sábado, 8 de diciembre de 2012

4.4 BIOETICA Y REVOLUCIÓN BIOTECNOLOGÍCA

4.4. BIOETICA Y REVOLUCION BIOTECNOLOGICA

 

La biotecnología es la tecnología basada en la biología, especialmente usada en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, medio ambiente y medicina. Se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra varias disciplinas y ciencias como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería y la agricultura entre otros campos.

Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Károly Ereki, en 1919, quien la introdujo en su libro Biotecnología en la producción cárnica y láctea de una gran explotación agropecuaria.[]

Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".[[]

El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica [    define la biotecnología moderna como la aplicación de:

 

4.3 LEGISLACIÓN

4.3. LEGISLACIÓN

Acuerdos internacionales y regulación en México sobre el uso de los OGMs

Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados (LBOGM)

 

En México, el Congreso de la Unión con el apoyo del Comité de Biotecnología de la Academia Mexicana de Ciencias, en cumplimiento con compromisos internacionales adquiridos, después de un proceso de consulta, discusión y revisión que tuvo una duración de tres años,  emitió la Ley de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados (LBOGM). El objetivo es garantizar la protección de la salud humana, del medio ambiente, la diversidad biológica y de la sanidad animal, vegetal y acuícola, de actividades con OGMs. Entre los elementos que contiene se encuentran:
n  Definición de los principios y política de bioseguridad -como la evaluación caso por caso y paso por paso, con base en conocimiento científico;
n  Determinación de competencias de diferentes dependencias gubernamentales;
n  Establecimiento de las bases para el funcionamiento de la Comisión Intersecretarial de Bioseguridad de Organismos Genéticamente Modificados (CIBIOGEM);
n  Establecimiento de regímenes para el manejo de OGMs (permisos, avisos y autorizaciones),
n  Bases para el establecimiento del Sistema Nacional de Información sobre Bioseguridad y el Registro Nacional de Bioseguridad de OGMs;
n  Determinación de áreas geográficas libres de OGMs.
n  Definición de las bases para establecimiento de Normas en materia de bioseguridad;
n  Establecimiento de las medidas de control y sanciones;
n  Definición de los mecanismos para la participación pública,
n  Acceso a la información y la participación social a través del Consejo Consultivo Mixto de la CIBIOGEM;
n  Definición de instrumentos de fomento a la investigación científica y tecnológica en materia de bioseguridad y biotecnología, entre los más importantes.

4.2.5.2 ANIMALES TRANGÉNICOS

4.2.5.2. ANIMALES TRANSGÉNICOS
 
Son aquellos que poseen un gen que no les pertenece La forma más sencilla para generar un animal transgénico es la que involucra el aislamiento del gen que se quiere introducir (al que llamaremos transgén), su clonación y manipulación para que pueda ser expresado por el organismo blanco, y su inserción en el organismo. Para lograr que todas las células del organismo expresen este nuevo gen, incorporamos dicho gen en un embrión en estadio de cigoto. Una vez seguros que el embrión incorporó el transgén, implantamos el embrión en un animal receptivo, que actúa como madre (en un procedimiento similar al de fertilización in vitro.

¿Cómo se modifica genéticamente un animal?
Para modificarlos genéticamente se introduce o modifica un gen específico en el animal. Por ejemplo en el caso del mono “Andi” o el cerdito NT-2 se les ha introducido un gen ajeno a su especie. Modificando, por tanto, un cromosoma determinado y por lo tanto la célula en si. fig.1.. Esta célula en el caso de que sea una célula sexual, óvulo, cuando ese animal se reproduza, en la célula al unir su material genético con el del macho mantendrá esa información pero no es seguro que se manifieste, este tipo de reproducción en las células se denomina meiosis.fig.2.
En canvio cuando se modifica el material genético de cualquier otra célula que sufra una división, el material genético (cromosomas), se duplicará antes de la división celular de manera que cada una de las nuevas células tiene la misma cantidad de cromosomas que la original. (mitosis)
  • ¿Para que se modifican genéticamente?
  • Hoy en día se modifican genéticamente animales y plantas, estas últimas ya comercializadas y supuestamente menos peligrosas.
    En cuanto a los animales se experimenta sobretodo con ratones, ratas, conejos, peces y cerods entre otros.
    Los objetivos de los científicos entre otros son:
    • Mejorar la resistencia a según que enfermedades
    • Augmentar el crecimiento, esto último empleado en peces como el salmón o las carpas consiguiendo crecimientos de hasta el 105%.
    • Destruir especies perjudiciales para el ser humano o su entorno, un ejemplo es que se pretende utilizar un gen de la medusa que activa un mecanismo de destrucción para combatir las plagas de polillas que atacan a los cultivos de algodón. Esto pretenden llevarlo a cabo liberando 3.600 polillas transgénicas en un campo experimental de EEUU con el fin de que se mezclen con las naturales y directamente se autoexterminen.
    • En otros casos la simple experimentación como es el caso del mono `Andi', al que han introducido un gen que produce una proteina que brilla bajo la luz fluorescente simplemente para demostrar que es posible realizar la transferencia de genes a un animal “casi” superior o el caso del ceridto NT-2 al qual le han introducido este mismo gen haciendo que su hocico y sus pezuñas brillen.

