Unidad 6. Aplicaciones

Científicas de la

Tecnología del ADN

Siglo Biotecnológico

LAS NOTICIAS DE LA INVENCIÓN DE NUEVAS TÉCNICAS DE

INTERVENCIÓN SOBRE LA VIDA VEGETAL, ANIMAL Y HUMANA

INVADEN CASI A DIARIO LA OPINIÓN PÚBLICA, SUSCITANDO

REACCIONES A MENUDO APASIONADAS Y VALORACIONES

OPUESTAS.

Desarrollo de una Ciencia

La genética, ingeniería genética y los demás términos relacionados con la

herencia son referentes de los grandes avances que se esta produciendo

la ciencia y las grandes expectativas creadas han provocado una gran

conmoción pública.

Los impactos más significativos han sido en

la agricultura y ganadería. Al empezar a

actuar sobre el hombre, sus genes y su

descendencia es cuando empiezan a surgir

las dudas éticas sobre estas técnicas, sobre

si respetan o no la dignidad humana

Ingeniería Genética

Técnicas que modifican las características hereditarias de un organismo en

un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético

La formación de nuevas combinaciones de genes por el aislamiento de un fragmento

de DNA, la creación en él de determinados cambios y la reintroducción de este

fragmento en el mismo organismo o en otro. Cuando los genes nuevos son

introducidos en las plantas o animales, los organismos resultantes pasan a llamarse

transgénicos.

.

Marcadores

Ingeniería Genética

Tecnología

del ADN

Fármacos

Anti-cáncer

Diagnósticos Cultivo de

Células

Vegetales

Transferencia

de genes en

animales

Síntesis

de Sondas

de ADN

Localización

desórdenes

genéticos

Clonación

Solución de

crimenes

Producción de

Proteínas humanas

Terapia

Génica

Bancos de

ADN, ARN

Proteínas

Mapas de

Genomas

completos

Biología

Molecular

Síntesis de Nuevas

Proteínas

Nuevos

Antibióticos

Nuevas

Plantas y

Animales

Nuevos

Alimentos

Recursos humanos

químicos raros

BIOTECNOLOGÍA

genoma

Célula

cromosomas

genes

los genes

contienen

instrucciones

para hacer

proteínas ADN

proteínas

las proteínas actúan

solas o en complejos

para realizar las

funciones celulares

ADN ADN ARN PROTEÍNAS

BASES MOLECULARES

DE LA VIDA

Humanos 30,000 genes

GENOMAS

Chimpancé 30,000 genes

A. thaliana 25,000 genes

Ratón 30,000 genes

C. elegans 19,000 genes

D. melanogaster 13,000 genes

95% idéntico

70%

20%

60%

De 289 genes humanos implicados en enfermedades, hay 177 cercanamente similares a los genes de Drosophila.

Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%

Todos los seres vivos tienen su información hereditaria codificada en la molécula de ADN. El juego completo de ADN de un ser vivo es el genoma. El genoma humano cuenta con 3 mil millones de pares de bases (pb) y unos 30,000 genes, que son un 3% del genoma. El tamaño del genoma es independiente de la complejidad del organismo. El Genoma de mayor tamaño es el del pez pulmonado africano Protopterus aethiopicus con 139 mil millones de pb; una planta con flores Fritillaria assyriaca tiene 124,900 millones de pb.

IDENTIDAD GENÉTICA

ESPECIES CROMOSOMAS GENES PARES DE BASES

(MILLONES)

HUMANO

(Homo sapiens) 46 (23 pares) 28-35,000 ~ 3,100*

RATÓN

(Mus musculus) 40 22.5-30,000 ~ 2,700

PEZ SOPLADOR

(Fugu rubripes) 44 ~ 31,000 ~ 365

MOSQUITO DE MALARIA

(Anopheles gambiae) 6 ~ 14,000 ~ 289

CHORRO DE MAR

(Ciona intestinalis) 28 ~ 16,000 ~ 160

MOSCA DE LA FRUTA

(Drosophila melanogaster) 8 ~ 14,000 ~ 137

LOMBRIZ INTESTINAL

(Caenorhabditis elegans) 12 19,000 ~ 97

BACTERIA

(Escherichia coli) 1 (cromonema) ~ 5,000 ~ 4.1

En humanos, aproximadamente el 3% son secuencias codificantes

COMPARACIÓN DE GENOMAS

ESTRUCTURA DE UN GEN

• Tradicionalmente, un gen se ha

definido como un segmento de

ADN que codifica para un

polipéptido o para una molécula

funcional de ARN.

