Este documento describe varias aplicaciones de la biología celular y molecular en diferentes campos como la medicina, la salud pública, la agricultura, la farmacología y la industria alimenticia. En la medicina, la biología molecular ha permitido el desarrollo de terapias para enfermedades genéticas mediante el uso de ADN recombinante. En la salud pública, ha ayudado a establecer asociaciones entre factores de riesgo como el tabaco y ciertos cánceres. En la agricultura, ha llevado al desarrol

1. Prof. Claudia
Barriga D.

2. Unidad I.
“Comprendiendo la
estructura y función
celular”.

3. OA 01: Investigar el desarrollo del
conocimiento de biología celular y
molecular a lo largo de la historia y su
relación con diversas disciplinas como
la química, la física y la matemática,
entre otras

4. Identificar el desarrollo de
conocimiento científico en relación
con la biología celular y molecular

5. Aplicaciones de la biología celular y
molecular
MEDICINA

6. El mayor impacto terapéutico de la biología molecular se ha
manifestado en el manejo del trastorno fenotípico metabólico y
proteico, derivado de la aplicación de la tecnología de ADN
recombinante en la preparación de proteínas, que pueden usarse
exitosamente para el tratamiento de las manifestaciones
fenotípicas de una amplia variedad de enfermedades.
Estas variantes genéticas también pueden determinar la forma en
la que el individuo o un grupo poblacional respondería a una
terapia farmacológica. Este conocimiento ha propiciado el
desarrollo de un enfoque médico que toma en cuenta todos estos
procesos moleculares y se le ha denominado medicina genómica.
Este enfoque pretende identificar en individuos o grupos
humanos factores genéticos moleculares que determinen la

7. SALUD PÚBLICA

8. Un ejemplo
Estudios experimentales realizados con animales de laboratorio, en
los que se demostró la inducción de tumores en la piel por el
alquitrán'~.~ y la identificación de compuestos carcinógenos en el
humo del tabaco.
Estos científico, sin querer, encontraron una asociación causal entre
el hábito de fumar y la incidencia de cáncer pulmonar por medio de la
investigación epidemiológica.
En 1988, es decir casi 40 años después de las primeras observaciones
epidemiológicas sobre el Instituto Nacional de Salud Pública potencial
carcinogénico del tabaco, la aplicación de la técnica de medición de
aductos de DNA, permitiría a Phillips y colaboradores, demostrar a
nivel molecular, una relación lineal entre aductos de DNA en tejido
pulmonar humano y el hábito tabáquico. Más aún, los resultados de
estudios recientes han corroborado que el riesgo de padecer cáncer
de pulmón aumenta entre los no-fumadores expuestos a humo del
tabaco, pues en este grupo se ha demostrado un incremento de
aductos de aminobifenil-hemoglobina. L
Este es un ejemplo, en el que los resultados de los estudios
epidemiológicos clásicos se fortalecieron con el conocimiento
generado por la biología molecular, conjunción a partir de la cual se
ha acuñado un término prometedor: "epidemiología molecular".
Higginson ha definido a la epidemiologia molecular como "...la
aplicación de técnicas sofisticadas en los estudios epidemiológicos

9. AGRICULTURA

10. La biotecnología moderna está compuesta por una variedad de
técnicas derivadas de la investigación en biología celular y
molecular, las cuales pueden ser utilizadas en cualquier industria
que utilice microorganismos o células vegetales y animales. Esta
tecnología permite la transformación de la agricultura.
Una definición más exacta y específica de la biotecnología
"moderna" es "la aplicación comercial de organismos vivos o sus
productos, la cual involucra la manipulación deliberada de sus
moléculas de DNA. Esta definición implica una serie de
desarrollos en técnicas de laboratorio que, durante las últimas
décadas, han sido responsables del tremendo interés científico y
comercial en biotecnología, la creación de nuevas empresas y la
reorientación de investigaciones y de inversiones en compañías
ya establecidas y en Universidades.
Algunos ejemplos:
• Resistencia a herbiCidas
• Resistencia a plagas y enfermedades
• Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas

