Biotecnología
- Introducción. ¿Qué es
biotecnología? - Orígenes de la
biotecnología - Biotecnología animal
- Desarrollo
de animales transgénicos de alto valor
biotecnológico - Genética animal en biotecnología y
medicina - Críticas a la
biotecnología - Conclusiones
- Glosario
- Bibliografía
INTRODUCCIÓN. ¿QUÉ ES BIOTECNOLOGÍA?
La
biotecnología ha sido utilizada por el hombre
desde los comienzos de la historia en actividades
tales como la preparación del pan y de bebidas
alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales
domésticos. Procesos como
la producción de cerveza, vino,
queso y yogurt implican el uso de bacterias o
levaduras con el fin de convertir un producto
natural como la leche, en un
producto de fermentación más apetecible como el
yogurt.
En términos
generales biotecnología se puede definir como el uso de
organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos
para obtener productos de
valor para el
hombre.
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 o animales.
Es la
aplicación comercial de organismos vivos o sus productos,
la cual involucra la manipulación deliberada de sus
moléculas de DNA.
Por tanto, podemos
decir que la biotecnología abarca desde la
biotecnología tradicional, muy conocidas y establecidas, y
por tanto utilizadas, como por ejemplo la fermentación de
alimentos,
hasta la biotecnología moderna, basada en la
utilización de las nuevas técnicas del DNA
recombinante (ingeniería
genética), los anticuerpos monoclonales y los nuevos
métodos de
cultivo de células y tejidos.
1.1 UN POCO DE
HISTORIA.
La biotecnología no es
nueva, sus orígenes se remontan a los albores de la
historia de la humanidad. Nuestros ancestros primitivos
iniciaron, hace miles de años durante la Edad de Piedra,
la práctica de utilizar organismos vivos y sus
productos.
La biotecnología es un
término que se ha dado a la evolución y recientes avances de la ciencia de
la genética.
Esta ciencia se
originó hacia finales del siglo XX con el trabajo de
Gregor Joham Mendel.
La historia realmente se inicia
con las investigaciones
de Charles Darwin,
considerado como el padre de la biología moderna, que
concluyó que las especies no son fijas e inalterables,
sino que son capaces de evolucionar a lo largo del tiempo, para
producir nuevas especies.
La explicación de esta
evolución, según sus observaciones, se basaba en
que los miembros de una determinada especie presentaban grandes
variaciones entre ellos, unos estaban mas acondicionados al
ambiente en
que se encontraban que otros, lo que significaba que los
más aptos producirían más descendencia que
los menos aptos.
Este proceso es
conocido como selección
natural, y suponía la modificación de las
características de la población, de manera que los rasgos mas
fuertes se mantendrían y propagarían, mientras que
los menos favorables se harían menos comunes y
acabarían desapareciendo
El monje Gregor J. Mendel
(1822-1884), trabajaba en el jardín de su monasterio en
Austria sin ser consciente de la importancia de sus estudios.
Mendel eligió como material de estudio una planta
común, el guisante (pisum sativum).
Esta planta es de fácil
obtención y cultivo, hemafrodita y por tanto con capacidad
para autofecundarse, ofreciendo asimismo la posibilidad de
realizar fecundaciones cruzadas entre distintas variedades, muy
numerosas en el guisante y fácilmente distinguibles. En
sus estudios, en lugar de analizar la transmisión global
de las características de la planta, prestó
atención a un solo rasgo cada vez,
permitiéndole seleccionar determinados aspectos de la
planta que presentaban alternativas claramente diferenciables,
como por ejemplo la forma de la semilla (rugosa/lisa) o su
color
(amarilla/verde).
En 1866 publicó los
resultados de sus experiencias llevadas a cabo durante 7
años en el jardín de su monasterio de los
agustinos, los cuales permitieron superar las antiguas
concepciones sobre la herencia que
aún prevalecían en su época, según
las cuales los caracteres se transmitían de padres a hijos
a través de una serie de fluidos relacionados con la
sangre, al
mezclarse las sangres en la descendencia, los caracteres de los
progenitores se fusionaban y no podían volver a
separarse.
Mendel expuso una nueva
concepción de la herencia, según la cual los
caracteres no se heredan como tales, sino que solo se
transmitían los factores que los determinaban. Su estudio
del comportamiento
de los factores hereditarios se realizaba, con total
intuición, 50 años antes de conocerse la naturaleza de
estos factores (posteriormente llamados genes).