• Recientemente, los nuevos descubrimientos han

alterado radicalmente esta visión, para adoptar una

definición más vaga. De acuerdo con ello, un gen es

una secuencia de ADN genómico o de ARN que es

esencial para especificar una determinada función.

Para llevar a cabo su función el gen no necesita ser

traducido a proteína, y a veces ni siquiera necesita

ser transcrito.

Molécula

de

ADN

ESTRUCTURA DE UN GEN

•Elementos típicos:

1) región reguladora

o promotor basal (caja TATA).

o sitios de unión de proteinas

reguladoras (upstream promoter).

o Realzadores (enhancers)

o Silenciadores

2) sitio de inicio de transcripción.

4) codón de inicio.

5) intrones y exones alternados, con

sitios de procesamiento aceptores y

donadores

6) Codón de paro.

8) señal de poli-adenilación.

Región cromosómica del gen ADAM33. (a) estructura genómica de genes a los lados de ADAM33 (barra

15 kb). (b) Estructura exon intron de ADAM33 (barra 1 kb). Polimorfismos de nucleótidos únicos SNPs se

indican abajo del gen. (c ) Organización del Dominio del gen ADAM33 y localización de SNPs 3’UTR

Codificantes. Tamaño de exones en pares de bases (pb) (Kreeger, Y. The Scientist apr. 2003).

ESTRUCTURA GENÓMICA DE GENES

INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS DEL ADN RECOMBINANTE (ADNr)

TÉCNICA

PROPÓSITO

Enzimas Restricción Cortan ADN en puntos específicos, hacen fragmentos de ADN

ADN Ligasa Une fragmentos de ADN

Vectores Virus o fagos: llevan ADN a las células y aseguran replicación

Plasmidos Clase común de vector

Marcadores Genéticos Identifican a las células que han sido transformadas

PCR Amplifica la cantidad de ADN de muestras pequeñas

ADNc Copia de ADN a partir de ARN mensajero

Sondas de ADN Para identificar y marcar una pieza de ADN conteniendo cierta

secuencia

Síntesis Génica Para hacer un gen de una base de datos

Gel Electroforésis Para separar fragmentos de ADN

Secuenciación ADN Para leer la secuencia de bases de un segmento de ADN

• Enzimas de restricción • ADN polimerasas • ARN polimerasas • Nucleasa • ADN ligasa • Kinasa • Fosfatasa • Transcriptasa reversa

TÉCNICAS DEL ADN: ENZIMAS PARA LA MANIPULACIÓN DEL ADN

1. Agrobacterium. Uso de la bacteria Como "Ingeniero Genético". La bacteria conteniendo el inserto, infecta las células de la planta produciendo la recombinación genética. 2. Acelerador de Partículas (Gene Gun). Un cañón artificial bombardea micropartículas con el inserto, sobre la célula. 3. Electroporación. Uso de carga eléctrica para que el ADN atraviese la membrana nuclear. 4. Silicon Wiskers. Inyección con fibras microscópi-cas, que atraviesan las membranas con los insertos.

Técnicas del ADN: SISTEMAS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA

5. Microinyección. Una célula es adherida a una pipeta bajo un microscopio y el ADN foráneo es inyectado directamente en el núcleo usando una micropipeta muy fina. Se usa cuando hay pocas células disponibles, tales como células fertilizadas de huevo animal.

6. Liposomas. Los vectores pueden ser encapsulados en pequeñas vesículas de membrana para introducir el ADN in vivo en la célula.

Técnicas del ADNr: SISTEMAS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA

Aplicaciones de la Ingeniería Genética

Cartografía. Es el Proyecto Genoma Humano: describir todos los genes del

organismo humano, localizarlos y secuenciarlos.

Diagnóstico. identificar los defectos genéticos y diagnosticar o pronosticar las

enfermedades que aparecen o pudieran aparecer.

Identificación (forense/paternidad). identificar personas o determinar la

paternidad.

Terapéutica. corregir defectos genéticos causantes de las enfermedades

genéticas. Los "tratamientos genéticos" consisten en la reparación o

sustitución de genes defectuosos o delecionados.

