BLOQUE F. INMUNOLOGÍA. F1. CONCEPTO DE INMUNIDAD Y DE SISTEMA INMUNITARIO

 INMUNIDAD. Es la resistencia, natural o adquirida, frente a las infecciones, toxinas o frente a las células cancerosas. Todos los seres vivos han desarrollado mecanismos de defensa, desde los procariotas frente a los fagos (endonucleasa de restricción y CRISPR/Cas) hasta las plantas e invertebrados, que presentan diversos mecanismos de inmunidad innata o inespecífica  (las plantas pueden reconocer fragmentos de pared celular de bacterias patógenos y producir tóxicos frente a ellas, p.ej. y los invertebrados, que detectan patógenos de forma general y los destruyen) y, sobre todo, los vertebrados, que presentan, además, una inmunidad adaptativa o específica.

SISTEMA INMUNITARIO es el conjunto de todos los mecanismos de defensa que presenta un organismo.

ELEMENTOS ESENCIALES DEL SISTEMA INMUNITARIO EN VERTEBRADOS

A) ÓRGANOS LINFOIDES

Se clasifican en primarios, en los que se forman y maduran los linfocitos, y en secundarios, donde se activan. Son primarios La MOR y el timo y secundarios el bazo y los ganglios linfáticos.

Médula ósea: la MOR (médula ósea roja de los extremos de los huesos largos, como el fémur) es un órgano linfoide primario, es decir,  donde se forman los linfocitos y donde maduran , en mamíferos, los linfocitos B.

Bazo: es un órgano linfoide secundario (donde se activan los linfocitos) donde hay abundancia de linfocitos de ambos tipos, por lo que interviene en la inmunidad humoral y celular.

Timo: órgano linfoide primario donde se produce la maduración de los linfocitos T. 

Ganglios linfáticos: nódulos intercalados en el sistema linfático con funciones similares al bazo. Abundan especialmente en ciertas partes del organismo, como la ingle, las axila o el apéndice. Actúan como órganos linfoides secundarios.

 FUENTE: Sistema Linfoide - EcuRed

B) CÉLULAS

Macrófagos: Células de gran tamaño que tienen capacidad de fagocitar partículas grandes y que se encarga de destruir los antígenos (y las células que los transportan) y de presentarlos a los linfocitos encargados de iniciar el proceso inmunológico.

Neutrófilos: Se llaman neutrófilos porque no se tiñen con colorantes ácidos ni básicos, por lo que su citoplasma al microscopio óptico aparece de color rosa suave. su consistencia  le facilita atravesar las paredes de los vasos sanguíneos para migrar hacia los tejidos, ayudando en la destrucción de bacterias y hongos y respondiendo a estímulos inflamatorios. A este fenómeno se le conoce como diapédesis.

Los neutrófilos normalmente se encuentran en el torrente sanguíneo. Pero, durante el inicio agudo de la inflamación, particularmente como resultado de infección bacteriana, son unos de los primeros migrantes hacia el sitio de inflamación, dirigidos por señales químicas (mediadores de la inflamación) como interleucinas e interferón, en un proceso llamado quimiotaxis. Son las células predominantes en el pus.

La liberación de los neutrófilos desde los vasos sanguíneos está condicionada por la liberación de histamina (liberada por mastocitos) y TNF-α (Factor de Necrosis tumoral liberado por macrófagos).

 Imagen creada por Gamma-IA

Linfocitos: Los linfocitos son células del sistema inmunitario. Son un tipo de leucocito que provienen de la diferenciación linfoide de las células madre hematopoyéticas ubicadas en la médula ósea y que completan su desarrollo en los órganos linfoides primarios y secundarios. Hay de dos tipos: B (productores de anticuerpos) y T, que a su vez, se subdividen en varios tipos, como los citotóxicos, los auxiliares (algunos de ellos de memoria) y los supresores. Hay un tipo de linfocitos (los NK o Natural Killers, que se consideran parte del sistema inmune innato). Los NK identifican y matan las c. tumorales y las infectadas por virus.

