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Aparición de la Ingeniería Genética
Los granos de trigo modificados genéticamente con bacterias como las que colonizaron esta placa de Petri son casi
inmunes contra una enfermedad micótica que destruye las raíces. El gel de secuenciación en el fondo muestra el
código genético de las enzimas bacterianas que sintetizan antibióticos naturales.
En 1953 se descubrió el fenómeno llamado de restricción: ciertos fagos (virus bacteriano) que
parasitan a E. coli podían desarrollarse en ciertas cepas de esta bacteria, pero no podían hacerlo
en otras (se dice que están "restringidos" en determinadas cepas).
A finales de los 60, Werner Arber, en Basilea, descubre las enzimas de restricción responsables de
ese fenómeno: la cepa de bacteria restrictiva, que produce unas endonucleasas ("enzimas de
restricción, o restrictasas") que escinden el ADN del fago crecido en otra cepa diferente.
Esas primeras enzimas de restricción eran inespecíficas en cuanto al sitio del ADN donde
cortaban, pero en 1970 Hamilton O. Smith, en Baltimore, descubre un nuevo tipo de enzima de
restricción totalmente específica: capaz de reconocer una determinada secuencia de ADN, de unos
pocos pares de bases, y de cortar en ambas cadenas en lugares concretos.
En 1972, Mertz y Davis añadieron a una mezcla de ADN de diferentes orígenes una enzima ADN-
ligasa, procurando que se reparasen los enlaces fosfodiéster. Y esto les hizo darse cuenta de que
podían constituir la base para la producción de moléculas recombinantes in vitro, con material
genético de diferentes especies.
Pero este ADN recombinante, generado en el tubo de ensayo, es inerte, no es más que una
macromolécula híbrida que por sí sola no hace nada. Si queremos que el ADN recombinante haga
algo, hay que introducirlo en células vivas que sean capaces de expresar su información genética.
Esto nos lleva ya a la idea de lo que es la Ingeniería Genética: la formación in vitro de nuevas
combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un
vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo hospedero el ADN
híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar, y eventualmente expresarse.
Experimento de ingeniería genética
Un experimento de ingeniería genética podría ser:
1. Se corta por separado el ADN del organismo a estudiar y el ADN del vector con la misma
restrictasa, de modo que se generan extremos compatibles entre sí (mutuamente
cohesivos).
2. Se juntan ambos ADN y se les añade ADN-ligasa: de esta forma, las uniones entre ADN
pasajero y ADN del vector se sellan mediante un enlace covalente, generándose
moléculas híbridas (quiméricas o recombinantes).
3. Ahora hay que introducir las moléculas generadas en los organismos huésped. En el caso
de bacterias se recurre a una técnica sencilla denominada transformación, que permite la
entrada del ADN a través de las envueltas del microorganismo.
4. Finalmente, hay que localizar las bacterias que han captado el ADN que ha entrado. A
menudo este es el paso más laborioso, pero el hecho de que el vector posea uno o varios
genes de resistencia favorece al menos la eliminación de las bacterias que no han recibido
ADN del vector: basta añadir al medio de cultivo el antibiótico para el que el vector
confiere resistencia. Para localizar los transformantes recombinantes, muchos vectores
incorporan un gen marcador que produce alguna sustancia coloreada. Si insertamos el
gen a aislar dentro de ese marcador, lo rompemos, por lo que las colonias bacterianas no
producirán la sustancia coloreada, sino que permanecen incoloras o blancas.
5. El resultado del experimento es la obtención de al menos una colonia (clon) de bacterias
que portan la combinación buscada de vector con el inserto de ADN pasajero. Se dice
entonces que hemos clonado dicho ADN.
En 1973 los investigadores Stanley Cohen y Herbert Boyer producen el primer organismo
recombinando partes de su ADN en lo que se considera el comienzo de la ingeniería genética.
En 1997 se clona el primer mamífero, la oveja Dolly.
Actualmente la Ingeniería Genética está trabajando en la creación de técnicas que permitan
solucionar problemas frecuentes de la humanidad como, por ejemplo, la escasez de donantes para
la urgencia de trasplantes. En este campo se están intentando realizar cerdos transgénicos que
posean órganos compatibles con los del hombre.
El ADN es una base fundamental de información que poseen todos los organismos vivos, hasta el
más simple y pequeño. Esta información está a su vez dividida en determinada cantidad espacios
llamado loci (plural) o locus (singular); que es donde se encuentran insertados los genes, que
varían dependiendo de la especie. A su vez, cada gen contiene la información necesaria para que
la célulasintetice una proteína, por lo que el genoma y, en consecuencia, el proteoma, van a ser los
responsables de las características del individuo.
Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo,
forma, desarrollo y reproducción. Por ejemplo, una proteína X hará que en el individuo se
manifieste el rasgo de "pelo oscuro", mientras que la proteína Y determinará el rasgo de "pelo
claro".
Vemos entonces que la carga genética de un determinado organismo no puede ser idéntica a la de
otro, aunque se trate de la misma especie. Sin embargo, debe ser en rasgos generales similar para
que la reproducción se pueda concretar, ya que una de las propiedades más importantes del ADN,
y por la cual se ha dicho que fue posible la evolución, es la de dividirse y fusionarse con el ADN de
otro individuo de la misma especie para lograr descendencia diversificada.
Otra particularidad de esta molécula es su universalidad. A raíz del concepto de gen, surgen
algunas incógnitas: ¿Son compatibles las cargas genéticas de especies distintas? ¿Puede el gen
de una especie funcionar y manifestarse en otra completamente distinta? ¿Se puede aislar y
manipular el ADN?
La ingeniería genética tiene un fundamental uso en la actualidad especialmente en la obtención de
nuevos alimentos que favorezcan el diario vivir de las personas, se logra apreciar en diferentes
alimentos como quesos, yogurth y frutos transgénicos aunque sigue en debate y en reiterados
cuestionamientos si esta clase de alimentos altera de alguna manera la salud de las personas al
estar recombinadas genéticamente.
Técnicas
La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las que destacan:
La tecnología del ADN recombinante;
La secuenciación del ADN;
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR).
Plasmotosis
Proyecto Genoma Humano
Representación gráfica del cariotipo humano normal.
