INGENIERÍA GENÉTICA O TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

Es la aplicación de los conocimientos de Genética a la manipulación del ADN y su transferencia a otros organismos.

¿Con qué trabaja la Ingeniería Genética?

La tecnología del ADN recomnbinante utiliza las siguientes herramientas moleculares:

¿Cuáles son las materias primas moleculares?

1. ADN que interesa (por ej. el gen de la GH, hormona del crecimiento).
2. Desoxirribonucleótidos.
3. Oligonucleótidos sintéticos, que permiten fabricar genes, o cebadores para la síntesis o secuenciación de un gen.
4. ARNm del gen, si se utiliza la transcriptasa inversa.

¿Qué enzimas se utilizan?

1. ADN polimerasas.
2. ARN polimerasas, incluida la primasa.
3. Transcriptasa inversa o retrotranscriptasa.
4. Ligasas.
5. Nucleasas, especialmente las Endonucleasas de restricción o restrictasas.

¿Qué son los vectores de clonación y cuáles hay?

Son moléculas en las que se inserta el gen para su posterior introducción en las células hospedadoras, en las cuales se replicará.

Para las células procarióticas hay tres tipos:
1. Plásmidos.
2. Virus bacteriófagos o fagos.
3. Cósmidos (combinación de plásmidos con secuencias víricas que contienen la región cos del fago lambda).

Para las células eucarióticas, depende del tipo de célula:
1. En levaduras (hongos) se usan plásmidos propios de levaduras o YAC (cromosomas artificiales de levaduras). Estos son muy útiles en la construcción de genotecas.
2. En células vegetales se usan el VMT (virus del mosaico del tabaco) y el plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens.
3. En células animales, derivados de ADN viral, de retrovirus, o el virus de simios SV 40.

¿Qué células hospedadoras se utilizan?

La elección de la célula hospedadora depende del producto que se desee obtener, así como de la facilidad de multiplicarla en laboratorio y de desarrollar las técnicas de Ingeniería Genética en ella.

El organismo procariótico más utilizado es Escherichia coli. 
El organismo eucariótico más utilizado es la levadura Saccharomyces cerevisae.

La Tecnología del ADN recombinante es un conjunto de técnicas, como la hibridación para localización de genes, la secuenciación del ADN y la PCR o Reacción en Cadena de la Polimerasa, que permite amplificar exponencialmente una molécula de ADN.
Todas estas técnicas suelen culminar en la Clonación molecular, es decir, en la introducción de un gen de una procedencia en un segmento de ADN de diferente procedencia, y la obtención de numerosas células con ese gen introducido (el gen clonado).


Las aplicaciones son numerosas:

1. Creación de genotecas (genetic libraries) para:
   1.1. Aislamiento de genes.

   1.2.  Conservación de genomas de interés: restos arqueológicos (momias, ...), especies en extinción (genoma del Soledon dominicano, mamífero venenoso que sobrevivió al meteorito de Yucatán), individuos con enfermedades raras (El ADN del falso humanoide (ET) enano de Atacama)

   1.3. Secuenciación de genomas. Línea temporal de especies con los genomas secuenciados. El primer genoma de ADN secuenciado fue el del fago phiX-174, con una molécula de ADN circular de una cadena de 3,4 kb, en 1977, por el equipo de Sanger, con el método manual que él había desarrollado (método de Sanger).

 Habría que esperar 17 años(hasta 1995) para la secuenciación del primer genoma de un organismo celular: Haemophilus influenzae, bacilo que produce meningitis, con 1.800 kb (1,8 Mb). En el mismo año se secuenció otro genoma procariótico, esta vez de una arquea (una especie de metanógena termófila, Methanococcus). 

En 1996 se secuenció el primer genoma eucariótico, el de la levadura cervecera, con 12,1 Mb y n= 32 cromosomas. En 2001 se publicó la secuencia de 3.200 Mb (3,2 Gb) del genoma humano, con n=23 (más el cromosoma Y). Sin embargo, faltaba el 8% del gnoma humano, que se ha publicado el 31 de marzo de 2022 en la revista Science : https://www.dw.com/es/cient%C3%ADficos-descifran-finalmente-el-mapa-de-todo-el-genoma-humano-revelando-regiones-ocultas/a-61333578

Un año antes que el humano se secuenciaron otros tres genomas eucarióticos: uno de una planta cosmopolita, Arabidopsis thaliana, y dos de animales modelo, el nemátodo Caenorhabditis elegans y la mosca del vinagre. Desde entonces, al haberse acelerado mucho el proceso, con la PCR y la bioinformática, se han secuenciado y comparado multitud de genomas, incluidos genomas fósiles, como los de los neandertales y los denisovanos (subespecie presapiens que vivió en Asia Central y se hibridó con los sapines cuando estos llegaron allí).