Biotecnología. alterar los genomas de los seres vivos para dotarles de

alguna cualidad que no tenían (plantas resistentes a heladas, frutas que

maduran antes, cultivos que crecen más,...).

27.8 millones

de ha 1998

$ 2.1-$ 2.3 miles de millones 1999

En el año 2000 se cultivaron en el mundo 44,2 millones de ha de PRIMERA GENERACION de cultivos transgénicos.

Tolerancia

herbicidas

Resistencia

insectos

Ambos

NATURALEZA DE LA MODIFICACIÓN GENÉTICA

(Counseil de la science et de la technologie, 2002).

16 99,7 44,2 TOTAL

7 6 2,8 Colza

11 12 5,3 Algodón

16 23,3 10,3 Maiz

36 58,4 25,8 Soya

Produ total

plantas

cultivos

transgén.

Sup. cult.

millones ha.

Plantas

transgénic

as

74%

19%

7%

PAÍS

1999

2000

% de

Cambio

Estados Unidos 28,7 30,3 +5,6

Argentina 6,7 10,0 +49,3

Canada 4,0 3,0 -25,0

China 0,3 0,5 +66,7

Africa del Sur 0,1 0,2 +100

Australia 0,1 0,2 +100

Otros <0,1 <0,1 -

TOTAL 39,9 44,2 +10,8

INDICADORES: CULTIVOS TRANSGÉNICOS POR

PAÍS EN MILLONES DE HECTAREAS, 1996 A 2000

El AlgodónBt creciendo en China ha reducido el uso de pesticidas, incrementado la

eficiencia de la producción y ha mejorado la salud del

agricultor (Science,295, 674 (2002).

CHINA ENCABEZA LA REVOLUCIÓN DE OMGs

La investigación en cultivos de plantas genéticamente modificadas para alimentación, está detenida en muchas partes del mundo.

En China las políticas están promoviendo el aumento de capacidad de la Biotecnología Vegetal. Los investigadores trabajan con más de 50 especies de plantas, que incluyen (arroz, trigo, papas y mani) y con más de 150 genes funcionales.

ANIMALES ACUÁTICOS TRANSGÉNICOS

Especies Transgenes Países

Ctenopharingodon idella carpa triploide de grama

Cyprinus carpio carpa común

Carassius auratus pez dorado, goldfish

Pez de Wuchang / Charr del artico / Mummychog / Walleye

Pangio kuhli locha gigante / Esox lucio lucio del norte

Oncorhynchus mykis trucha arcoiris, O. kisuth salmón

Salmo salar salmón del Atlántico

Oreochromis spp tilapia

Artemia spp pulga de agua

Macrobrachium rosenbergii camarón de agua dulce

Penneus indicus camarón blanco

Haliotis kamtschatkana abalón japones

Haliothis rufescens abalón rojo

Mytilus edulis almeja azul

Crassostrea virginica ostra oriental

Crassostrea gigas ostra del Pacífico

• Genes marcadores

• Hormona de

crecimiento

• Polipeptido

anticongelamiento

• Cecropina

• Interferon

• Fitasa

• Factor VII de

coagulación humana

• Genes reporteros

para contaminantes

• GnRH antisentido

(liberación Hormona

Gonadotropina)

USA

Canadá

Cuba

Reino Unido

Francia

Noruega

China

Japón

Corea

India

Israel

Hallmark, E. 2003, ISB News Report, april

ARROZ DORADO con beta caroteno de

genes de narciso y de Erwinia uredovora,

pigmentos que se transforman en pro-

vitamina A al ser ingeridos.

ARROZ fortificado con un gen de la ferritina.

ARROZ con aa esenciales

Ingeniería Genética: NUEVOS ALIMENTOS

(ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).

(Pearson, H. Nature, 26 april 2002).

ARROZ con enzima lactoferrina de leche

humana, que puede ser utilizada para mejorar

las fórmulas de leche infantil. Los niños la

necesitan para usar eficientemente el hierro y

pelear contra las infecciones

ARROZ con altos niveles de tolerancia a

diferentes condiciones ambientales de estrés. Se insertaron dos genes fusionados de trehalosa de E. Coli y un promotor tejido específico

dependiente del estrés. Los genes de trehalosa

permiten la producción de arroz aún si está estresado por frio, sequía o altos niveles de salinidad e incrementa la producción en 20%. El azúcar trehalosa ayuda a estabilizar moléculas biológicas: lípidos, enzimas y otras proteínas, en organismos en condiciones de estrés. La composición química de los granos no

cambia (PNAS Online, 27 nov. 2002).