El Proyecto Genoma Humano (PGH) fue un proyecto de investigación científica con el objetivo
fundamental de determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar
y cartografiar los aproximadamente 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista
físico y funcional.
El proyecto, dotado con 3000 millones de dólares, fue fundado en 1990 en el Departamento de Energía
y los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos, bajo la dirección del doctor Francis
Collins, quien lideraba el grupo de investigación público , conformado por múltiples científicos de
diferentes países, con un plazo de realización de 15 años. Debido a la amplia colaboración
internacional, a los avances en el campo de la genómica, así como los avances en la tecnología
computacional, un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2000 (anunciado conjuntamente
por el expresidente Bill Clinton y el ex-primer ministro británico Tony Blair el 26 de junio de 2000),
finalmente el genoma completo fue presentado en abril del 2003, dos años antes de lo esperado. Un
proyecto paralelo se realizó fuera del gobierno por parte de laCorporación Celera. La mayoría de la
secuenciación se realizó en las universidades y centros de investigación de los Estados
Unidos, Canadá, Nueva Zelanda, Gran Bretaña y España.
El genoma humano es la secuencia de ADN de un ser humano. Está dividido en fragmentos que
conforman los 23 pares de cromosomas distintos de la especie humana (22 pares de autosomas y 1
pardecromosomas sexuales). El genoma humano está compuesto por aproximadamente entre 22500 y
25000 genes distintos. Cada uno de estos genes contiene codificada la información necesaria para la
síntesis de una o varias proteínas (o ARN funcionales, en el caso de los genes ARN). El "genoma" de
cualquier persona (a excepción de los gemelos idénticos y los organismos clonados) es único.
Conocer la secuencia completa del genoma humano puede tener mucha relevancia cuanto a los
estudios de biomedicina y genética clínica, desarrollando el conocimiento de enfermedades poco
estudiadas, nuevas medicinas y diagnósticos más fiables y rápidos. Sin embargo descubrir toda la
secuencia génica de un organismo no nos permite conocer su fenotipo. Como consecuencia, la ciencia
de la genómica no podría hacerse cargo en la actualidad de todos los problemas éticos y sociales que
ya están empezando a ser debatidos. Por eso el PGH necesita una regulación legislativa relativa al uso
del conocimiento de la secuencia genómica, pero no tendría por qué ser un impedimento en su
desarrollo, ya que el saber en sí, es inofensivo.
Antes de los ochenta ya se conocía la secuencia de genes sueltos de algunos organismos, como
también se conocían los genomas de entidades subcelulares, tales como virus y plásmidos. Así pues,
no fue hasta 1986 cuando el Ministerio de Energía (DOE), concretó institucionalmente el Proyecto
Genoma Humano (PGH) durante un congreso en Santa Fe. El PGH contaba con una buena suma
económica y sería utilizado para estudiar los posibles efectos de las radiaciones sobre el ADN. Al
siguiente año, en el congreso de biólogos en el Laboratorio de Cold Spring Harbor, el Instituto Nacional
de la Salud (NIH) quiso participar del proyecto al ser otro organismo público con mucha más experiencia
biológica, si bien no tanta en la organización de proyectos de esta magnitud.
El debate público que suscitó la idea captó la atención de los responsables políticos, no solo porque el
Proyecto Genoma Humano era un gran reto tecnocientífico, sino por las tecnologías de vanguardia que
surgirían, así como porque el conocimiento obtenido aseguraría la superioridad tecnológica y comercial
del país. Antes de dar luz verde a la iniciativa del PGH se necesitó por un lado el informe de 1988 de la
Oficina de Evaluación Tecnológica del Congreso (OTA) y el del Consejo Nacional de Investigación
(NRC). Ese año se inauguró HUGO (Organización del Genoma Humano) y James D. Watson fue
nombrado alto cargo del proyecto. Sería reemplazado por Francis Collins en abril de 1993, en gran parte
por su enemistad con BernadineHealy que era su jefe por aquel entonces. Tras esto el nombre del
Centro cambió a Instituto Nacional de Investigaciones del Genoma Humano (NHGRI).
En 1990 se inauguró definitivamente el Proyecto Genoma Humano calculándose quince años de trabajo.
Sus objetivos principales en una primera etapa eran la elaboración de mapas genéticos y físicos de gran
resolución, mientras se ponían a punto nuevas técnicas de secuenciación, para poder abordar todo el
genoma. Se calculó que el PGH americano necesitaría unos 3000 millones de dólares y terminaría en
2005. En 1993 los fondos públicos aportaron 170 millones de dólares, mientras que la industria gastó
aproximadamente 80 millones. Con el paso de los años, la inversión privada cobró relevancia y
amenazó con adelantar a las financiaciones públicas.
Clonación
Para otros usos de este término, véase Clonación (desambiguación).
La clonación (del griego κλών, "retoño, rama")1
puede definirse como el proceso por el que se
consiguen, de forma asexual,2
copias idénticas de un organismo, célula o molécula ya desarrollado.
Se deben tomar en cuenta las siguientes características
En primer lugar se necesita clonar las células, ya que no se puede hacer un órgano o parte del
"clon" si no se cuenta con las células que forman a dicho ser.
Ser parte de un animal ya "desarrollado", porque la clonación responde a un interés por obtener
copias de un determinado animal, y sólo cuando es adulto se pueden conocer sus características.
Por otro lado, se trata de crearlo de forma asexual. La reproducción sexual no permite obtener
copias idénticas, ya que este tipo de reproducción por su misma naturaleza genera diversidad
múltiple.
Clonación molecular
La clonación molecular se utiliza en una amplia variedad de experimentos biológicos y las aplicaciones
prácticas van desde la toma dehuellas dactilares a producción de proteínas a gran escala.
En la práctica, con el fin de amplificar cualquier secuencia en un organismo vivo, la secuencia a clonar
tiene que estar vinculada a un origen de replicación; que es una secuencia de ADN.
Transfección
Se introduce la secuencia formada dentro de células.
Selección
Finalmente se seleccionan las células que han sido transfectadas con éxito con el nuevo ADN.
Inicialmente, el ADN de interés necesita ser aislado de un segmento de ADN de tamaño
adecuado. Posteriormente, se da el proceso de ligación cuando el fragmento amplificado se
inserta en un vector de clonación: El vector se linealiza (ya que es circular),usando enzimasde
restricción y a continuación se incuban en condiciones adecuadas el fragmento de ADN de
interés y el vector con la enzima ADN ligasa.
