis, que codifica para una toxina insecticida, en el algodón, las patatas, el maíz…

   
   Transferencia de genes con el plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens.
   

   1. Tratamiento del ADN pasajero y del plásmido con enzimas de restricción y ligasa del ADN.
   2. Introducción del plásmido recombinante en un cultivo de células vegetales.
   3. Regeneración de plantas a partir del cultivo celular (Fuente: ASH).
2. Técnicas directas. Comprenden prácticas como:
   
   • La fusión de protoplasmas (unión de los genomas de dos células vegetales, incluso de especies diferentes, para dar lugar a un híbrido).
   • La selección de mutantes que presenten algún rasgo especialmente interesante.
   • La transferencia directa de genes mediante liposomas, microinyección… Entre los caracteres transferidos destacan:
     
     • Resistencia a herbicidas, a virus y a insectos, como el caso antes citado de la toxina producida por algunas cepas de Bacillus thuringiensis que impiden el desarrollo de las larvas de muchos insectos sobre las plantas transgénicas que portan el gen responsable (como el maíz que se cultiva en España).

     • 	El arroz de la imagen incorpora dos proteínas humanas, lactoferrina y lisozima, usadas en el tratamiento de la diarrea aguda del lactante (actualmente en fase de experimentación). (Fuente: http://www.aporrea.org/ tecno/n79258.html).

       Incremento del rendimiento fotosintético mediante la transferencia de los genes implicados en la ruta fotosintética de plantas C4 (más eficaces en el proceso).
     • Retraso en la maduración, por ejemplo, de tomates por inserción de un gen que inhibe la expresión de la proteína responsable de la maduración.
     • Síntesis de productos de interés comercial, como el interferón usado en el tratamiento de las hepatitis B y C (obtenido en arroz y tabaco transgénicos) y la vacuna contra el cólera producida por patatas transgénicas. Actualmente se evalúan muchos de estos productos para su empleo en la alimentación humana (ilustración derecha).
     • Obtención de plantas capaces de fijar nitrógeno atmosférico (por transferencia de los genes que codifican para la nitrogenasa), por lo que no necesitan abonos nitrogenados.

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Las técnicas de ingeniería genética permiten obtener animales transgénicos con distintas finalidades:

• Producción de proteínas terapéuticas. En este caso, además del gen codificante, se ha de introducir en las células huésped, la secuencia promotora que permite que ese gen se exprese solamente en unas determinadas células. Mediante esta tecnología se ha producido en la leche de oveja la α-antitripsina, una proteína humana que se emplea para curar el edema pulmonar. La misma técnica se ha utilizado para obtener en la leche de cerdos la proteína C humana, que controla la coagulación sanguínea y es necesaria para los hemofílicos.
• Obtención de órganos compatibles con el ser humano (por inoculación de genes humanos, por ejemplo, en cerdos) para usarlos en transplantes entre individuos de distinta especie (xenotransplantes).
• Clonación de individuos. Como hemos mencionado con anterioridad, clonar, en el ámbito de la ingeniería genética, es aislar y multiplicar en un tubo de ensayo un determinado gen o, en general, un fragmento de ADN. Sin embargo, es frecuente aplicar este término a la obtención de uno o varios individuos a partir de una célula somática o de un núcleo de otro individuo, de modo que los individuos clonados sean idénticos o casi idénticos al original. En ganadería, esta técnica tiene como finalidad el conseguir y mantener animales con unas determinadas características: mayor producción cárnica, incremento del volumen de leche…

¿Son peligrosos los organismos transgénicos?

Un transgénico (u organismo modificado genéticamente, OMG) es un organismo vivo portador de material genético perteneciente a especies no emparentadas y transferido a él mediante ingeniería genética. La biotecnología aplicada a los seres vivos presenta una serie de aspectos positivos, algunos de los cuales ya conocemos y otros los intuimos (por ejemplo, sintetizar plantas comestibles que puedan cultivarse en terrenos pobres y en climas muy duros, lo que contribuiría a paliar el hambre en el mundo).

