Contenidos

Sobre los autores viiPrefacio viii

1 El siglo de la biotecnologiay su capital humano 1

1..1.¿Qué es la biotecnologia y qué significapara ti? 2Breve historia de la biotecnología 2Biotecnología: una ciencia de muchas

disciplinas 5Productos de la biotecnología moderna 6Ética y biotecnología 8

1..2 Tipos de biotecnologia 8Biotecnología microbiana 8Biotecnología agrícola 8Biotecnología animal 10Biotecnología forense 10Biorremediación 11Biotecnología acuática 12Biotecnología médica 12Marco normativo de la biotecnología 13«Foto de familia» de la biotecnología 13

1..3 Retos biológicos del siglo xxi 14¿Cómo será el nuevo siglo de la

biotecnología? 14El panorama futuro: ¿cuáles serán los beneficios

del Proyecto del Genoma Humano? 14

1..4 El capital humano de la biotecnologia 18El negocio de la biotecnología 19Organización de una empresa

biotecnológica 19Trabajos en biotecnología 20Salarios en biotecnología 23Tendencias en alza en la industria

biotecnológica 24

Preguntas y Actividades 25Bibliografia y lecturas complementarias 25

2 Introducción a los gene sy genomas 26

2.1.Resumen de la estructura de la célula 27Lascélulasprocariotas 27Lascélulaseucariotas 28

2.2 La molécula de la vida 30

Evidencia de que el DNA es el material genéticoheredado 30

Estructura del DNA 32¿Qué es un gen? 33

2.3 Estructura de los cromosomas,replicación del DNA y genomas 33Estructura del cromosoma 34Replicación del DNA 37¿Qué es un genoma? 38

2.4 El RNA Yla síntesis de proteínas 39Copiar el cÓdigo:TranscripciÓn 40TraducciÓndel cÓdigo:síntesis de proteínas 42Conceptosbásicos del control de la expresiÓn

génica 46

2.5 Mutaciones: Causas y consecuencias 51Tipos de mutaciones 51Las mutaciones pueden ser heredadas

o adquiridas 53Las mutaciones son la base de la variación en los

genomas y una causa de enfermedadesgenéticas humanas 54

Preguntas y Actividades 55Bibliografia y lecturas complementarias 56

3 Tecnologia del DNA recombinantey genómica 57

3.1. Introducción a la tecnologíadel DNA recombinante y a la clonacióndel DNA 58

Enzimas de restricción y plásmidos o vectoresde DNA 58

Transformación de células bacterianas y selecciónantibiótica de bacterias recombinantes 61

Introducción a la donación de geneshumanos 63

3.2 ¿Qué necesita tener un vector para serbueno? 65

Características prácticas de los vectores dedonación del DNA 65

Tipos de vectores 66

3.3 ¿Cómo identificar g clonar un gen deinterés? 68Crear bibliotecas de DNA: construir una colección

de genes donados 68Reacción en cadena de la polimerasa 71

3.4 ¿Qué se hace con un gen clonado?Aplicaciones de la tecnologia del DNArecombinante 75

Electroforesis en gel y mapeo de la estructuragenética con enzimas de restricción 75

Secuenciación de DNA 78Localización cromosómica y número de copias

del gen 80Estudiar la expresión génica 81Análisis Northernblot 82

3.5 Genómica g bioinformática: nuevas áreasde biotecnologia de plena actualidad 87Bioinformática: fusión de la biología molecular

con la tecnología informática 87Ejemplos de bioinformática en acción 88Un esfuerzo de donación de genomas de

proporciones épicas: el Proyecto del GenomaHumano 90

¿Qué hemos aprendido del genomahumano? 90

El Proyecto del Genoma Humano desencadenóuna revolución «ómica» 92

Genómica comparada 92Genómica de la Edad de Piedra 95

Preguntas g Actividades 95Bibliografia g lecturas complementarias 96

4 Las proteinas como productos 97

4.1 Introducción a las proteinas comoproductos biotecnológicos 98

4.2 Las proteinas como productosbiotecnológicos 99Producción de un fármaco biotecnológico 99Aplicaciones médicas 100Procesamiento de alimentos 101Textiles y artículos de cuero 101Detergentes 101Manufactura y recidaje de papel 101Adhesivos: pegamentos naturales 102Biosoluciones: tratamiento de la contaminación

mediante proteínas 102

4.3 Estructura de las proteinas 102Organización estructural 103Plegamiento de proteínas 103Glucosilación 104Ingeniería de proteínas 105