Tras la ligación del vector con el inserto de interés, se produce la transfección dentro de las
células, para ello las células transfectadas son cultivadas; este proceso, es el proceso
determinante, ya que es la parte en la que vemos si las células han sido transfectadas
exitosamente o no.
Tendremos que identificar por tanto las células transfectadas y las no transfectadas, existen
vectores de clonación modernos que incluyen marcadores de resitencia a los antibióticos con
los que sólo las células que han sido transfectadas pueden crecer. Hay otros vectores de
clonación que proporcionan color azul/ blanco cribado. De modo, que la investigación de las
colonias es necesaria para confirmar que la clonación se ha realizado correctamente.
Clonación celular
Clonar una célula consiste en formar un grupo de ellas a partir de una sola. En el caso de
organismos unicelulares como bacterias ylevaduras, este proceso es muy sencillo, y sólo
requiere la inoculación de los productos adecuados.
Sin embargo, en el caso de cultivos de células en organismos multicelulares, la clonación de
las células es una tarea difícil, ya que estas células necesitan unas condiciones del medio muy
específicas.
Una técnica útil de cultivo de tejidos utilizada para clonar distintos linajes de células es el uso
de aros de clonación (cilindros).
De acuerdo con esta técnica, una agrupación de células unicelulares que han sido expuestas a
un agente mutagénico o a un medicamento utilizado para propiciar la selección se ponen en
una alta dilución para crear colonias aisladas; cada una proviniendo de una sola célula
potencialmente y clónicamente diferenciada.
En una primera etapa de crecimiento, cuando las colonias tienen sólo unas pocas células; se
sumergen aros estériles de poliestireno en grasa, y se ponen sobre una colonia individual junto
con una pequeña cantidad de tripsina.
Las células que se clonan, se recolectan dentro del aro y se llevan a un nuevo contenedor para
que continúe su crecimiento en forma natural.
Clonación de organismos de forma natural
La clonación de un organismo es crear un nuevo organismo con la misma información genética
proveniente de una célula existente. Es un método de reproducción asexual, donde
la fertilización no ocurre. En términos generales, sólo hay un progenitor involucrado. Esta forma
de reproducción es muy común en organismos como las amebas y otros seres unicelulares,
aunque la mayoría de las plantas yhongos también se reproducen asexualmente.
También se incluye la obtención de gemelos idénticos de manera natural. Se considera como
una alteración espontánea durante el desarrollo embrionario, ignorándose su causa, aunque
existe una correlación familiar estadísticamente significativa.
Gemelación artificial
Este tipo de clonación consiste en tomar un embrión de hasta 8 células y generar embriones
idénticos preimplantatorios (se podrían generar hasta 8 embriones idénticos, uno a partir de
cada blastómera). Las blastómerasbiopsiadas del embrión original se introducen
individualmente o de dos en dos en una zona pelúcida vacía (puede proceder de otro animal,
pues después el embrión sale de ella), o en una cubierta artificial (ZPA), y de cada uno se
generan embriones idénticos al original (clones).
En veterinaria se lleva haciendo más de 30 años (para preservar las razas puras y mantener
los caracteres deseados de un determinado animal), sin embargo, al considerarse una
clonación, está totalmente prohibido en humanos, principalmente porque los embriones
humanos pueden morir durante el proceso. Si se legalizase esta técnica, el rendimiento por
ciclo de fecundación in vitro (FIV) aumentaría espectacularmente, pues se podrían obtener
muchos más embriones y fácilmente; además ya no sería necesario someter a las mujeres a
tratamientos fuertes de estimulación ovárica, pues a partir de un sólo embrión podrían obtener
hasta 8 clones: se transfiere uno y los otros se congelarían, para poder ser transferidos años
después o como reserva de seguridad, por si el hijo necesita células madre para el tratamiento
de alguna enfermedad.
En la película Los niños del Brasil se explica lo que la Ciencia sabía en los años 80 sobre la
clonación. la Película The 6th Day (El 6º día) plantea lo que la ficción del 2000 esperaba de la
clonación para el 2015 en ambiente de crimen.
Separación de blastómeras para estudios de diagnóstico
prenatal
En algunas especies, como los equinos, se ha utilizado la separación de blastómeros de
embriones previos a su implantación para efectuar estudios de diagnóstico de enfermedades
genéticas. En ellos se ha determinado la viabilidad de los embriones analizados después de su
transferencia en hembras receptoras, encontrándose tasas de gestación de 21%. La técnica de
separación de los blastómeros implica la remoción de la zona pelúcida, ya sea por métodos
químicos, mecánicos o enzimáticos, para posteriormente obtener los blastómeros mediante
aspiración, extrusión o disminución de sus interacciones en soluciones libres de Ca2+ y Mg2+.
En humanos la separación y cultivo de blastómeros aislados también han sido utilizados en
estudios de biopsias de embriones en diferentes etapas de segmentación con la finalidad de
dar alternativas a los estudios de diagnóstico prenatal, evaluando a su vez el desarrollo
embrionario in vitro con el propósito de que se seleccionen los mejores embriones capaces de
desarrollarse en blastocistos y congelarlos mientras se evalúan sus blastómeros aislados.
Clonación reproductiva
Es impreciso distinguir entre clonación humana reproductiva y otro tipo de clonación debido a
que toda clonación humana es reproductiva, pues siempre se produce un embrión humano. La
diferencia realmente reside en el destino que se le dé a ese embrión. 3
Este tipo de clonación se
basa en la creación de una copia genéticamente idéntica a una copia actual o anterior de un
ser humano o animal. Es técnicamente posible, pues se ha conseguido en animales, aunque
tiene bajo rendimiento y conlleva ciertos riesgos, como por ejemplo, problemas epigenéticos
(síndrome LOS: el clon crece mucho más, que el animal original) y de senescencia. Este tipo
de clonación está absolutamente prohibido en humanos, pues no tiene ningún sentido
terapéutico, aparte de que al no ser una técnica perfeccionada, pueden morir los embriones
humanos en el proceso.