 Imagen creada por Chatgpt

Células cebadas (mastocitos): Los mastocitos o células cebadas son células pertenecientes al sistema inmunitario originadas por células hematopoyéticas de la MOR. Se encuentran en la mayoría de los tejidos del cuerpo. Son conocidos por su relación con la alergia y la anafilaxis (reacciones exageradas), la artritis (enfermedad autoinmune) y en la defensa contra bacterias y parásitos.

D) MOLÉCULAS

Anticuerpos: Los anticuerpos (también conocidos como inmunoglobulinas, abreviado "Ig") son glucoproteínas producidas por las c. plasmáticas (linfocitos B maduros) en respuesta a la presencia de un Ag. Pueden encontrarse de forma soluble en la sangre u otros fluidos corporales de los vertebrados, disponiendo de una forma idéntica que actúa como receptor de membrana en los linfocitos B y son empleados por el sistema inmunitario para identificar y neutralizar microorganismos como bacterias y virus. Se unen específicamente a los antígenos.

Ver su estructura y tipos más abajo.

Interferón: Los interferones (IFNs) son un grupo de proteínas señalizadoras producidas y secretadas por células NK y linfocitos T como respuesta a la presencia de diversos patógenos, como virus, bacterias o parásitos y frente a c. tumorales. Generalmente, una célula infectada por un virus secretará interferones, generando una activación en las defensas antivirales en las células cercanas. 

Interleucinas: Las interleucinas  o IL), son un conjunto de citocinas (proteínas ,que actúan como  mensajeros químicos a corta distancia, en la comunicación celular). La función del sistema inmunológico depende en gran parte de las interleucinas.​ Su principal papel es regular los eventos que atañen a las funciones de las células del sistema inmunitario, como su activación, diferenciación o proliferación, la secreción de Ac o la quimiotaxis.

Sistema del complemento: Consta de un conjunto de glucoproteínas que intervienen en reacciones en cadena (el producto de una reacción actúa sobre otra), cuyas funciones son potenciar la respuesta inflamatoria, facilitar la fagocitosis y dirigir la lisis de células incluyendo la apoptosis.

NATURALEZA DE LOS ANTÍGENOS Y ANTICUERPOS

Los antígenos son sustancias heterogéneas (proteínas, oligosacáridos, etc.) que normalmente no posee el organismo y que desencadenan la producción de anticuerpos específicos contra ellos. 

Los anticuerpos tienen una estructura molecular similar: son inmunoglobulinas y actúan de forma específica contra los antígeno (un Ac concreto para cada tipo de Ag).

E4. IMPORTANCIA Y REPERCUSIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA: APLICACIONES DE LA TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE

 1. En medicina:

    - OGM como modelos de enfermedades humanas o desarrollo de terapias (ratones: Mus musculus).

    - Obtención de órganos histocompatibles con los humanos (compatibles con los tejidos huimanos), para usarlos en xenoinjertos (trasplante de órganos de una especie a otra, p.ej. corazón de cerdo en humanos).

    - Diagnóstico de enfermedades (PCR, RT-PCR) y terapia génica (tradicional y con CRISPR).

    - Medicina forense (huella genética de cada persona): criminología y pruebas de paternidad (PCR, hibridación, secuenciación).

2. En la industria farmacéutica:

    - Microorganismos recombinantes para síntesis de 

        -antibióticos. p.ej. la manipulación genética del hongo productor de la cefalosporina, para mejorar su producción.

        - hormonas ( insulina, GH u hormona del crecimiento, eritropoyetina que estimula la producción de eritrocitos).

        - interferón (para combatir las infecciones víricas o el cáncer).

        - vacunas recombinantes (como la de la hepatitis B o del cólera).

        - lactoferrina o factor VIII de la coagulación sanguínea (que necesitan los hemofílicos) secretada en la leche del ganado (vacas, cabras u ovejas).

3. En el medio ambiente: Biorremediación: es la utilización de seres vivos, principalmente microorganismos (también pueden ser plantas), para remediar un problema ambiental o en la mejora del medio, p.ej. contaminación del agua por una marea negra, provocada por un accidente en un barco petrolero).  

Bacterias y plantas modificadas capaces de eliminar hidrocarburos, pesticidas u otros contaminantes.