4.4 Producción de proteinas 107

Contenidos xv

Expresión de proteínas: la primera fase delprocesamiento de proteínas 107

4.5 Métodos de purificación de proteinas 109Preparación del extracto para su

purificación 109Estabilización de las proteínas en solución 109Separación de los componentes del extracto 110

4.6 Verificación 114

4.7 Conservación de las proteinas 116

4.8 Aumentar la escala en la purificaciónde proteinas 116

4.9 Métodos de análisis postpurificación 116Secuenciación de proteínas 116Cristalografía por rayos X 117

4.10 Proteómica 117

Preguntas g Actividades 118Bibliografia g lecturas complementarias 118

5 Biotecnologia microbiana 119

5.1 La estructura de los microbios 120Las levaduras son también microbios

importantes 121

5.2 Microorganismos utilizados comoherramientas 122Enzimas microbianas 123Transformación bacteriana 123Electroporación 124Técnicas de donación yexpresión 125

5.3 Utilización de los microbios en diversasactividades cotidianas 127Productos alimenticios 128Proteínas terapéuticas 131Utilización de microbios contra otros

microbios 131Trabajos de campo con microorganismos

recombinan tes 134

5.4 Vacunas 135Una introducción a los anticuerpos 136¿Cómo se fabrican las vacunas? 137Objetivos bacterianos y virales de las

vacunas 139

5.5 Genomas microbianos 141¿Por qué secuenciar los genomas

microbianos? 141Estrategias para secuenciar el genoma

microbiano 142Genomas seleccionados secuenciados hasta la

actualidad 143

xvi Contenidos

Sorcerer 11:cruzando la tierra para secuenciargenomas microbianos 143

Genomas virales 145Ensamblaje de genomas para producir virus

hechos por los humanos 145

5.6 Diagnósticos microbianos 145Estrategias de detección de bacterias 145Tras la pista de microorganismos causantes de

enfermedades 147Los microchips tras la pista de enfermedades

contagiosas 147

5.7 Combatir el bioterrorismo 148

Microbios usados como armas biológicas 149Objetivos del bioterrorismo 150Utilización de la biotecnología contra las armas

biológicas 151

Preguntas y Actividades 153Bibliografía y lecturas complementarias 154

6 Biotecnologia vegetal 155

6.1. Agricultura: la próxima revolución 156

6.2 Métodos utilizados en la transgénesisvegetal 157Fertilización selectiva convencional

e hibridación 157Clonación: plantas que crecen a partir de una sola

célula 157Fusión de protoplastos 157Técnica de la fragmentación de hojas 158Pistolas de genes 158Ingeniería de doroplastos 159Tecnología antisentido 159

6.3 Aplicaciones prácticas en el campo 161Vacunas para las plantas 161Pesticidas genéticos: ¿una alternativa

más segura? 162Almacenamiento seguro 163Resistencia a los herbicidas 163Fibras más resistentes 163Nutrición mejorada 164El futuro: de los fármacos al carburante 164Ingeniería metabólica 166

6.4 Preocupaciones por la salud y el medioambiente 167

Preocupaciones por la salud humana 168Preocupaciones por el medio ambiente 168Normativas 169