    4.2.5.1 PLANTAS TRANSGÉNICAS

    4.2.5.1. PLANTAS TRANSGÉNICAS

     

    Las plantas transgénicas contienen uno o más genes que han sido insertados en forma artificial en lugar de que la planta los adquiera mediante la polinización.
    La secuencia génica insertada (llamada el transgen) puede provenir de otra planta no emparentada o de una especie por completo diferente: por ejemplo, el maíz Bt, que produce su propio insecticida, contiene un gen de una bacteria. Las plantas que tienen transgenes a menudo son llamadas genéticamente modificadas o cultivos GM, si bien en realidad todos los cultivos han sido genéticamente modificados con respecto a su estado silvestre original mediante la domesticación, la selección y el mejoramiento controlado a través de períodos prolongados.

    4.2.5. TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE EN LA AGRICULTURA


    4.2.5. TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE EN LA AGRICULTURA
     
    En agricultura, se usa para impartir características favorables a la planta para incrementar su rendimiento y mejorar su contenido nutricional.
    La tecnología del ADN recombinante requiere el uso de Tijeras moleculares denominadas enzimas de restricción, que cortan el ADN en secuencias específicas. El gen seccionado es luego insertado dentro de una pieza circular de ADN bacterial denominado plasmidas. La plasmida es luego reinsertada dentro de la célula bacterial. Cuando la bacteria se multiplica, las plasmidas se multiplican también, creando muchas copias del gen.

    4.2.4 VECTORES DE CLONACIÓN


    4.2.4. VECTORES DE CLONACIÓN

    Los vectores de clonación son moléculas transportadoras que transfieren y replican fragmentos de ADN que llevan insertados mediante técnicas de ADN recombinante. Para que sirva de vector, una molécula debe ser capaz de replicarse junto con el fragmento de ADN que transporta. También tiene que tener secuencias de reconocimiento que permitan la inserción del fragmento de ADN a clonar.

    Para insertar un fragmento de ADN al vector, se utiliza una enzima de restricción, y se mezcla con fragmentos de ADN producidos con la misma enzima.

    Los vectores que transportan un fragmento insertado se denominan vectores recombinantes

    Tipos de vectores


    Hay muchos vectores de clonación, que difieren en la especificidad de la célula huésped, el tamaño de los insertos que pueden transportar y en características como el número de copias que producen y el número y tipo de genes marcadores que contienen, entre otras.

    Plásmidos


    Los plásmidos fueron los primeros vectores que se desarrollaron, y aún son ampliamente usados. Estos vectores proceden de moléculas de ADN de doble cadena extracromosómicas que se encuentran de manera natural y que se replican autónomamente dentro de las células bacterianas.

    pUC18


    Es un plásmido muy utilizado, ya que presenta unas características que son muy beneficiosas:

    - Es pequeño, de modo que puede transportar fragmentos de ADN relativamente grandes (de unos 10.000 pares de bases).

    - Tiene un origen de replicación y puede producir hasta 500 copias de los fragmentos de ADN insertado por célula.

    - Se ha modificado para que presente muchas secuencias de reconocimiento para enzimas de restricción que se han agrupado en una región denominada polylinker o multiple cloning site.

    - Permite la identificación sencilla de los plásmidos recombinantes, ya que contiene un fragmento del gen bacteriano lacZ que produce colonias de color azul. Si se inserta un fragmento de ADN en el polylinker, se inactiva este gen, y da lugar a colonias de color blanco.

    Bacteriófago lambda


    El genoma del fago lambda se ha cartografiado y secuenciado completamente. Para ser utilizado de vector, el tercio central de su cromosoma puede ser reemplazado por ADN foráneo, sin que ello afecte a la capacidad del fago de infectar células y formar cápsides.

    Para clonar ADN utilizando este vector, se purifica el ADN del fago y se corta con una enzima de restricción, con la misma enzima de restricción cortamos el fragmento de ADN de interés y los unimos con una ADN ligasa. Los vectores lambda recombinantes se empaquetan in vitro en las cápsides proteicas del fago, y se introducen en células huesped bacterianas. Dentro de las bacterias, los vectores se replican y forman muchas copias del fago infectivo, llevando todas ellas el fragmento de ADN de interés en la clonación. Los vectores fágicos pueden transportar fragmentos de hasta 20 kb ( kilobases).