En 1996, fue clonada la oveja Dolly. Fue el primer mamífero clonado a partir del ADN derivado
de un adulta en vez de ser utilizado el ADN de un embrión. Pero aunque Dolly tenía una
apariencia saludable, se cuestionaba que envejeciera antes que una oveja normal, es decir,
que la fuente (Dolly) trasmitió su edad celular al clon. Además fueron necesarios 277
embriones para producir este nacimiento.
Sin embargo, algunos han especulado que había un factor agravante al deceso de Dolly y era
que tenía una edad genética de seis años, la misma edad de la oveja de la cual fue clonada.
Una base para esta idea fue el hallazgo de sus telómeros cortos, que son generalmente el
resultado del proceso de envejecimiento. Sin embargo, el RoslinInstitute ha establecido que los
controles intensivos de su salud no revelaron ninguna anormalidad en Dolly que pudieran
pensar en envejecimiento prematuro.
Clonación terapéutica (o andropática)
Artículo principal: Ingeniería de tejidos
La clonación terapéutica, área en la que se está investigando mucho actualmente, no consiste
en clonar personas o crear bebés de reserva,4
sino tejidos y órganos que poder trasplantar al
paciente donante y curar así enfermedades.5
Los diferentes avances en legislación
internacional e investigación permiten la clonación de determinados tejidos animales y
humanos con fines de investigación médica. Este tipo de clonación consiste en fusionar
el núcleo de una célula adulta (madre o diferenciada) y un ovocito enucleado, al que se le ha
extraído el núcleo, para crear un embrión con el que trabajar.
De dicho embrión se pueden aislar células madre embrionarias compatibles con el futuro
receptor del tejido. Las células madre se aislan de la masa celular interna del embrión clonado
una vez alcanzado el estado de blastocisto. Estas células madre poseen la mismadotación
genética que el paciente del que se tomó la célula adulta y, por tanto, reproducen su misma
dotación antigénica, la estructura de proteínas superficial de la célula, por lo que se puede
evitar una reacción de rechazo al trasplante. Una vez que se han extraído las células madre de
la masa celular interna, se destruye el embrión clonado.
De hecho, en enero de 2008, se anunció que se habían creado 5 embriones clonados a partir
de células de piel humana, con vistas a proporcionar una fuente viable de células madre
embrionarias para el tratamiento de enfermedades; valiéndose de la misma técnica que dio
origen a la oveja Dolly, científicos de la empresa californiana StemagenCorporation (con sede
en La Jolla, California), encabezados por Andrew French, han empleado las células de la piel
de dos varones adultos así como los óvulos de tres mujeres jóvenes (entre 20 y 24 años) que
se estaban sometiendo a un tratamiento de fertilidad.6
Además, en mayo de
2013 la Universidad de Oregón desveló que se habían conseguido obtener mediante clonación
células embrionarias humanas. La técnica tiene grandes implicaciones en la medicina
regenerativa, ya que se podrían obtener células madre de un embrión en fase
de blastocisto con las que poder regenerar partes del cuerpo humano del propio donante sin
riesgo de rechazo durante el trasplante.7
Clonación de sustitución[editar · editar código]
Un cuarto tipo de clonación sería la llamada clonación de sustitución que sería una
combinación de la clonación reproductiva y la clonación terapéutica. En este tipo de clonación
se produciría la clonación parcial de un tejido o una parte de un humano necesaria para realizar
un trasplante.
Clonación de especies extintas y en peligro de extinción
La clonación de especies extintas, ha sido un sueño para muchos científicos.Uno de los
objetivos previstos para la clonación fue elmamut lanudo, pero los intentos de extraer ADN de
mamuts congelados no han tenido éxito, aunque un equipo ruso-japonés está trabajando en
ello.
En 2001, una vaca llamada Bessie dio a luz a un gaur( un bisonte indio) clonado de Asia, una
especie en peligro, pero el ternero murió después de dos días.
En 2003, un banteng (tipo de toro) fue clonado con éxito, además también fueron clonadas con
éxito tres fieras de África a partir de embriones congelados. Éstos éxitos han dado esperanzas
sobre la posibilidad de que otras especies extintas puedan ser clonadas. De cara a esta
posibilidad; las muestras de tejidos del último bucardo (cabra montesa) fueron congelados
rápidamente tras su muerte.Los investigadores también están considerando la clonación de
especies en peligro de extinción como el panda gigante, el ocelote, y guepardos.En 2002, los
genetistas en el Museo Australiano anunciaron que habían replicado el ADN del Tigre de
Tasmania, extinto hace 65 años con la reacción en cadena de la polimerasa. Sin embargo en el
año 2005, tuvieron que parar el proyecto ya que las células no se habían conservado bien.Uno
de los obstáculos en el intento de clonar especies extintas es la necesidad de mantener el ADN
en perfecto estado, muy bien conservado.
Consideraciones éticas a la clonación
Argumentos a favor de la clonación humana terapéutica
El aumento de la esperanza de vida de los seres humanos ha provocado un notable aumento
de las enfermedades crónicas o degenerativas, como las enfermedades cardíacas,
el alzheimer o el cáncer. El principal problema es que estas enfermedades afectan a partes del
organismo que, debido a un aumento de la longevidad o al daño irreversible sufrido, el cuerpo
no puede regenerar por sí solo. Una solución a estas enfermedades puede ser la clonación
terapéutica, al ser una especialización del tratamiento con células madre. Cuando un órgano o
tejido ha sido dañado es necesario regenerarlo o realizar un trasplante, pero los trasplantes
tienen varias dificultades, como la dificultad para encontrar donantes, el posible rechazo
inmunitario o la imposibilidad de trasplantar ciertos tejidos u órganos.8
Se creía que la clonación
terapéutica prometía grandes posibilidades, pero hasta la fecha no ha habido grandes avances
en la medicina regenerativa con base a la clonación terapéutica. Es más, en el 2007, el
profesor IanWilmut, el investigador médico pionero en clonación animal y quien creó a Dolly la
oveja, anunció que había abandonado la investigación destinada a producir células madre
embrionarias humanas mediante la clonación, es decir, la llamada "clonación terapéutica". El
profesor Wilmut, dijo que abandonaba la clonación terapéutica en favor a las células
pluripotentes inducidas, iPS, argumentando que estas células proporcionan los suministros de
una amplia gama de células compatibles con los pacientes sin los problemas éticos de la
clonación y de la disgregación de células madre embrionarias que destruye a los embriones.