Preguntas y Actividades 170

Bibliografía y lecturas complementarias 170

7 Biotecnologia animal 171

7.1. Introducción a la biotecnología animal 172

7.2 Los animales en la investigación 172Modelos animales 172Alternativas a los modelos animales 174Regulación de la investigación con animales 175La medicina veterinaria como ensayo

dínico 176Bioingeniería en mosquitos para prevenir la

malaria 177

7.3 Clones 177Dolly: un gran avance en donación 177Los limites de la donación 178El futuro de la donación 179

7.4 Animales transgénicos 180Técnicas transgénicas 180Mejorando los productos agrícolas con

transgénicos 181Los animales transgénicos como

biorreactores 183Knockouts:Un caso especial de transgénicos 184

7.5 Producción de anticuerpos humanos enanimales 186

Anticuerpos monodonales 186Huevos como factorías productoras de anticuerpos

188

Preguntas y Actividades 188Bibliografía y lecturas complementarias 189

8 Huella genéticay análisis forense 190

8.1. Introducción al análisis del DNAy a la medicina forense 191

8.2 ¿Qué es la impronta genética? 191¿Cómo se realiza un análisis de DNA? 191

8.3 Preparación de un análisis de DNA 192Toma de muestras 192Extracción de DNA para su análisis 193Análisis de polimorfismos en la longitud de

fragmentos de restricción (RFLP) 193La técnica de Southern blot 193PCR y amplificación de DNA 196Análisis de hibridación puntual o en ranura

(Dotblot/slotblot) 196Análisis de STR 196

8.4 Usos del DNA 196

Los crímenes de la aldea Narborough 197El violador de Forest Hills 197El terrorismo y los desastres naturales impulsan el

desarrollo de nuevas tecnologías 199

8.5 El DNA Ylas reglas de la evidencia 200El análisis de DNA y los asesinatos de los Simpson

y los Goldman 201Error humano y fuentes de contaminación 201DNA Yjurados 202

8.6 Relaciones familiares y perfilesde DNA 202Análisis de DNA mitocondrial 202Análisis del cromosoma y 203

8.7 Análisis de DNA no humano 204Marcaje del DNA para la lucha contra

el fraude 206

Preguntas y Actividades 206Bibliografia y lecturas complementarias 207

9 Biorremediación 208

9.1 ¿Qué es la biorremediación? 209¿Por qué es importante

la biorremediación? 209

9.2 Bases de la biorremediación 210¿Qué hay que limpiar? 210Productos químicos del medio ambiente 211Fundamentos de las reacciones de

limpieza 211Los actores: microbios que metabolizan 213Programas genómicos de biorremediación 215

9.3 Lugares y estrategias de limpieza 217Limpieza del suelo 217La biorremediación del agua 218Transformación de los desechos

en energía 220

9.4 Aplicación de cepas modificadasgenéticamente para limpiar el medioambiente 222

Bacterias c~medoras de petróleo 222Ingeniería de E.colípara limpiar metales

pesados 223Biosensores 224Plantas modificadas genéticamente y

fitorremediación 224

9.5 Desastres medioambientales: estudiode casos de biorremediación 225

El combustible de los aviones y Hanahan,Carolina del Sur 225

El vertido de petróleo del Exxon Valdez 225Yacimientos petrolíferos de Kuwait 226

9.6 Futuras estrategias y retospara la biorremediación 227Recuperación de metales valiosos 228

Contenidos xvii

La biorremediación de los residuosradiactivos 229

Preguntas y Actividades 230Bibliografía y lecturas complementarias 230

10 Biotecnologia acuática 231

10.1 Introducción a la biotecnologiaacuática 232

10.2 Acuicultura: incremento de las reservasde alimento del planeta mediantela biotecnologia 232La economía de la acuicultura 232Prácticas de piscicultura 235Mejora de variedades para la acuicultura 238Mejora de la calidad y la seguridad

del marisco 239Barreras y límites de la acuicultura 239El futuro de la acuicultura 242