11. Otras aplicaciones.
En el campo de la horticultura se han obtenido variedades
coloreadas imposibles de obtener por cruzamiento o hibridación,
como el el caso de la rosa de color azul a partir de un gen de
petunia y que es el responsable de la síntesis de delfinidinas
(pigmento responsable del color azul). En clavel también se ha
conseguido insertar genes que colorean esta planta de color
violeta.
También se ha conseguido mejorar la fijación de nitrógeno por
parte de las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las
leguminosas. Otra línea de trabajo es la transferencia a cereales
de los genes de nitrificación de dichas bacterias, aunque es
enormemente compleja al estar implicados muchísimos genes.
En colza y tabaco, se ha logrado obtener plantas androestériles
gracias a la introducción de un gen quimérico compuesto por dos
partes: una que sólo se expresa en el tejido de la antera que rodea
los granos de polen y otra que codifica la síntesis de una enzima
que destruye el ARN en las células de dicho tejido. Este
procedimiento permitirá la obtención de híbridos comerciales con
mayor facilidad.
En la industria auxiliar a la agricultura destaca la producción de
plásticos biodegradables procedentes de plantas en las que se les
ha introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato, una

12. FARMACOLOGÍA

13. La Farmacología Molecular estudia a las
características bioquímicas y biofísicas de las
interacciones entre los fármacos y los blancos de las
células. De algún modo, es la biología molecular
aplicada a las preguntas farmacológicas y
toxicológicas. Los métodos de la farmacología
molecular incluyen técnicas físicas, de biología
molecular y químicas para entender cómo las células
responden a las hormonas o a los agentes
farmacológicos, y cómo la estructura química de éstos
se correlaciona con su actividad biológica.
En el instituto las diferentes líneas de trabajo
enfocadas en los aspectos moleculares de la función
de diferentes fármacos, se encuentran enfocadas
principalmente en el hallazgo y validación de nuevos
blancos moleculares cuya intervención posea
potencialidad terapéutica, al descubrimiento de

14. Por ejemplo
En función de los polimorfismos (SNPs, Single Nucleotide
Polymorphisms) presentes en cada individuo y de sus diferentes
combinaciones, es posible predecir en dicho individuo el fenotipo
asociado al metabolismo de fármacos.
• Metabolizador lento (Poor Metabolizer, PM): incapaz de procesar los
fármacos por carecer de alelos funcionales. Estos individuos
necesitan una menor dosis del fármaco para que este sea efectivo,
debido a la dificultad de metabolizarlo, ya que éste queda retenido
en el organismo, con sus consecuentes efectos nocivos.
• Metabolizador rápido o extensivo (Extensive metabolizer, EM): es
considerado el fenotipo normal, ya que procesa los fármacos en
tiempo y forma adecuada.
• Metabolizador intermedio (Intermediate Metabolizer, IM): procesa
los fármacos un poco más lento que el fenotipo normal.
• Metabolizador ultrarrápido (Ultrafast Metabolizer, UM): estos
individuos transforman los fármacos muy rápidamente. En estos
casos la dosis recomendada debería ser más elevada de lo normal,
debido a que, al ser eliminado el fármaco más rápidamente de lo

15. INDUSTRIA ALIMENTICIA

16. Los ensayos microbiológicos y ensayos de biología molecular son
un aporte para la biotecnología alimentaria e innovación en la
producción de alimentos más sanos, seguros y de calidad, así
como el desarrollo de procesos industriales de producción y
control.
La genética molecular permite la identificación de organismos y
sus productos gracias a su propio ADN y utilizando métodos de
tipificación basados en la amplificación de ácidos nucleícos
mediante la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), una
técnica relativamente rápida, reproducible y sólida, que no
requiere de equipos costosos y que podría ser usada por
laboratorios de ensayos de alimentos para hacer cumplir las
regulaciones y normas vigentes.
Estos ensayos se realizan para la caracterización e identificación
molecular por ejemplo de bifidobacterias probióticas en diferentes
productos, con el fin de cuantificar y corroborar la presencia de
estos organismos en los alimentos que se comercializan en
nuestro medio.
Asimismo se estandarizan metodologías para aislar material