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Aparición de la ingeniería genética

  • 1. Aparición de la Ingeniería Genética Los granos de trigo modificados genéticamente con bacterias como las que colonizaron esta placa de Petri son casi inmunes contra una enfermedad micótica que destruye las raíces. El gel de secuenciación en el fondo muestra el código genético de las enzimas bacterianas que sintetizan antibióticos naturales. En 1953 se descubrió el fenómeno llamado de restricción: ciertos fagos (virus bacteriano) que parasitan a E. coli podían desarrollarse en ciertas cepas de esta bacteria, pero no podían hacerlo en otras (se dice que están "restringidos" en determinadas cepas). A finales de los 60, Werner Arber, en Basilea, descubre las enzimas de restricción responsables de ese fenómeno: la cepa de bacteria restrictiva, que produce unas endonucleasas ("enzimas de restricción, o restrictasas") que escinden el ADN del fago crecido en otra cepa diferente. Esas primeras enzimas de restricción eran inespecíficas en cuanto al sitio del ADN donde cortaban, pero en 1970 Hamilton O. Smith, en Baltimore, descubre un nuevo tipo de enzima de restricción totalmente específica: capaz de reconocer una determinada secuencia de ADN, de unos pocos pares de bases, y de cortar en ambas cadenas en lugares concretos. En 1972, Mertz y Davis añadieron a una mezcla de ADN de diferentes orígenes una enzima ADN- ligasa, procurando que se reparasen los enlaces fosfodiéster. Y esto les hizo darse cuenta de que podían constituir la base para la producción de moléculas recombinantes in vitro, con material genético de diferentes especies. Pero este ADN recombinante, generado en el tubo de ensayo, es inerte, no es más que una macromolécula híbrida que por sí sola no hace nada. Si queremos que el ADN recombinante haga algo, hay que introducirlo en células vivas que sean capaces de expresar su información genética. Esto nos lleva ya a la idea de lo que es la Ingeniería Genética: la formación in vitro de nuevas combinaciones de material genético, por medio de la inserción de un ADN de interés en un vehículo genético (vector), de modo que tras su introducción en un organismo hospedero el ADN híbrido (recombinante) se pueda multiplicar, propagar, y eventualmente expresarse. Experimento de ingeniería genética Un experimento de ingeniería genética podría ser:
  • 2. 1. Se corta por separado el ADN del organismo a estudiar y el ADN del vector con la misma restrictasa, de modo que se generan extremos compatibles entre sí (mutuamente cohesivos). 2. Se juntan ambos ADN y se les añade ADN-ligasa: de esta forma, las uniones entre ADN pasajero y ADN del vector se sellan mediante un enlace covalente, generándose moléculas híbridas (quiméricas o recombinantes). 3. Ahora hay que introducir las moléculas generadas en los organismos huésped. En el caso de bacterias se recurre a una técnica sencilla denominada transformación, que permite la entrada del ADN a través de las envueltas del microorganismo. 4. Finalmente, hay que localizar las bacterias que han captado el ADN que ha entrado. A menudo este es el paso más laborioso, pero el hecho de que el vector posea uno o varios genes de resistencia favorece al menos la eliminación de las bacterias que no han recibido ADN del vector: basta añadir al medio de cultivo el antibiótico para el que el vector confiere resistencia. Para localizar los transformantes recombinantes, muchos vectores incorporan un gen marcador que produce alguna sustancia coloreada. Si insertamos el gen a aislar dentro de ese marcador, lo rompemos, por lo que las colonias bacterianas no producirán la sustancia coloreada, sino que permanecen incoloras o blancas. 5. El resultado del experimento es la obtención de al menos una colonia (clon) de bacterias que portan la combinación buscada de vector con el inserto de ADN pasajero. Se dice entonces que hemos clonado dicho ADN. En 1973 los investigadores Stanley Cohen y Herbert Boyer producen el primer organismo recombinando partes de su ADN en lo que se considera el comienzo de la ingeniería genética. En 1997 se clona el primer mamífero, la oveja Dolly. Actualmente la Ingeniería Genética está trabajando en la creación de técnicas que permitan solucionar problemas frecuentes de la humanidad como, por ejemplo, la escasez de donantes para la urgencia de trasplantes. En este campo se están intentando realizar cerdos transgénicos que posean órganos compatibles con los del hombre. El ADN es una base fundamental de información que poseen todos los organismos vivos, hasta el más simple y pequeño. Esta información está a su vez dividida en determinada cantidad espacios llamado loci (plural) o locus (singular); que es donde se encuentran insertados los genes, que varían dependiendo de la especie. A su vez, cada gen contiene la información necesaria para que la célulasintetice una proteína, por lo que el genoma y, en consecuencia, el proteoma, van a ser los responsables de las características del individuo. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo metabolismo, forma, desarrollo y reproducción. Por ejemplo, una proteína X hará que en el individuo se manifieste el rasgo de "pelo oscuro", mientras que la proteína Y determinará el rasgo de "pelo claro". Vemos entonces que la carga genética de un determinado organismo no puede ser idéntica a la de otro, aunque se trate de la misma especie. Sin embargo, debe ser en rasgos generales similar para que la reproducción se pueda concretar, ya que una de las propiedades más importantes del ADN, y por la cual se ha dicho que fue posible la evolución, es la de dividirse y fusionarse con el ADN de otro individuo de la misma especie para lograr descendencia diversificada.