2. Obtención de microorganismos recombinantes: E. coli productora de insulina, GH,...

3. Obtención de plantas o animales transgénicos (OGM: organismos genéticamente modificados) como el arroz dorado o los peces-cebra fluorescentes. Entre las numerosas aplicaciones están:

•  3.1. Investigación: para descubrir las funciones de ciertos genes. Una manera   de lograrlo es mediante la técnica Knockout de bloqueo de genes y observando el fenotipo resultante. Otra estrategia es unir el gen a un promotor muy activo y ver qué ocurre cuando se sobreexpresa. Se ha utilizado mucho para crear modelos animales para investigación de enfermedades humanas, como el cáncer. Muchos de los animales manipulados llevan insertado el gen de la GFP (Proteína Fluorescente Verde) procedente de una medusa, por lo que sus descubridores fueron premiados con el Nobel de Química en 2008, ya que esto facilita la visualización de la expresión de otras proteínas.
• 3.2 Fabricación de productos terapéuticos: insulina fabricada por bacterias con el gen dela insulina humana insertado en su cromosoma, levaduras modificadas que producen un Ag presente en la vacuna de la hepatitis B, etc.
• 3.3. Terapia génica: utiliza virus genéticamente modificados que introducen genes en embriones u organismos con genes mutantes. Se ha utilizado con un éxito relativo en el tratamiento de niños con inmunodeficiencia hereditaria combinada grave (generalmente ligada al cromosoma X o al 20). La terapia génica de células germinales es un tema muy controvertido, prohibido en algunas legislaciones, por sus efectos eugenésicos (mejora del pool génico de una población). En España está prohibida explícitamente la terapia génica de células germinales que no esté encaminada a curar una enfermedad genética grave: Legislación en España. Actualmente, la terapia génica hace más uso de la edición génica mediante la técnica CRISPR (cuyos fundamentos se deben al español Francis Mójica) que de la tecnología del ADN recombinante (ingeniería genética clásica). Noticias sobre terapia génica en elpais.com. En 2018 un cientifico chino logro obtener bebes modificados geneticamente mediante CRISPR.
• 3.4 Animales de compañía: creación de perros y gatos hipoalergénicos o de peces-cebra flourescentes.
• 3.5 Producción industrial : se creó la patata amflora, rica en amilopectina, para fabricar papel, pero una serie de cuestiones ambientales (que llevaba un gen de resistencia  a antibióticos y esto podría generar resistencia  a antibióticos en bacterias, la presencia de una variedad transgénica ilegal , la amadea, etc.) la hicieron fracasar.
• 3.6 Resistencia a plagas y herbicidas: los principales son las variedades de maíz y soja transgénicos RR (Roundup Ready) resistentes al herbicida glifosfato, que así mata a las malas hierbas, pero no al maíz o la soja. En 2007, científicos sudafricanos crearon una variedad de maiz resistente a un virus, habiéndose obtenido posteriormente híbridos de ambos resistentes, al herbicida y a la plaga vírica.
• 3.7 Alimentos mejorados o más eficientes: un ejemplo es el arroz dorado, que contiene caroteno (pro-vitamina A), recomendable para las poblaciones pobres de la India y SE asiático con alimentación basada en el arroz (dieta hipovitamínica). Sin embargo, el arroz dorado no se libra de la polémica que rodea a todos los alimentos transgénicos.
• 3.8 Control de plagas: un ejemplo es un mosquito (Aedes aegypti) que puede portar el virus del dengue. Se ha logrado introducir en estos mosquitos un gen letal, habiéndose reducido sus poblaciones en algunos casos hasta el 80%. 

 4. Realización de estudios forenses y de paternidad o parentesco, de las migraciones humanas, ...

5. Diagnóstico de enfermedades genéticas y víricas (PCR).

La era del ADN recombinante comenzó en 1973 cuando los científicos estadounidenses Boyer y Cohen consiguieron clonar un gen foráneo de resistencia a un antibiótico a E. coli, a lo que siguió  la clonación de la GH humana y de la insulina humana en la misma bacteria.

*químico británico con dos premios Nobel de Química (única persona en el mundo, tres más han recibido dos premios Nobel.