Depuración de aguas residuales y compostaje (creación de compost o abono orgánico a partir de la fracción orgánica de los RSU, residuos sólidos urbanos: importancia de la separación diferenciada en los contenedores de color marrón, novedad en Chiclana); 

Lixiviación microbiana o biolixiviación: un proceso biotecnológico biominero o biorremediativo  en el que microorganismos (principalmente bacterias quimiosintéticas) se utilizan para extraer metales de minerales o residuos sólidos. Para ello, oxidan minerales reducidos como la calcopirita (sulfuro de cobre I y de hierro), produciendo ácido sulfúrico; Cu II y Fe III que liberan al medio acuoso, pudiéndose recuperar más fácilmente estos iones.

Bioacumulación: estrategia de biorremediación consiste en utilizar organismos vivos para captar, concentrar y retener contaminantes (especialmente metales pesados) en su interior, retirándolos del medio contaminado (agua, suelo, sedimentos). Ejs. Algunos organismos (bacterias, algas, plantas o incluso hongos):

• Absorben sustancias tóxicas del entorno.

• Las acumulan en sus tejidos (a veces en vacuolas o unidas a proteínas).

• No necesariamente las degradan, sino que las concentran.

Posteriormente, esos organismos pueden retirarse del medio, eliminando así el contaminante. Se empleó como medida complementaria, tras la retirada de los lodos contaminados tras el accidente en la balsa minera de Aznalcóllar (Sevilla) en 1988, donde se plantaron diversas plantas para hacer bioextracción de metales pesados como el Pb o el Cd.

Control de plagas: mosquitos Aedes aegypti, transmisor de virus que provocan enfermedades tropicales, como el dengue. Se han liberado en Brasil mosquitos GM, que portan un gen letal dominante:

• Cuando se aparean con hembras silvestres:

  • La descendencia hereda el gen.

  • Las larvas mueren antes de llegar a adultas (o no son viables).

Resultado: disminuye la población de mosquitos transmisores de enfermedades.

4. En la agricultura:

    - producción de bioinsecticidas, como el maíz Bt, que expresa una toxina bacteriana contra los insectos (el barrenador del maíz o de la caña de azúcar).

    - plantas transgénicas con características mejoradas: 

        - resistencia a herbicidas, virus o insectos.

        - incremento del rendimiento fotosintético.

        - retraso en la maduración de los frutos.

        - obtención de plantas capaces de fijar el nitrógeno atmosférico (no necesitarían fertilizantes nitrogenados). 

        - arroz dorado que produce beta-caroteno para prevenir la ceguera infantil en países cuya población se alimenta fundamentalmente de arroz.

5. En la industria alimentaria: elaboración de pan, cerveza, vino, yogur y queso. Ver presentación en Classroom.

PANIFICACIÓN

Secuencia correcta del proceso

1. Mezcla de ingredientes (harina, agua, sal y levadura, normalmente Saccharomyces cerevisiae)

2. Amasado

3. Fermentación (reposo) → la levadura produce CO₂ y hace que la masa suba

4. Formado de la masa

5. Segunda fermentación (opcional)

6. Horneado 

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¿Por qué el horneado va después?

• La levadura necesita tiempo para fermentar azúcares y producir CO₂.

• Ese gas queda atrapado en la masa y le da volumen.

• Durante el horneado:

  • El calor expande los gases → la masa crece más (“golpe de horno”)

  • La levadura muere por la temperatura

  • Se fija la estructura del pan

  • Fases de la producción de cerveza

    1. 🌾 Malteado

    • El grano (generalmente de cebada) se hidrata y germina, dando la malta (cebada en germinación).

    • Se activan enzimas amilasas que degradarán el almidón, dando MALTOSA e ISOMALTOSA.

    • Después se seca y tuesta → determina color y aroma.

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    2. 🧪 Maceración 

    • La malta se mezcla con agua caliente.

    • Las enzimas maltasa e isomaltasa transforman el almidón en azúcares fermentables (glucosa).

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    3. 🔥 Cocción

    • El mosto (líquido dulce) de malta se hierve.

    • Se añaden flores de lúpulo  → aporta amargor, aroma y actúa como conservante.

    • Se eliminan microorganismos no deseados.

