Ingeniería genética: Cómo modificar el ADN

Hay veces que la realidad supera la ficción y la ingeniería genética es un claro ejemplo.

La ingeniería genética se puede aplicar en campos muy diversos.

En la agricultura permite modificar cultivos para que sean más resistentes, más productivos y nutritivos. En el campo de la medicina permite avanzar tanto en investigación como en mejores diagnósticos y tratamientos.

Así que si te digo que es posible poner genes de unos organismos en otros, que se puede clonar genes, e incluso que corregir mutaciones es una realidad. ¿Te imaginas cómo puede hacerse?

Pues eso es lo que voy a contarte hoy. De forma que puedas tener una visión global de cómo todo esto es posible.

 

Te dejo el pódcast por si prefieres escuchar en lugar de leer. Aunque si no conoces este tema estoy segura de que las imágenes te ayudarán mucho a entenderlo mejor.

 ¡Empecemos!

¿Qué es la ingeniería genética?

La ingeniería genética es el conjunto de procesos que permiten modificar directamente la genética de un organismo.

Tradicionalmente, los seres humanos han estado haciendo esto de forma indirecta a través del control de la reproducción.

Por ejemplo, cruzando dos animales de la misma especie con una característica de interés, se ha pretendido conseguir una descendencia con las características de ambos progenitores. Lo mismo con plantas para conseguir variedades con propiedades concretas.

¿Cuál es el problema? Que con la reproducción se combina todo el ADN completo y no solo lo que queremos. Así que hay que intentar el cruce, esperar a ver resultados en los descendientes, y así hasta conseguir el resultado deseado.

En cambio, con la ingeniería genética se puede manipular solo el fragmento de ADN que interese.

Así se puede de forma específica corregir mutaciones, eliminar y clonar genes, introducir genes de una especie en el genoma de otra especie…

¿Cómo se puede hacer?

De las técnicas que hay voy a contarte cómo funcionan las dos más conocidas y utilizadas. Aunque éstas mismas pueden tener variaciones según el objetivo para el que se apliquen y las limitaciones que haya que superar.  

Así que vamos a ver el famoso CRISPR y la clonación de genes en microorganismos. Para acabar, te contaré cómo clonaron a la famosa oveja Dolly.

CRISPR - Edición del genoma

Es una técnica que permite editar el ADN. Con una molécula guía y otra que corta, puede inactivar y “reparar” genes.

Esta técnica se basa en un sistema inmunitario que se descubrió en algunas bacterias. Lo que hacen estas bacterias es guardar en su ADN un fragmento del ADN del patógeno que las ataca, para en una futura infección detectarlo rápidamente y destruirlo cortando su ADN.

CRISPR simula ese sistema, pero con el fin de editar el ADN de forma dirigida.

Para ello, se utilizan dos ARN (recuerda que el ARN es la molécula en la que se copia la información de un gen a partir de la cual se forman las proteínas).

Un ARN tiene la información para formar la molécula que cortará el ADN (una enzima), la más conocida es cas9 pero hay otras que pueden utilizarse. El otro ARN tiene la información de que región tiene que ser cortada (ARN guía).

Al introducirlos en la célula, se fabricará la molécula que corta y el ARN guía le indicará por donde tiene que cortar.

Aunque también hay otras maneras de introducir el sistema CRISPR-Cas en la célula. Por ejemplo introduciendo el ADN con la técnica que te contaré en el punto de clonación con células.

CRISPR-Cas9. El RNA guía indica a Cas9 dónde tiene que cortar el ADN.

¿Qué ocurre tras el corte? Pues pueden ocurrir dos cosas.

  • Que el sistema de reparación del ADN vuelva a unir las hebras. Pero esta reparación es muy complicada porque el daño es grande y suele ser muy imprecisa. Así que suele resultar en la pérdida de función que tuviera el fragmento.
  • Que se inserte un fragmento que queramos incluir. Aunque para esto, también hay que introducir en la célula el fragmento de ADN.

El principal problema es que, además de los cambios que queremos hacer, se produzcan otros muchos que no queremos. Sin embargo, se están haciendo avances en solucionarlo.

Por ejemplo, se han descubierto moléculas que cortan más precisas y otras que pueden bloquearlas para un control más eficiente de su actividad.

En investigación esta técnica permite hacer modelos de animales con mutaciones o con genes
inactivados. Con esto se puede estudiar qué ocurre en el animal, si se puede tratar y corregir… Toda esta información permite avanzar en el campo de la medicina.

Tampoco todo se hace con animales, para entender y descubrir procesos se puede aplicar en células que se cultivan en el laboratorio. 

Ejemplo de posible experimento con CRISPR para estudiar la ruta de señalización de los estrógenos.

Aunque cuando se trata de una terapia, vacuna o cualquier cosa que se quiera administrar en humanos, demostrar que funciona en animales es una fase inevitable.

A nivel de terapias genéticas también se está intentando exprimir el potencial con CRISPR.  En el primer ensayo clínico con CRISPR, se ha editado el ADN de las células del sistema inmune, en concreto las T, para que destruyan células tumorales.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Antes de continuar con la clonación de genes, veamos la técnica PCR.

Esta técnica es fundamental en genética. Además generalmente es el primer paso antes de la clonación de un gen, que es lo que te contaré en el siguiente apartado.

Lo que se hace con la PCR es copiar millones de veces el fragmento de ADN de interés, lo que se conoce como “amplificar”. Así, se pueden producir un billón de copias del fragmento en sólo unas pocas horas.

Básicamente lo que se hace es simular artificialmente el proceso de replicación del ADN que ocurre en nuestras células.