Ingeniería Genética NUEVAS PLANTAS

Salmón transgénico por

hormona de crecimiento.

Producido por AF Protein Inc. Cuenta con el promotor de la

proteína de anticongelamiento de otra especie de pez. Crece de

4 a 6 veces más rápido que un salmón no transgénico. Tiene un

20% en mejoramiento de la eficiencia de conversión del

alimento.

Ingeniería Genética: NUEVOS ALIMENTOS

(ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).

(Hoag, H. Nature, 27 enero 2003).

VACAS LECHERAS con incremento de

proteínas. En Nueva Zelanda se clonaron

vacas con óvulos mejorados genéticamente,

para mejorar la producción del queso y crema,

aumentando dos veces la kappa caseína,

crucial para hacer la cuajada y de 20% más de

beta caseina, que mejora la acción del cuajo

Implicaciones Éticas de

la Manipulación Genética en Plantas

Se refieren al hecho de informar o no al consumidor de que se trata de

productos manipulados genéticamente. Son desconocidos los efectos que

tendrán estos alimentos en el ser humano ya que se trata de especies

nuevas, no surgidas naturalmente.

Implicaciones Éticas de

la Manipulación Genética en Animales

Las mayores críticas se han dirigido contra la disminución de la

biodiversidad de las especies clonadas.

Población muy homogénea, que podría sucumbir completamente ante

una epidemia, pues ésta afectaría por igual a todos los ejemplares.

Todos los trabajos deben ser sometidos a un análisis en el que se

comparen los beneficios con el sufrimiento del animal.

Clonación Animal

Transgénesis.

• Variante de la recombinación genética, se interviene en el patrimonio genético de un ser con adición de nuevos genes y alteración por tanto, de sus características.

• Se rompe totalmente la barrera natural entre las especies, y es teóricamente factible insertar genes en casos que es imposible que se den en la naturaleza.

• La transgénesis debería considerarse éticamente ilícita debido a que supone una grave transgresión contra la naturaleza. Además no se postulan grandes beneficios ni a corto ni a largo plazo, salvo la mera curiosidad de ver como se comporta la naturaleza en estos casos

Implicaciones Éticas de

la Manipulación Genética en

Microorganismos Manipulación Genética de seres vivos se crean nuevas especies. En el

caso de los microorganismos se podrían estar construyendo nuevos

patógenos y con ello nuevas enfermedades.

Proliferación de nuevos microorganismos con características peculiares

y los consecuentes peligros para la especie humana. Entre ellos figuran la

introducción de genes productores de neoplasias malignas.

Es previsible la formación de microorganismos de una virulencia

extraordinaria y resistentes a la terapéutica usual conocida.

Implicaciones Éticas de

la Manipulación Genética en Humanos

Mientras que los beneficios potenciales de la ingeniería genética son

considerables también lo son sus riesgos

La ingeniería genética ofrece a este nivel, esperanzas fundadas de que en

un futuro próximo se puedan tratar con éxito algunas enfermedades

específicas.

Dado que todas las actuaciones de la terapia génica tienen un claro fin

terapéutico, a priori son moralmente lícitas. Esta licitud desaparece cuando

se usan los hombres a modo de "conejillos de indias", desapareciendo el fin

terapéutico.

Actuaciones sobre el Genoma Humano

Se llama genoma a la totalidad del material genético de un

organismo. El genoma humano posee entre 50 000 y 100 000 genes

distribuidos entre los 23 pares de cromosomas de la célula somática

humana.

Cada cromosoma puede contener más de 250 millones de pares de

bases de DNA, y se estima que la totalidad de genoma humano

tiene 3000 millones de pares de bases.

La investigación del genoma, representa un hecho claramente

positivo. Los análisis prenatales sirven para determinar si un

embrión lleva o no una tara genética. El estudio puede prevenir

futuras actuaciones terapéuticas, en este caso es éticamente lícito,

porque se busca un fin terapéutico en el análisis.