    • 4. ❄️ Enfriamiento

      • El mosto se enfría rápidamente para no dañar la levadura.

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      5. 🍶 Fermentación

      • Se añade la levadura (p. ej., Saccharomyces cerevisiae).

      • La levadura realiza fermentación alcohólica:

        • Azúcares → etanol + CO₂

      ---

      6. 🕒 Maduración (o acondicionamiento)

      • Se estabiliza el sabor.

      • Se clarifica la cerveza.

      • Puede producirse más CO₂.

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      7. 🧴 Envasado

    • Otras fermentaciones industriales producen el vino a partir del mosto de uva (vinificación), la sidra a partir del mosto de manzana. Una "fermentación" aerobia es la producción del vinagre por Acetobacter aceti, que oxida el etanol, dando el ácido acético. Dependiendo de la fuente de alcohol, tenemos vinagre de vino, de sidra, etc.
    • A partir de las bebidas alcohólicas fermentadas se destilan las bebidas alcohólicas destiladas de alta graduación alcohólica (unos 40º o 40% de etanol): brandy, whisky, vodka, ron, etc.

E.3. TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Y SUS APLICACIONES (VI): LA PCR

Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR):

    Su objetivo inmediato es la amplificación de una muestra pequeña de ADN, para su posterior utilización con diversos fines. Se llama Reacción en Cadena porque los productos de una reacción sirven de sustrato en la siguiente reacción.

La PCR permite aumentar el nº de copias de un fragmento determinado de ADN, por

lo tanto, con una mínima cantidad de muestra de ADN, se puede conseguir toda la que se

necesite para un determinado estudio. 

También se puede detectar la presencia de determinados segmentos de ADN y amplificarlos, aunque sea una cantidad mínima, de ahí su utilidad como prueba diagnóstica de la infección por virus. Ej. RT- PCR en COVID, que utiliza una retrotranscriptasa, ya que el coronavirus es un virus de ARN, que hay que pasarlo a ADN.

Para realizar una PCR se necesita: el ADN muestra, nucleótidos libres, una ADN polimerasa termorresistente y cebadores (son secuencias complementarias de ADN de un trozo del fragmento de ADN a amplificar). 

Con ayuda de un aparato llamado termociclador, se somete al ADN muestra a una serie de ciclos que alternan altas Tª para desnaturalizarlo (se separan las 2 hebras) y luego temperaturas óptimas para que los cebadores se unan al ADN y la ADN polimerasa elongue la cadena. 

Tras varios ciclos se obtienen millones de copias del fragmento de ADN situado entre los cebadores, ya que se va amplificando exponencialmente, como en la leyenda del ajedrez.

La ADN polimerasa termorresistente se extrae de bacterias que resisten altas Tª (en aguas termales) y por eso, a pesar de ser una proteína, no se desnaturaliza a Tª ≈ 90ºC.

EJEMPLO DE PREGUNTA DE EBAU:

En la PCR  (REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA) los cebadores son:
a) pequeños fragmentos de ARN que sirven de punto de inicio a la polimerasa.
b) pequeños fragmentos de ADN monocatenario complementarios a una secuencia de ADN que se quiere amplificar y que sirven de punto de inicio a la polimerasa.
c) Proteína que mantienen unidas las hebras para que actúe la polimerasa.

La solución está en el siguiente resumen de esta técnica:

1. Desnaturalización a 98ºC.

2. Hibridación de los cebadores de desoxirribonucleótidos con las secuencias de los extremos 3´de las dos cadenas separadas, al incubarlas a unos 65ºC.

3. Elongación de los cebadores a dicha temperatura, en presencia de ADN pol y dNTP.

4. Amplificación exponencial en sucesivos ciclos.

 la PCR es esencial para amplificar pequeñas cantidades de ADN y así, poder estudiarlo, clonarlo, etc.