    Cósmidos


    Los cósmidos son vectores hibridos utilizando partes del cromosoma de lambda y de plásmidos. Tienen la secuencia cos del fago lambda, necesaria para el empaquetamiento del ADN del fago dentro de su cubierta proteica, además contienen secuencias plasmídicas necesarias para la replicación y genes de resistencia a antibióticos. Los cósmidos pueden transportar casi 50 kb de ADN insertado.

    YAC


    Los YAC son cromosomas artificiales de levadura. Un YAC tiene telómeros en sus extremos, un origen de replicación y un centrómero. Estos componentes están unidos a genes marcadores de selección y a un grupo de enzimas de restricción para insertar ADN exógeno.

    Estos cromosomas artificiales de levadura permiten clonar grandes trozos de ADN, de 100 a 1000 kb.

    BAC


    Un BAC es un cromosoma artificial bacteriano, basado en el plásmido de fertilidad ( factor F ) de bacterias.

    El factor F es un plásmido que se replica independientemente y que transfiere información genética durante la conjugación bacteriana.

    Los BAC pueden transportar insertos de hasta 300 kb.

    4.2.3. CLONACION DE GENES


    4.2.3. CLONACION DE GENES

    Técnica mediante la cual se selecciona un gen que interesa por alguna razón, generalmente porque produce alguna proteína de interés para el hombre (antibióticos, vacunas, proteínas terapéuticas, hormonas, etc.), se introduce en una célula sencilla, normalmente bacteriana o de algún protista sencillo, como las levaduras, y se hace que esa célula se divida muchas veces y que fabrique la proteína que nos interesa; luego se purifica la proteína y se puede distribuir para su uso. Las fases del proceso son las siguientes:
    * Obtener del fragmento de ADN que contiene el gen que se quiere clonar.
    * Insertar dicho gen en otra molécula de ADN que sirva de transportador (vector), generalmente ADN de virus y bacterias.
    * Introducir el vector de clonación con el gen que nos interesa en una célula de otro organismo (célula hospedadora); la célula hospedadora suele ser una célula bacteriana por su sencillez y rapidez de multiplicación.
    * Multiplicar la célula hospedadora para obtener muchas copias del gen .

    4.2.2 ENZIMAS DE UNIÓN


    4.2.2 ENZIMAS DE UNIÓN

    Moléculas de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles: una enzima hace que una reacción química que es energéticamente posible (ver Energía libre de Gibbs), pero que transcurre a una velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a mayor velocidad que sin la presencia de la enzima.
    En estas reacciones, las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos. Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.
     
    Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son consumidas por las reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser más específicas. Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones bioquímicas distintas.
     No todos los catalizadores bioquímicos son proteínas, pues algunas moléculas de ARN son capaces de catalizar reacciones (como la subunidad 16S de los ribosomas en la que reside la actividad peptidil transferasa).
    También cabe nombrar unas moléculas sintéticas denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar reacciones químicas como las enzimas clásicas.

    4.2.1 ENZIMAS DE CORTE


    4.2.1 ENZIMAS DE CORTE

    Puede reconocer una secuencia característica de nucleótidos dentro de una molécula de ADN y cortar el ADN en ese punto en concreto, llamado sitio o diana de restricción, o en un sitio no muy lejano a éste. Los sitios de restricción cuentan con entre 4 y 12 pares de bases, con las que son reconocidos.

    El mecanismo de corte de DNA se realiza a través de la ruptura de dos enlaces fosfodiéster en la doble hebra, lo que da lugar a dos extremos de DNA. Éstos pueden ser romos (cuando los enlaces rotos coinciden) o Cohesivos/escalonados. Estos últimos tienen tendencia a volver a unirse de modo espontáneo, ya que los extremos se pueden unir a otros extremos coincidentes que pueda haber en la cercanía (Apareamiento de Watson & Crick).

    Corte de EcoRI dejando extremos cohesivos.

    Restricción de SmaI dejando extremos romos.

    Los fragmentos de ADN obtenidos de este modo pueden unirse por otras enzimas llamadas ligasas.

    Uno de los campos en los que el uso de enzimas de restricción ha tenido mayor implicación ha sido el diagnóstico de enfermedades genéticas relacionadas con cambios en la secuencia del ADN, ya sean mutaciones puntuales, inserciones o deleciones de fragmentos. Si éstas se producen en un sitio de reconocimiento de la enzima de restricción, al producirse eliminarán o agregarán nuevos sitios de corte. Al aplicar esta enzima al gen de una persona sana y una enferma se deberían observar distintas cantidades de fragmentos para cada caso en una electroforesis.