10.3 Genética molecular de organismosacuáticos 242

Descubrimiento y donación de nuevosgenes 242

Manipulación genética de peces y mariscos 247

10.4 Aplicaciones médicas de la biotecnologiaacuática 251

Fármacos y medicamentos procedentesdel mar 251

Control de la salud y de las enfermedades de losseres humanos 254

10.5 Productos no relacionados con lamedicina 254

Una combinación de productos 254Biomasa y bioprocesamiento 255

10.6 Aplicaciones medioambientales de labiotecnologia acuática 256Agentes contra incrustaciones 256Biosensores 257Recuperación medioambiental 257

Preguntas y Actividades 259Bibliografía y lecturas complementarias 259

11 Biotecnologia médica 260

11.1 El poder de la biologia molecular: deteccióny diagnóstico de las enfermedadeshumanas 261Modelos de enfermedades humanas 261Biomarcadores para la detección de

enfermedades 263Detección de enfermedades genéticas 263

xviii Contenidos

J.]..2 Productos médicos y aplicacionesde la biotecnologia 268La búsqueda de nuevas medicinas

y fármacos 269Sangre artificial 273Vacunas y anticuerpos terapéuticos 273

J.]..3 Terapia génica 275¿Cómo se realiza? 275Curación de enfermedades genéticas: objetivos de

la terapia génica 279Retos a los que se enfrenta la terapia génica 281

11.4 El potencial de la medicinaregenerativa 282Trasplante de células y tejidos 282La ingeniería de tejidos 285La tecnología de células madre 287La donación 293La regulación relativa a las células madre

embrionarias y a la donación terapéutica enEstados Unidos 297

1.1..5El Proyecto del Genoma Humano ha dado aconocer genes causantes de enfermedadesen todos los cromosomas humanos 298

Montaje del puzle del genama humano 298

Preguntas y Actividades 303Bibliografía y lecturas complementarias 303

12 Regulación en biotecnologia 305

1.2.1. El marco regulador 306

1.2.2 El Departamento de Agricultura de EstadosUnidos (USDA) 308El Servicio de Inspección Sanitaria de Animales y

Plantas (APHIS) 308El proceso de concesión de permisos 308El proceso investigador del APHIS 308El proceso de notificación 309

12.3 La Agencia de Protección Medioambiental(EPA) 309Permisos de uso experimental 309El primer permiso de uso experimental 309Aprobación y comercialización 310

1.2.4 La Administración de Alimentosy Fármacos (FDA) 311Alimentos y aditivos alimentarios 311El proceso de aprobación de fármacos 311Buenas prácticas de laboratorio (GLP),dínicas

(GCP) y de fabricación (GMP) 312

Comprobación de las fases de los fármacos 312Aprobación más rápida de fármacos frente a

seguridad pública 313

12.5 Legislación y regulación: el papel actual delgobierno estadounidense 314El etiquetado de productos biotecnológicos 316El fracaso de Fluvirin 316

1.2.6 Introducción a las patentes 317El valor de las patentes en la industria

biotecnológica 319Las patentes para secuencias de DNA 319

1.2.7 Los productos biotecnológicosen el mercado global 321Preguntas y Actividades 322Bibliografía y lecturas complementarias 323

13 Ética y biotecnologia 324

1.3.1 ¿Qué es la ética? 325Aproximaciones para la toma de decisiones

éticas 325Introducción de un ejercicio ético 326

13.2 Biotecnologia y naturaleza 327Células y productos 328Cultivos GM: ¿Eres lo que comes? 328¿Cría de animales o retoque de animales? 331El dilema humano 332¿Qué significa ser humano? 333Embriones sobrantes para la investigación o

creación de embriones para lainvestigación 335

Clonación 336Derechos de los pacientes y material

biológico 337Legislación en desarrollo 338Tus genes son tu identidad 338¿Más o menos humano? 339

13.3 Economia, papel de la cienciay comunicación 340Preguntas y Actividades 342Bibliografía y lecturas complementarias 343

Apéndice l. Respuestas de las Preguntasyactividades A-l

Apéndice 2. Los 20 aminoácidos de lasproteínas A-9

Créditos C-lGlosario G-líndice 1-1