En algunos casos, un análisis genético puede tener como objetivo

un tratamiento que como consecuencia del diagnóstico obtenido

puede conducir al aborto. Por esto para determinar la licitud de estas

actuaciones hay que preguntarse cuál es el fin de las mismas.

Existen diferentes argumentos que tratan de justificar la interrupción del

embarazo por motivos eugenésicos:

• El caso de la tesis que sostiene que el nacimiento de niños minusválidos

sería irresponsable.

• Los niños con taras no se incluyen dentro de los niños deseados.

• Todas estas justificaciones y otras similares son inaceptables ya que

ignoran totalmente el respeto a la dignidad de cada ser humano.

La Declaración Universal sobre el Genoma y Derechos Humanos, en el

artículo 10 dice que: "Ninguna investigación relativa al genoma humano ni

sus aplicaciones, en particular en las esferas de la biología, la genética y la

medicina, podrán prevalecer sobre el respeto de los derechos humanos, de

las libertades fundamentales y de la dignidad humana de los individuos o, si

procede, de los grupos humanos". Con esto se ratifica la ilicitud de las

actuaciones eugenésicas

Discriminación Genética

• Se están usando como método de discriminación, hecho que aparte de ilegal, moralmente es inaceptable.

• Muchas compañías de seguros están haciendo análisis genómicos de los peticionarios de seguros de vida. Con este fin buscan el mayor beneficio al discriminar (excluyéndolos o con tasas abusivas), a los que parece que tienen alguna mayor predisposición a enfermedades graves o a muertes prematuras.

• Las empresas: no contratarían a un obrero cuyos genes revelaran que concluiría pronto su vida útil.

• Las personas: podrían guiarse por la genética a la hora de escoger una pareja que encajara con ellos.

Clonación Humana

La generación de una entidad biológica idéntica a otra

entidad: es decir, a la obtención de seres humanos

genéticamente idénticos a un ser humano ya existente.

Mientras la clonación reproductiva dejaría nacer al

individuo clonado, la así llamada “clonación

terapéutica” lo habría fabricado para experimentar

con él y luego destruirlo, lo cual es un acto que

atenta gravemente contra el respeto debido a todo

individuo humano, incluso al que es “producido”

por clonación

Fabricándonos

Casi sin que nos demos cuenta, los científicos han llegado a un punto en

el que no sólo serían capaces de clonar seres humanos, sino que podrían

modificar genes en embriones para producir seres superiores.

Los problemas éticos que plantean estas técnicas afectan

fundamentalmente a la dignidad humana. Estas técnicas plantean una

serie de preguntas sobre qué significa "ser humano", sobre las relaciones

familiares y entre generaciones, el concepto de individualidad y el

tratamiento de los niños como objetos.

Científicos de la Universidad de

California han conseguido multiplicar

por seis la expectativa de vida de un

gusano, gracias a una terapia genética.

El nematodo del experimento comparte

muchas características genéticas con

nuestra especie, por lo que la proeza

puede en principio escalarse a nivel

humano y aumentar nuestra

expectativa de vida hasta 500 años sin

perder la juventud.

En busca de la Inmortalidad

Eugenesia

Mejoramiento del Patrimonio Hereditario

Tecnología Segura ?

Para crear una alteración genética a través de empalmes de genes es necesario

romper y reconstruir directamente el código genético por procedimientos que

nunca podrían ocurrir en la naturaleza. Lejos de ser precisas, estas alteraciones son

realmente azarosas. En la mayoría de los casos, la función del gen que se altera no se

conoce completamente, sus interacciones con otros procesos bioquímicos en el

organismo son oscuras, y no se pueden predecir los efectos a largo plazo

¿No hemos sido suficientemente advertidos por el DDT, la talidomida, dioxinas,

plutonio, Chernobyl, la enfermedad de las vacas locas, las abejas asesinas, los

clorofluorocarbonados, el asbesto...?

La ausencia de conocimiento de peligro no debe

confundirse con la ausencia de peligro.

Los gobiernos tienen que comprender que

están legislando para los hijos de otras

personas, no sólo los propios.

La responsabilidad de los científicos

En el pasado, los científicos fueron motivados

por la inspiración del descubrimiento

científico..

Ahora, sin embargo, la presión sobre los

científicos es económica y es de tal magnitud

que los genetistas han abandonado su

preocupación principal por la vida humana.

Bioindustria