VÍDEO

E.3 TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Y SUS APLICACIONES (V): CRISPR/CAS

 La tecnología CRISPR/CAS, basada en las secuencias  CRISPR, clustered regularly interspaced short palindromic repeats (secuencias de ADN bacteriano o arqueano cortas, repetidas, palindrómicas, agrupadas y regularmenete interespaciadas),  es una novedosa herramienta molecular utilizada para

editar o corregir el genoma de cualquier célula, gracias a unas tijeras moleculares que cortan el ADN de una manera precisa y controlada. Es decir, con el sistema CRISPR puedes elegir la localización exacta donde cortar un segmento del genoma y, p.ej. insertar otro segmento en su lugar, es una especie de “corta y pega” molecular. 

Se trata de una tecnología barata y sencilla de usar, actualmente disponible en prácticamente todos los laboratorios de genética mundiales. Se basa en un sistema que poseen muchas bacterias (p.ej. CRISPR/cas9) y la mayoría de arqueas para defenderse del ADN de fagos (detectan secuencias ajenas de estos virus y las cortan para inactivarlas) y en cuyo descubrimiento ha contribuido el investigador español Francisco Mojica. 

Este biólogo estaba estudiando las arqueas halófilas de la laguna hipersalina de Santa Pola (Alicante):

El investigador Francisco Mojica observó en los años 90 en arqueas unas secuencias repetidas (CRISPR), pero lo clave fue esto:

1. Entre las repeticiones había fragmentos únicos (espaciadores).

2. Al compararlos con bases de datos, vio que coincidían con ADN de virus que infectan a esos microorganismos.

3. Propuso (2005) que:

   • La célula “guarda” fragmentos de virus previos.

   • Los usa como memoria inmunológica para defenderse en infecciones futuras.

👉 Es decir, dedujo que CRISPR funciona como un sistema inmunitario adaptativo en procariotas (algo revolucionario en su momento).

Las dos científicas que aplicaron el descubrimiento de Mojica a la edición génica, Doudna y Charpentier, recibieron el Nobel de Química en 2020. Realmente, es la proteína cas9 (u otra de la familia cas, la que corta el ADN en lugares específicos, permitiendo modificar 1pb).

Cas9 (CRISPR associated protein 9) es una endonucleasa de ADN dirigida por un ARN guía, complementario del ADN de origen vírico espaciador integrado en el cromosoma procariótico y del genoma vírico que ha entrado y que podría acabar con la célula procariótica si ésta no tuviera CRISPR/cas9. 

PREGUNTAS TIPO PAU:

El sistema CRISPR-Cas9 es una herramienta derivada del sistema inmunitario de bacterias y arqueas. En él, una nucleasa como Cas9 endonuclease es guiada por un ARN que le permite reconocer y cortar secuencias específicas de ADN.

Responda a las siguientes cuestiones:

a) (0,5 puntos)

Explique el origen de las secuencias CRISPR en el genoma procariota y su función biológica.

b) (0,5 puntos)

¿Qué es el ARN guía y por qué es esencial para la especificidad del sistema?

c) (0,5 puntos)

Indique qué ocurriría si se introduce una mutación en la secuencia diana del ADN que impida el apareamiento con el ARN guía.

d) (0,5 puntos)

Explique brevemente una aplicación de CRISPR-Cas9 en biotecnología o medicina, indicando un beneficio y un riesgo potencial.

ORIENTACIÓN DE RESPUESTA 

a) Fragmentos de ADN vírico integrados como espaciadores → memoria inmunológica → reconocimiento de infecciones futuras.

b) ARN complementario a la secuencia diana → dirige a Cas9 por apareamiento de bases → confiere especificidad.

c) No hay reconocimiento → Cas9 no corta → pérdida de eficacia del sistema.

d) Ejemplos: edición génica, terapia génica somática, mejora de cultivos, modelos animales usados en el laboratorio, etc.

Concretamente, en la terapia génica somática en células hematopoyéticas:

• Beneficio: curación de enfermedades genéticas (anemia falciforme, beta-talasemia: ambas por mutaciones en la Hb de los eritrocitos).

• Riesgo: edición fuera del objetivo (off-target) → mutaciones no deseadas.

E.3. TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Y SUS APLICACIONES (IV): TERAPIA GÉNICA

 La terapia génica consiste en la introducción de genes correctos (sin mutación perjudicial) en seres humanos con el fin de corregir alguna enfermedad de origen genético. Lo que se pretende es restaurar la función de algún gen defectuoso.