    2.4 CORTE Y UNIÓN DE MOLÉCULAS DE ADN


    2.4 CORTE Y UNIÓN DE MOLÉCULAS DE ADN

    Las enzimas de restricción o endonucleasas de restricción fueron descubiertas por Werner Aber, Hamilton Smith y Daniel Nathans. Estas son enzimas sumamente específicas que catalizan la hidrólisis de los enlaces fosfodiéster de los ácidos nucleicos y son capaces de cortar ambas hebras del DNA en lugares específicos, creando de esta manera una serie de fragmentos.

    Las enzimas de restricción trabajan únicamente sobre secuencias específicas de bases nitrogenadas, el lugar donde se produce el corte se denomina sitio de restricción y producen dos tipos de corte:
    (1) corte con extremos cohesivos

    (2) corte con extremos romos  (Griffiths et al. 1998).

     

    4.1 TRANSFORMACIÓN DE ORGANISMOS


    4.1 TRANSFORMACIÓN DE ORGANISMOS

    Alteraciones genéticas resultantes de introducir ADN por virus (transducción) o por contactos intercelulares entre bacterias (conjugación). A la transformación de células animales se le llama transfección.

    El término transformación es también usado, de manera más general, para describir mecanismos de transferencia de ADN o ARN en biología molecular (es decir, teniendo en cuenta más que las consecuencias genéticas). Por ejemplo la producción de transgénicos como maíz transgénico requiere la inserción de nueva información genética en el genoma del maíz usando el mecanismo apropiado de transferencia de ADN; el proceso se le llama comúnmente transformación.

    El ARN también puede ser transferido en las células usando métodos similares, pero esto no provoca normalmente cambios heredables y por lo tanto no es transformación real.

    El proceso de transformación fue demostrado en 1928 por Frederick Griffith, un bacteriólogo inglés, que estaba en busca de una vacuna contra la neumonía bacteriana. Griffith descubrió que una cepa no-virulenta de Streptococcus pneumoniae podía ser transformada en virulenta al exponerla a cepas virulentas que habían sido matadas con calor. En 1944, se demostró que este principio transformante era de índole genética, cuando Oswald Avery, Colin McLeod y Maclyn McCarty demostraron la transferencia génica en S. pneumoniae. Avery, McLeod y McCarty llamaron a la introducción e incorporación de ADN en bacterias, transformación.
    La transformación se refiere a un cambio genético estable producido al incorporar ADN desnudo (ADN sin células o proteínas asociadas) al genoma, y la competencia refiere al estado de ser capaz de incorporar ADN exógeno del ambiente. Dos formas distintas de competencia deben ser distinguidas: natural y artificial.

    UNIDAD IV

    UNIDAD IV
    ADN RECOMBINANTE
    ADN recombinante (ADNr) es una forma de ADN artificial que se crea mediante la combinación de dos o más secuencias que normalmente no ocurren al mismo tiempo.
    En cuanto a la modificación genética, se crea a través de la introducción de ADN pertinentes en un ADN existente de organismos, tales como los plásmidos de las bacterias, para codificar o alterar las características diferentes para un propósito específico, tales como resistencia a los antibióticos.
    Se diferencia de la recombinación genética en los que no se produce a través de procesos naturales dentro de la célula, pero está diseñado. Una proteína recombinante es una proteína que se obtiene a partir del ADN recombinante.
    El ADN recombinante es resultado del uso de diversas técnicas que los biólogos moleculares utilizan para manipular las moléculas de ADN y difiere de la recombinación genética que ocurre sin intervención dentro de la célula. El proceso consiste en tomar una molécula de ADN de un organismo, sea virus, planta o una bacteria y en el laboratorio manipularla y ponerla de nuevo dentro de otro organismo. Esto se puede hacer para estudiar la expresión de un gen, para producir proteínas en el tratamiento de una enfermedad genética, vacunas o con fines económicos y científicos.
    La técnica del ADN recombinante, se propuso por primera vez por Peter Lobban, un estudiante graduado, con A. Dale Kaiser en el Departamento de Bioquímica de la Universidad de Stanford.
    El proceso de producción de un ADN recombinante comienza con la identificación desde un organismo de una secuencia de ADN de interés con el fin de propagarlo en otro organismo que carece de la secuencia y, por ende, del producto protéico de esa secuencia de ADN.[2] Así se pueden producir cantidades ilimitadas de la proteína codificada por el susodicho gen. En términos simples, el procedimiento consiste en:[3]
    • Localización de genes y sus funciones.
    • Clonación del ADN, y su posterior almacenamiento en genotecas.
    • Utilización de vectores de expresión.