  • 3. Otra particularidad de esta molécula es su universalidad. A raíz del concepto de gen, surgen algunas incógnitas: ¿Son compatibles las cargas genéticas de especies distintas? ¿Puede el gen de una especie funcionar y manifestarse en otra completamente distinta? ¿Se puede aislar y manipular el ADN? La ingeniería genética tiene un fundamental uso en la actualidad especialmente en la obtención de nuevos alimentos que favorezcan el diario vivir de las personas, se logra apreciar en diferentes alimentos como quesos, yogurth y frutos transgénicos aunque sigue en debate y en reiterados cuestionamientos si esta clase de alimentos altera de alguna manera la salud de las personas al estar recombinadas genéticamente. Técnicas La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas, entre las que destacan: La tecnología del ADN recombinante; La secuenciación del ADN; La reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Plasmotosis Proyecto Genoma Humano Representación gráfica del cariotipo humano normal. El Proyecto Genoma Humano (PGH) fue un proyecto de investigación científica con el objetivo fundamental de determinar la secuencia de pares de bases químicas que componen el ADN e identificar y cartografiar los aproximadamente 20.000-25.000 genes del genoma humano desde un punto de vista físico y funcional. El proyecto, dotado con 3000 millones de dólares, fue fundado en 1990 en el Departamento de Energía y los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos, bajo la dirección del doctor Francis Collins, quien lideraba el grupo de investigación público , conformado por múltiples científicos de diferentes países, con un plazo de realización de 15 años. Debido a la amplia colaboración internacional, a los avances en el campo de la genómica, así como los avances en la tecnología computacional, un borrador inicial del genoma fue terminado en el año 2000 (anunciado conjuntamente por el expresidente Bill Clinton y el ex-primer ministro británico Tony Blair el 26 de junio de 2000), finalmente el genoma completo fue presentado en abril del 2003, dos años antes de lo esperado. Un proyecto paralelo se realizó fuera del gobierno por parte de laCorporación Celera. La mayoría de la secuenciación se realizó en las universidades y centros de investigación de los Estados Unidos, Canadá, Nueva Zelanda, Gran Bretaña y España. El genoma humano es la secuencia de ADN de un ser humano. Está dividido en fragmentos que conforman los 23 pares de cromosomas distintos de la especie humana (22 pares de autosomas y 1 pardecromosomas sexuales). El genoma humano está compuesto por aproximadamente entre 22500 y
  • 4. 25000 genes distintos. Cada uno de estos genes contiene codificada la información necesaria para la síntesis de una o varias proteínas (o ARN funcionales, en el caso de los genes ARN). El "genoma" de cualquier persona (a excepción de los gemelos idénticos y los organismos clonados) es único. Conocer la secuencia completa del genoma humano puede tener mucha relevancia cuanto a los estudios de biomedicina y genética clínica, desarrollando el conocimiento de enfermedades poco estudiadas, nuevas medicinas y diagnósticos más fiables y rápidos. Sin embargo descubrir toda la secuencia génica de un organismo no nos permite conocer su fenotipo. Como consecuencia, la ciencia de la genómica no podría hacerse cargo en la actualidad de todos los problemas éticos y sociales que ya están empezando a ser debatidos. Por eso el PGH necesita una regulación legislativa relativa al uso del conocimiento de la secuencia genómica, pero no tendría por qué ser un impedimento en su desarrollo, ya que el saber en sí, es inofensivo. Antes de los ochenta ya se conocía la secuencia de genes sueltos de algunos organismos, como también se conocían los genomas de entidades subcelulares, tales como virus y plásmidos. Así pues, no fue hasta 1986 cuando el Ministerio de Energía (DOE), concretó institucionalmente el Proyecto Genoma Humano (PGH) durante un congreso en Santa Fe. El PGH contaba con una buena suma económica y sería utilizado para estudiar los posibles efectos de las radiaciones sobre el ADN. Al siguiente año, en el congreso de biólogos en el Laboratorio de Cold Spring Harbor, el Instituto Nacional de la Salud (NIH) quiso participar del proyecto al ser otro organismo público con mucha más experiencia biológica, si bien no tanta en la organización de proyectos de esta magnitud. El debate público que suscitó la idea captó la atención de los responsables políticos, no solo porque el Proyecto Genoma Humano era un gran reto tecnocientífico, sino por las tecnologías de vanguardia que surgirían, así como porque el conocimiento obtenido aseguraría la superioridad tecnológica y comercial del país. Antes de dar luz verde a la iniciativa del PGH se necesitó por un lado el informe de 1988 de la Oficina de Evaluación Tecnológica del Congreso (OTA) y el del Consejo Nacional de Investigación (NRC). Ese año se inauguró HUGO (Organización del Genoma Humano) y James D. Watson fue nombrado alto cargo del proyecto. Sería reemplazado por Francis Collins en abril de 1993, en gran parte por su enemistad con BernadineHealy que era su jefe por aquel entonces. Tras esto el nombre del Centro cambió a Instituto Nacional de Investigaciones del Genoma Humano (NHGRI). En 1990 se inauguró definitivamente el Proyecto Genoma Humano calculándose quince años de trabajo. Sus objetivos principales en una primera etapa eran la elaboración de mapas genéticos y físicos de gran resolución, mientras se ponían a punto nuevas técnicas de secuenciación, para poder abordar todo el genoma. Se calculó que el PGH americano necesitaría unos 3000 millones de dólares y terminaría en 2005. En 1993 los fondos públicos aportaron 170 millones de dólares, mientras que la industria gastó
  • 5. aproximadamente 80 millones. Con el paso de los años, la inversión privada cobró relevancia y amenazó con adelantar a las financiaciones públicas. Clonación Para otros usos de este término, véase Clonación (desambiguación). La clonación (del griego κλών, "retoño, rama")1 puede definirse como el proceso por el que se consiguen, de forma asexual,2 copias idénticas de un organismo, célula o molécula ya desarrollado. Se deben tomar en cuenta las siguientes características En primer lugar se necesita clonar las células, ya que no se puede hacer un órgano o parte del "clon" si no se cuenta con las células que forman a dicho ser. Ser parte de un animal ya "desarrollado", porque la clonación responde a un interés por obtener copias de un determinado animal, y sólo cuando es adulto se pueden conocer sus características. Por otro lado, se trata de crearlo de forma asexual. La reproducción sexual no permite obtener copias idénticas, ya que este tipo de reproducción por su misma naturaleza genera diversidad múltiple. Clonación molecular La clonación molecular se utiliza en una amplia variedad de experimentos biológicos y las aplicaciones prácticas van desde la toma dehuellas dactilares a producción de proteínas a gran escala. En la práctica, con el fin de amplificar cualquier secuencia en un organismo vivo, la secuencia a clonar tiene que estar vinculada a un origen de replicación; que es una secuencia de ADN. Transfección Se introduce la secuencia formada dentro de células. Selección Finalmente se seleccionan las células que han sido transfectadas con éxito con el nuevo ADN. Inicialmente, el ADN de interés necesita ser aislado de un segmento de ADN de tamaño adecuado. Posteriormente, se da el proceso de ligación cuando el fragmento amplificado se inserta en un vector de clonación: El vector se linealiza (ya que es circular),usando enzimasde restricción y a continuación se incuban en condiciones adecuadas el fragmento de ADN de interés y el vector con la enzima ADN ligasa. Tras la ligación del vector con el inserto de interés, se produce la transfección dentro de las células, para ello las células transfectadas son cultivadas; este proceso, es el proceso