 La terapia génica en células somáticas (la modificación no pasaría entonces a la descendencia) todavía está en desarrollo, aunque ya ha habido algún tratamiento con éxito (p.ej. en la “enfermedad de los niños burbuja”). Sin embargo, es muy difícil modificar numerosas células de un organismo adulto (en algunos casos, sería necesario modificar billones).

Los posibles “malos” usos de la terapia génica en células germinales hacen que no esté autorizada en prácticamente ningún país (por sus implicaciones éticas y sociales).

INVESTIGACIÓN CON IA

Busca en una IA (repartir por grupos Chatgpt, Gemini, Copilot y otra, como Deepseek o Grok) casos de éxito de terapia génica en células somáticas con :

1) ingeniería genética clásica, basada en las endonucleasas de restricción, de terapia génica en células somáticas, indicando:

a) Enfermedad hereditaria a curar por sustitución del gen mutado. Breve descripción de  la enfermedad (en qué consiste).

b) Vectores utilizados.

c) Causa: gen/es mutado/s y localización cromosómica de esos genes.

d) Tratamiento: en qué lugar del organismo se introduce la copia funcional del gen.

2) CRISPR/cas, indicando lo mismo.

¿Cuál es la diferencia fundamental entre ambos enfoques terapéuticos?

Busca por qué la terapia génica en células germinales está prohibida y condenada por la comunidad científica y las leyes bioéticas. Sin embargo, un científico chino hizo una terapia con CRISPR en unas gemelas. ¿Qué consecuencias pudo tener este experimento para las niñas y qué consecuencia tuvo para el científico que se saltó el consenso científico internacional? ¿Podría llegar  autorizarse esta técnica en un futuro próximo si se hace casi 100% segura?

PREGUNTA TIPO PAU

Se plantean las siguientes cuestiones:

a) (0,6 puntos)

Explique brevemente el principio de funcionamiento de la terapia génica y cómo puede corregir una enfermedad genética.

b) (0,6 puntos)

Compare la terapia génica somática con la germinal, indicando al menos dos diferencias fundamentales en términos de alcance y riesgos.

c) (0,4 puntos)

Mencione un ejemplo de enfermedad en la que se haya probado la terapia génica somática y describa el resultado.

d) (0,4 puntos)

Explique por qué la terapia génica germinal está prohibida en humanos en la mayoría de los países, incluyendo España.

ORIENTACIÓN DE RESPUESTAS

a) Introducción de genes correctos mediante vectores virales o no virales → expresión de la proteína funcional → compensación de la mutación que causa la enfermedad.

b) Diferencias:

• Somática: solo afecta al paciente; no se transmite a la descendencia; generalmente menor riesgo ético.

• Germinal: afecta a todas las células del individuo y a la descendencia; riesgos éticos y biológicos muy elevados; prohibida en humanos.

c) Ejemplo: terapia génica para atrofia muscular espinal mediante adenoasociado virus (AAV) → mejora motora significativa en pacientes tratados.

d) Germinal prohibida porque:

• Las modificaciones son permanentes y heredables.

• Riesgo de efectos fuera del objetivo (off-target) en descendencia.

• Implicaciones éticas y sociales, manipulación de la línea germinal humana.

E.3. TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Y SUS APLICACIONES (III): TECNOLOGÍA DEL ADN RECOMBINANTE Y OTRAS

 1. HIBRIDACIÓN DEL ADN

Objetivo: localizar el ADN o la colonia que porta el ADN que interesa, p.ej. el gen de la insulina, en el conjunto del ADN celular, para su posterior aislamiento, clonación o manipulación, mediante la hibridación con una cadena de ADN complementaria.

2. SECUENCIACIÓN DEL ADN

 Método de Sanger: 

El inglés Frederick Sanger desarrolló un método de secuenciación del ADN basado en didesoxinucleótidos (nucleótidos sin el OH-3´).

Este método fue creado en 1977 y ampliamente utilizado por 40 años. Sin embargo, actualmente está siendo sustituido por los métodos de secuenciación Next-Gen, es decir, de la siguiente generación o de alto rendimiento.