Para conseguir estas copias lo primero que hay que hacer es aislar el fragmento de ADN que nos interese.

¿Cómo? Pues con una serie de “ingredientes”:

  • ADN donde esté el gen que se quiere clonar.
  • Secuencias muy pequeñas que se unen a los lados del gen que nos interesa clonar (llamados cebadores).
  • Moléculas que forman el ADN (Nucleótidos: Adenina, Citosina, Guanina, Timina).
  • Moléculas encargadas de unir los nucleótidos que correspondan en la posición adecuada (enzimas).


Una vez tenemos todos los ingredientes juntos, entra en juego un aparato que se encarga de cambiar de temperatura, llamado termociclador. Con cambios de temperatura se consigue que las cadenas de ADN se separen y se puedan copiar.

Esquema de la PCR.

Así, se consigue simular el proceso de replicación de ADN que ocurre en las células.

¿Qué sentido tiene esto?

Pues por ejemplo esto permite secuenciar (obtener secuencia) el gen. Con ello, es posible detectar mutaciones, y también estudiar si hay mutaciones que causen alguna enfermedad o sean beneficiosas.

Además, como te he comentado, este generalmente es el primer paso para la clonación de un gen.

Clonación de genes

Se extrae un gen de interés de células “donadoras” y se introducen en otras células “receptoras”.  

Estas células se dividen y así van clonando el gen.

¿Qué sentido tiene esto? Pues, por ejemplo, si se introduce el gen de la insulina en bacterias, éstas producirán insulina que después podrá ser utilizada para tratar a pacientes diabéticos.

Lo mismo ocurre con otras proteínas y anticuerpos. Las bacterias pueden producirlos en grandes cantidades si tienen el gen necesario. Pueden ser una gran fábrica de proteínas que necesitamos.

Para clonar un gen en las células hay que conseguir que entre de algún modo que lo proteja. Para ello, se utilizan los llamados “vectores de clonación” que son vehículo que protegen al ADN.

Estos vectores tienen que cumplir una serie de requisitos:

  • Tienen que ser capaces de atravesar la membrana plasmática.
  • No degradarse en el citoplasma.
  • Estar relacionado con el ADN de la célula receptora para que no lo detecte como algo extraño y lo destruya
  • Tener algún gen extra que se utilice para poder detectar a las células que tienen el vector. Cuando llegue el momento en el que se usan te cuento como ayudan a detectar las células.

Ejemplos de vectores son plásmidos y virus. Los plásmidos son moléculas de ADN circulares que están separados del resto de ADN, y está presente en algunos microorganismos.

Bacteria con plásmido (ADN extracromosómico).

Para aislar un gen se puede utilizar la técnica que hemos visto en el apartado anterior, la PCR. Pero en lugar de secuenciar, se continuaría con lo que vamos a ver a continuación.

Una vez tenemos el gen aislado y el vector elegido, hay que unirlos. Para eso hay unas moléculas que los cortan y así producen extremos que pueden unirse; mientras que otras moléculas se encargan de unirlos.

El resultado es el llamado ADN recombinante, porque está formado por dos ADN de distinto origen.

Después es el momento de introducirlos en la célula receptora. Para esto hay diferentes técnicas.

Por ejemplo, una es la electroporación. En este caso lo que se hace es aplicar un campo eléctrico a las células para generarles poros a través de los que pasarán los vectores.

Finalmente, para quedarnos solo con las células que tienen el gen que nos interesa, se utilizan los genes extra que te he comentado. ¿Cómo? Pues en caso de bacterias se utilizan genes que convierten a las bacterias resistentes a un antibiótico. Así, se pone el antibiótico y solo sobrevivirán las que tienen el gen.

Todos estos pasos tienen sus características en función del objetivo de la clonación, del gen a clonar, de la célula receptora y del vector utilizado.

Clonación de un gen en bacterias para producir una proteína de interés.

La oveja Dolly

Ya sabes formas de clonar un gen, pero ¿cómo se pudo clonar una oveja?

Se cogió un óvulo de la oveja y se quitó su núcleo.

Porque el óvulo tiene la mitad de los cromosomas que necesita la oveja, la otra mitad la aporta el padre. Pero el óvulo y el esperma son los únicos que tienen la mitad de los cromosomas, el resto de las células tienen todos los necesarios.

Se cogió una célula de glándula mamaria y se obtuvo su núcleo. Este núcleo se fusionó con el óvulo (sin núcleo) mediante impulsos eléctricos.

Así al reemplazar el núcleo del óvulo por el de otra célula, se dispone de toda la información genética necesaria para formar un embrión.

Pero, además, esté embrión tendrá la misma información que su madre porque tiene todos sus cromosomas. 

Con los impulsos eléctricos se activó al óvulo para que empezara a dividirse. A los días el embrión se implantó en el útero de una oveja.

Después de ni más ni menos que 277 intentos, nació Dolly.

Proceso con el que formaron el óvulo que dio lugar a la oveja Dolly.

Espero que ahora mismo tengas una visión general de cómo se puede hacer ingeniería genética. Para así, si no conocías nada sobre el tema, cuando oigas alguna noticia relacionada, te suene menos a ciencia ficción y puedas formarte una imagen de cómo puede conseguirse eso que suena tan increíble.

Por otra parte, si ya conocías que es la ingeniería genética y conocías estas técnicas, espero que te sirva a modo resumen de información relevante para que cuando lo necesites no tengas que buscar en muchas páginas. 

Si quieres conocer aplicaciones de la ingeniería genética te dejo el enlace a un artículo muy breve y conciso.

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