  • 6. determinante, ya que es la parte en la que vemos si las células han sido transfectadas exitosamente o no. Tendremos que identificar por tanto las células transfectadas y las no transfectadas, existen vectores de clonación modernos que incluyen marcadores de resitencia a los antibióticos con los que sólo las células que han sido transfectadas pueden crecer. Hay otros vectores de clonación que proporcionan color azul/ blanco cribado. De modo, que la investigación de las colonias es necesaria para confirmar que la clonación se ha realizado correctamente. Clonación celular Clonar una célula consiste en formar un grupo de ellas a partir de una sola. En el caso de organismos unicelulares como bacterias ylevaduras, este proceso es muy sencillo, y sólo requiere la inoculación de los productos adecuados. Sin embargo, en el caso de cultivos de células en organismos multicelulares, la clonación de las células es una tarea difícil, ya que estas células necesitan unas condiciones del medio muy específicas. Una técnica útil de cultivo de tejidos utilizada para clonar distintos linajes de células es el uso de aros de clonación (cilindros). De acuerdo con esta técnica, una agrupación de células unicelulares que han sido expuestas a un agente mutagénico o a un medicamento utilizado para propiciar la selección se ponen en una alta dilución para crear colonias aisladas; cada una proviniendo de una sola célula potencialmente y clónicamente diferenciada. En una primera etapa de crecimiento, cuando las colonias tienen sólo unas pocas células; se sumergen aros estériles de poliestireno en grasa, y se ponen sobre una colonia individual junto con una pequeña cantidad de tripsina. Las células que se clonan, se recolectan dentro del aro y se llevan a un nuevo contenedor para que continúe su crecimiento en forma natural. Clonación de organismos de forma natural La clonación de un organismo es crear un nuevo organismo con la misma información genética proveniente de una célula existente. Es un método de reproducción asexual, donde la fertilización no ocurre. En términos generales, sólo hay un progenitor involucrado. Esta forma de reproducción es muy común en organismos como las amebas y otros seres unicelulares, aunque la mayoría de las plantas yhongos también se reproducen asexualmente.
  • 7. También se incluye la obtención de gemelos idénticos de manera natural. Se considera como una alteración espontánea durante el desarrollo embrionario, ignorándose su causa, aunque existe una correlación familiar estadísticamente significativa. Gemelación artificial Este tipo de clonación consiste en tomar un embrión de hasta 8 células y generar embriones idénticos preimplantatorios (se podrían generar hasta 8 embriones idénticos, uno a partir de cada blastómera). Las blastómerasbiopsiadas del embrión original se introducen individualmente o de dos en dos en una zona pelúcida vacía (puede proceder de otro animal, pues después el embrión sale de ella), o en una cubierta artificial (ZPA), y de cada uno se generan embriones idénticos al original (clones). En veterinaria se lleva haciendo más de 30 años (para preservar las razas puras y mantener los caracteres deseados de un determinado animal), sin embargo, al considerarse una clonación, está totalmente prohibido en humanos, principalmente porque los embriones humanos pueden morir durante el proceso. Si se legalizase esta técnica, el rendimiento por ciclo de fecundación in vitro (FIV) aumentaría espectacularmente, pues se podrían obtener muchos más embriones y fácilmente; además ya no sería necesario someter a las mujeres a tratamientos fuertes de estimulación ovárica, pues a partir de un sólo embrión podrían obtener hasta 8 clones: se transfiere uno y los otros se congelarían, para poder ser transferidos años después o como reserva de seguridad, por si el hijo necesita células madre para el tratamiento de alguna enfermedad. En la película Los niños del Brasil se explica lo que la Ciencia sabía en los años 80 sobre la clonación. la Película The 6th Day (El 6º día) plantea lo que la ficción del 2000 esperaba de la clonación para el 2015 en ambiente de crimen. Separación de blastómeras para estudios de diagnóstico prenatal En algunas especies, como los equinos, se ha utilizado la separación de blastómeros de embriones previos a su implantación para efectuar estudios de diagnóstico de enfermedades genéticas. En ellos se ha determinado la viabilidad de los embriones analizados después de su transferencia en hembras receptoras, encontrándose tasas de gestación de 21%. La técnica de separación de los blastómeros implica la remoción de la zona pelúcida, ya sea por métodos químicos, mecánicos o enzimáticos, para posteriormente obtener los blastómeros mediante aspiración, extrusión o disminución de sus interacciones en soluciones libres de Ca2+ y Mg2+. En humanos la separación y cultivo de blastómeros aislados también han sido utilizados en