CLONACIÓN MOLECULAR: inserción de un ADN exógeno en un ADN de un organismo hospedador, como una bacteria, para que ésta exprese el gen exógeno y fabrique proteínas de otra especie.

ETAPAS:

1. Elección del vector adecuado, dependiendo del tipo de organismo en el que se pretenda introducir el gen y del tamaño del mismo. P.ej. un plásmido modificado de E. coli.

Debe contener un marcador de selección, como el gen de resistencia a la Ampicilina y un gen indicador con una secuencia diana dentro, como el gen de la galactosidasa, que produce coloración azul en presencia de galactosa, de modo que al introducir el gen exógeno en él, queda interrumpido, y produce colonias blancas.

2. Elección y aislamiento del fragmento de ADN exógeno: se rompen las células y los núcleos mediante lisis p.ej. por choque osmótico y se obtiene el ADN humano o de otra procedencia. Se corta con la misma endonucleasa de restricción que el vector, p.ej. con EcoRI.

3. Amplificación de la cantidad de ADN mediante la PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa).

4. Creación del ADN recombinante, mezclando los fragmentos de ADN humanos y los plásmidos cortados por la misma endonucleasa de restricción y ligados con una ADN Ligasa. Solo algunos plásmidos recombinantes llevan el gen de interés (p.ej. de la insulina).

5. Inserción del plásmido en el hospedador, que sufre una transformación bacteriana (uno de los 3 mecanismos parasexuales, los otros son la conjugación por "pili" y la transducción por fagos). Solo algunas bacterias se transforman (incorporan ADN exógeno) y de éstas solo algunas incorporan el plásmido recombinante con el gen de la insulina.

6. Cultivo de las células recombinantes. 

    Le echamos Ampicilina, con lo que eliminamos las bacterias que no se han transformado.   

    Las bacterias que han incorporado plásmidos no recombinantes, dan colonias azules. No interesan.

    Las bacterias que han incorporado plásmidos recombinantes, dan colonias blancas. De éstas, solo interesan las que llevan plásmidos recombinantes con el gen de la insulina.

7. Selección de la colonia o clon que interesa (la que lleva el gen de la insulina). Se localizan mediante la técnica de hibridación en colonias, puestas de manifiesto mediante una radiografía.

8. Producción de la proteína recombinante (insulina) en grandes cantidades, pasando del laboratorio a fermentadores industriales o biorreactores.  

PREGUNTA TIPO PAU

Se plantean las siguientes cuestiones:

a) (0,5 puntos)

Explique qué es el ADN recombinante y qué papel tienen los enzimas de restricción y las ligasas en su obtención.

b) (0,5 puntos)

Describa brevemente cómo se puede introducir un gen de interés en un plásmido para expresar una proteína en bacterias.

c) (0,5 puntos)

Mencione una aplicación práctica del ADN recombinante en medicina o agricultura y explique su beneficio.

d) (0,5 puntos)

Indique un riesgo o limitación asociado a la tecnología del ADN recombinante y cómo se puede minimizar.

ORIENTACIÓN DE RESPUESTAS

a)

• ADN recombinante: molécula de ADN formada por fragmentos de distintos orígenes.

• Enzimas de restricción: cortan el ADN en secuencias específicas.

• Ligasas: unen los fragmentos cortados formando una molécula continua.

b)

• Selección de plásmido vector → corte con enzimas de restricción → inserción del gen de interés → ligadura → transformación en bacterias → expresión de la proteína deseada.

c)

• Medicina: producción de insulina humana recombinante → tratamiento de diabetes.

• Agricultura: plantas transgénicas resistentes a plagas → mayor rendimiento y menor uso de pesticidas.

d)

• Riesgo: expresión fuera del objetivo, liberación ambiental, efectos inesperados.

• Minimización: uso de vectores seguros, pruebas controladas y confinamiento, regulación estricta.

E.3. TÉCNICAS DE INGENIERÍA GENÉTICA Y SUS APLICACIONES (II): OMG

 Los organismos modificados genéticamente (OMG), son organismos cuyo material genético ha sido alterado de una manera que no ocurre naturalmente mediante la reproducción o recombinación tradicional de genes. Esta modificación genética puede implicar la introducción, eliminación o modificación de genes específicos, ya sea de la misma especie o de otra especie, utilizando técnicas de ingeniería genética.