A la izquierda, cerdo transgénico con un 20 % menos de ácidos grasos. Presenta el hocico y las patas amarillas porque se le ha insertado un gen fluorescente para poder distinguirlo de uno normal (fuente: http://www.todoagro.com.ar).

 

Sin embargo, son muchas las voces que se levantan en contra de la utilización de estas técnicas, especialmente en la producción de productos alimentarios, afirmando que existen una serie de riesgos (mayores en especies vegetales, porque se dispersan más fácilmente) como es, por ejemplo, la posibilidad de que los OMG puedan combinarse con especies silvestres e incluso transmitirse de forma imprevisible a otros organismos relacionados (contaminación genética), la aparición de nuevas alergias o de nuevos tóxicos… Es imprescindible un debate sereno y argumentado científicamente para valorar tales riesgos.

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El avance en las técnicas de secuenciación del ADN, del análisis del genoma y de la bioinformática ha permitido el desarrollo de la genómica que abarca todas las ciencias y técnicas que estudian el funcionamiento, la evolución y el origen de los genomas. A diferencia de la genética clásica en la que a partir de un fenotipo, generalmente mutante, indaga el o los genes responsables del carácter mostrado, la genómica tiene como objetivo predecir la función de los genes a partir de su secuencia.

Dentro del campo de la genómica, el trabajo más conocido es el Proyecto Genoma Humano (PGH), una investigación internacional en la que participaron China, Francia, Alemania, Japón, Reino Unido y, principalmente, Estados Unidos, cuya finalidad fue secuenciar el genoma humano. Se inició oficialmente en
1990 y en 2003 finalizó, gracias a los grandes avances tecnológicos. El Genoma humano fue declarado
Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO en 1997.

De estas investigaciones se han podido extraer varias conclusiones iniciales: las diferencias de composición de los exones son relativamente constantes; solo una de cada mil bases difieren de un individuo a otro (unos tres millones de letras), y muchas discrepancias son irrelevantes.

El objetivo inicial del PGH fue no solo secuenciar los tres mil millones de pares de bases del genoma humano, sino también identificar todos los genes (fase actual del proyecto) y almacenar esta información en una base de datos electrónica, el Database of human genome, de libre acceso (actualmente existe otra base de datos, el GenBank, que contiene todos los datos públicos de secuencias de ADN).

Conocer y descifrar el genoma permitirá desarrollar nuevas biotecnologías y tratamientos mediante terapia génica de casi todas las enfermedades con un origen genético como, por ejemplo, algunos tipos de cáncer o la enfermedad de Alzheimer.

También existen otros centros de información como el National Center for Biotechnology Information (NCBI) que permiten conocer las secuencias de cientos de miles de genes de distintos organismos.

De forma paralela a la Genómica se ha desarrollado otra ciencia, la Proteómica que estudia el proteoma celular. El proteoma celular es la totalidad de proteínas que se expresan en una célula particular, en un momento concreto del ciclo celular y en determinadas condiciones medioambientales, aunque también es frecuente utilizar el término aplicado al conjunto completo de proteínas que posee un determinado organismo (de forma análoga al genoma pero referido a proteínas). El estudio de las proteínas se ha revelado mucho más complejo que el del genoma y, así, de forma similar al PGH, surge en 2001 el Proyecto Proteoma Humano (PPH), que tiene como principales objetivos desarrollar las técnicas de análisis de proteínas, la construcción de bancos de datos de las expresiones proteicas —como la Protein Data Bank (banco de datos de proteínas) que recoge datos de distintos laboratorios y que son de libre acceso—, la integración de datos genómicos y proteómicos, relacionar determinadas enfermedades con anomalías en ciertas proteínas, desarrollar nuevos medicamentos, descubrir nuevos biomarcadores aplicables al diagnóstico precoz del cáncer...

La electroforesis y la cromatografía líquida, así como la espectrometría de masas son dos de las técnicas utilizadas en la Proteómica.