  • 8. estudios de biopsias de embriones en diferentes etapas de segmentación con la finalidad de dar alternativas a los estudios de diagnóstico prenatal, evaluando a su vez el desarrollo embrionario in vitro con el propósito de que se seleccionen los mejores embriones capaces de desarrollarse en blastocistos y congelarlos mientras se evalúan sus blastómeros aislados. Clonación reproductiva Es impreciso distinguir entre clonación humana reproductiva y otro tipo de clonación debido a que toda clonación humana es reproductiva, pues siempre se produce un embrión humano. La diferencia realmente reside en el destino que se le dé a ese embrión. 3 Este tipo de clonación se basa en la creación de una copia genéticamente idéntica a una copia actual o anterior de un ser humano o animal. Es técnicamente posible, pues se ha conseguido en animales, aunque tiene bajo rendimiento y conlleva ciertos riesgos, como por ejemplo, problemas epigenéticos (síndrome LOS: el clon crece mucho más, que el animal original) y de senescencia. Este tipo de clonación está absolutamente prohibido en humanos, pues no tiene ningún sentido terapéutico, aparte de que al no ser una técnica perfeccionada, pueden morir los embriones humanos en el proceso. En 1996, fue clonada la oveja Dolly. Fue el primer mamífero clonado a partir del ADN derivado de un adulta en vez de ser utilizado el ADN de un embrión. Pero aunque Dolly tenía una apariencia saludable, se cuestionaba que envejeciera antes que una oveja normal, es decir, que la fuente (Dolly) trasmitió su edad celular al clon. Además fueron necesarios 277 embriones para producir este nacimiento. Sin embargo, algunos han especulado que había un factor agravante al deceso de Dolly y era que tenía una edad genética de seis años, la misma edad de la oveja de la cual fue clonada. Una base para esta idea fue el hallazgo de sus telómeros cortos, que son generalmente el resultado del proceso de envejecimiento. Sin embargo, el RoslinInstitute ha establecido que los controles intensivos de su salud no revelaron ninguna anormalidad en Dolly que pudieran pensar en envejecimiento prematuro. Clonación terapéutica (o andropática) Artículo principal: Ingeniería de tejidos La clonación terapéutica, área en la que se está investigando mucho actualmente, no consiste en clonar personas o crear bebés de reserva,4 sino tejidos y órganos que poder trasplantar al paciente donante y curar así enfermedades.5 Los diferentes avances en legislación internacional e investigación permiten la clonación de determinados tejidos animales y humanos con fines de investigación médica. Este tipo de clonación consiste en fusionar
  • 9. el núcleo de una célula adulta (madre o diferenciada) y un ovocito enucleado, al que se le ha extraído el núcleo, para crear un embrión con el que trabajar. De dicho embrión se pueden aislar células madre embrionarias compatibles con el futuro receptor del tejido. Las células madre se aislan de la masa celular interna del embrión clonado una vez alcanzado el estado de blastocisto. Estas células madre poseen la mismadotación genética que el paciente del que se tomó la célula adulta y, por tanto, reproducen su misma dotación antigénica, la estructura de proteínas superficial de la célula, por lo que se puede evitar una reacción de rechazo al trasplante. Una vez que se han extraído las células madre de la masa celular interna, se destruye el embrión clonado. De hecho, en enero de 2008, se anunció que se habían creado 5 embriones clonados a partir de células de piel humana, con vistas a proporcionar una fuente viable de células madre embrionarias para el tratamiento de enfermedades; valiéndose de la misma técnica que dio origen a la oveja Dolly, científicos de la empresa californiana StemagenCorporation (con sede en La Jolla, California), encabezados por Andrew French, han empleado las células de la piel de dos varones adultos así como los óvulos de tres mujeres jóvenes (entre 20 y 24 años) que se estaban sometiendo a un tratamiento de fertilidad.6 Además, en mayo de 2013 la Universidad de Oregón desveló que se habían conseguido obtener mediante clonación células embrionarias humanas. La técnica tiene grandes implicaciones en la medicina regenerativa, ya que se podrían obtener células madre de un embrión en fase de blastocisto con las que poder regenerar partes del cuerpo humano del propio donante sin riesgo de rechazo durante el trasplante.7 Clonación de sustitución[editar · editar código] Un cuarto tipo de clonación sería la llamada clonación de sustitución que sería una combinación de la clonación reproductiva y la clonación terapéutica. En este tipo de clonación se produciría la clonación parcial de un tejido o una parte de un humano necesaria para realizar un trasplante. Clonación de especies extintas y en peligro de extinción La clonación de especies extintas, ha sido un sueño para muchos científicos.Uno de los objetivos previstos para la clonación fue elmamut lanudo, pero los intentos de extraer ADN de mamuts congelados no han tenido éxito, aunque un equipo ruso-japonés está trabajando en ello. En 2001, una vaca llamada Bessie dio a luz a un gaur( un bisonte indio) clonado de Asia, una especie en peligro, pero el ternero murió después de dos días.
  • 10. En 2003, un banteng (tipo de toro) fue clonado con éxito, además también fueron clonadas con éxito tres fieras de África a partir de embriones congelados. Éstos éxitos han dado esperanzas sobre la posibilidad de que otras especies extintas puedan ser clonadas. De cara a esta posibilidad; las muestras de tejidos del último bucardo (cabra montesa) fueron congelados rápidamente tras su muerte.Los investigadores también están considerando la clonación de especies en peligro de extinción como el panda gigante, el ocelote, y guepardos.En 2002, los genetistas en el Museo Australiano anunciaron que habían replicado el ADN del Tigre de Tasmania, extinto hace 65 años con la reacción en cadena de la polimerasa. Sin embargo en el año 2005, tuvieron que parar el proyecto ya que las células no se habían conservado bien.Uno de los obstáculos en el intento de clonar especies extintas es la necesidad de mantener el ADN en perfecto estado, muy bien conservado. Consideraciones éticas a la clonación Argumentos a favor de la clonación humana terapéutica El aumento de la esperanza de vida de los seres humanos ha provocado un notable aumento de las enfermedades crónicas o degenerativas, como las enfermedades cardíacas, el alzheimer o el cáncer. El principal problema es que estas enfermedades afectan a partes del organismo que, debido a un aumento de la longevidad o al daño irreversible sufrido, el cuerpo no puede regenerar por sí solo. Una solución a estas enfermedades puede ser la clonación terapéutica, al ser una especialización del tratamiento con células madre. Cuando un órgano o tejido ha sido dañado es necesario regenerarlo o realizar un trasplante, pero los trasplantes tienen varias dificultades, como la dificultad para encontrar donantes, el posible rechazo inmunitario o la imposibilidad de trasplantar ciertos tejidos u órganos.8 Se creía que la clonación terapéutica prometía grandes posibilidades, pero hasta la fecha no ha habido grandes avances en la medicina regenerativa con base a la clonación terapéutica. Es más, en el 2007, el profesor IanWilmut, el investigador médico pionero en clonación animal y quien creó a Dolly la oveja, anunció que había abandonado la investigación destinada a producir células madre embrionarias humanas mediante la clonación, es decir, la llamada "clonación terapéutica". El profesor Wilmut, dijo que abandonaba la clonación terapéutica en favor a las células pluripotentes inducidas, iPS, argumentando que estas células proporcionan los suministros de una amplia gama de células compatibles con los pacientes sin los problemas éticos de la clonación y de la disgregación de células madre embrionarias que destruye a los embriones.