Los organismos transgénicos son OGM pero no todos los OGM son transgénicos. 

Microorganismos recombinantes: 

1. Procariotas: bacterias E. coli con el gen de la insulina o el de la GH (hormona del crecimiento humana) para que produzcan estas importantes hormonas proteicas humanas para tratar la diabetes o el enanismo respectivamente.

2. Levaduras recombinantes: Las levaduras recombinantes se utilizan en la producción de alimentos y bebidas, así como en la producción de productos químicos y biocombustibles. Por ejemplo, se han creado levaduras recombinantes para producir etanol de manera más eficiente. 

3. Virus recombinantes: En la investigación médica, se utilizan virus recombinantes para estudiar la función de genes específicos y para desarrollar vacunas contra enfermedades virales. Por ejemplo, se han desarrollado vacunas recombinantes contra el virus del papiloma humano (VPH) y el virus del Ébola utilizando técnicas de ingeniería genética en virus.

Animales transgénicos: un ejemplo muy llamativo son los peces cebra fluorescentes por portar un gen de una medusa fluorescente:

 

Ejemplos de animales transgénicos: ratones modificados para estudiar enfermedades humanas como el cáncer o la diabetes, vacas transgénicas que producen leche con proteínas farmacéuticas, y cerdos modificados genéticamente para mejorar la calidad de la carne. 

✔ Consideraciones éticas y de seguridad: La creación y el uso de animales transgénicos plantean importantes consideraciones éticas y de seguridad. Es crucial garantizar el bienestar de los animales utilizados en la investigación, así como evaluar los posibles riesgos para la salud humana y el medio ambiente asociados con la liberación de estos animales modificados genéticamente. 

✔ Regulación: En muchos países, la creación y el uso de animales transgénicos están regulados por agencias gubernamentales para garantizar su seguridad y adecuada utilización. Estas regulaciones incluyen la evaluación de riesgos y la implementación de medidas de bioseguridad.

Plantas transgénicas: se les introduce genes de otras especies. Surgen a partir de la tecnología del ADN recombinante (maíz Bt; resistente al barrenador o taladro de la caña de azúcar, es la larva de una polilla; El maíz Bt es un tipo de maíz transgénico que produce una proteína de origen bacteriano. La proteína Cry, producida naturalmente por Bacillus thuringiensis es tóxica para las larvas de insectos barrenadores del tallo, que mueren al comer hojas o tallos de maíz Bt). 

Europa puede importar 116 transgénicos, pero de ellos solo puede cultivar uno, el maíz Bt. España es el país europeo con mayor superficie de cultivo del maíz Bt una variedad resistente a una plaga procedente de la América tropical muy presente en la Península Ibérica, razón por la que la apuesta de los agricultores españoles y portugueses por estas semillas sea muy fuerte (30% del total de maíz sembrado en España).

Los alimentos transgénicos son aquellos que para su producción se utiliza la ingeniería genética, incluyendo organismos genéticamente modificados o productos derivados de los mismos.

Ejemplo: La soja transgénica se utiliza principalmente para la alimentación animal, pero también se puede encontrar en algunos productos alimenticios procesados, como la lecitina de soja, empleada en la industria alimenticia como emulsionante: La lecitina de soja ayuda a mezclar y mantener unidos ingredientes que normalmente no se mezclan, como el aceite y el agua. Esto la hace esencial para una amplia gama de productos alimenticios, como:

• Mayonesa: La lecitina de soja ayuda a mantener la mayonesa suave y cremosa.
• Salsas de aliño: La lecitina de soja ayuda a evitar que las salsas de aliño. 

• Es importante tener en cuenta:

  • La normativa sobre organismos genéticamente modificados (OGMs) en España y la Unión Europea es estricta y compleja.
  • Cualquier nuevo organismo transgénico que se quiera comercializar debe pasar por un riguroso proceso de evaluación de riesgos antes de ser aprobado.
  • Existe un debate público y social sobre el uso de transgénicos en la alimentación, con opiniones a favor y en contra.