A pesar de que describió el
comportamiento esencial de los genes, sus experimentos no
revelaron la naturaleza química de las
unidades de la herencia, hecho que ocurrió hacia la mitad
del siglo XX e involucró muchos trabajos de diferentes
científicos de todo el mundo, durante varias
décadas.
2.0 ORÍGENES DE LA
BIOTECNOLOGÍA
Los ejemplos
más antiguos que pueden considerarse como procesos
biotecnológicos son la obtención de la cerveza, el
vino y otras bebidas alcohólicas. Muchas civilizaciones
del pasado descubrieron que el azúcar
y las materias primas azucaradas podían sufrir
transformaciones espontáneas que generaban alcohol.
El proceso fue
controlado gradualmente, hasta que en el siglo XIX el
químico francés Louis Pasteur demostró que
la fermentación estaba producida por microbios. Pasteur
demostró también que otros microorganismos,
diferentes en apariencia, eran responsables de otros procesos,
como la producción de vinagre.
El trabajo de
Pasteur no sólo revolucionó la tecnología de la
elaboración de la cerveza y el vino, excluyendo
microorganismos que pudieran contaminar el proceso de
fermentación y causar grandes pérdidas, sino que
demostró también que había otros productos
que podían ser obtenidos en la industria gracias a la
intervención de los microorganismos. Uno de estos
productos fue la acetona, un disolvente utilizado para la
fabricación de pólvora explosiva.
Durante la I
Guerra
Mundial, el químico y posteriormente primer presidente
de Israel, Chaim
Weizmann, verificó que la acetona era producida por la
bacteria Clostridium acetobutylicum.
No sólo los
microorganismos y las plantas pueden
ser modificados genéticamente, sino que también se
pueden introducir genes en embriones animales fecundados. Un
ejemplo lo constituye la obtención de leche de oveja con
alfa-1-antitripsina, utilizada para el tratamiento del enfisema
pulmonar, gracias a la incorporación en el animal del gen
humano que codifica esta enzima.
Esta misma
metodología se ha empleado en ovejas que
producen leche con el factor IX sanguíneo, que es
requerido por las personas que padecen hemofilia. Actualmente, se
han introducido diversos genes en ovejas y cerdos que les
confieren resistencia a
diversas enfermedades,
mejoran la producción de lana o incrementan su tasa de
crecimiento.
La
biotecnología animal ha sido objeto de crítica
por parte de grupos que luchan
para la protección de los animales, ya que consideran que
algunos de estos experimentos pueden tener efectos negativos
sobre ellos. No obstante, los científicos defienden este
tipo de trabajo ya que los animales gozan de buena salud (incluso mejor que la
de los animales no manipulados) y de una calidad de
vida normal.
La
biotecnología animal ha experimentado un gran desarrollo en
las últimas décadas. Las aplicaciones iniciales se
dirigieron principalmente a sistemas
diagnósticos, nuevas vacunas y
drogas,
fertilización de embriones in vitro, uso de hormonas de
crecimiento, etc.
Los animales
transgénicos como el "ratón oncogénico" han
sido muy útiles en trabajos de laboratorio
para estudios de enfermedades humanas.
Existen tres
áreas diferentes en las cuales la biotecnología
puede influir sobre la producción animal:
-El uso de tecnologías
reproductivas
-Nuevas vacunas y
-Nuevas bacterias y cultivos celulares que producen
hormonas.
En animales
tenemos ejemplos de modelos
desarrollados para evaluar enfermedades genéticas humanas,
el uso de animales para la producción de drogas y como
fuente donante de células y órganos, por ejemplo el
uso de animales para la producción de proteínas
sanguíneas humanas o anticuerpos.
Para las
enfermedades animales, la biotecnología provee de
numerosas oportunidades para combatirlas, y están siendo
desarrolladas vacunas contra muchas enfermedades bovinas y
porcinas, que en los últimos tiempos han hecho mella en
estos animales.
4.0 Desarrollo de Animales
Transgénicos de Alto Valor
Biotecnológico
En los
últimos 7 u 8 años, la ingeniería genética, junto con
métodos innovadores de manipulación
genética, han promovido el desarrollo de
biotecnologías basadas en animales y plantas reconstruidos
genéticamente. La transferencia de genes recombinantes a
estos organismos (transgénesis), dirigidos para que se
expresen en ciertos tejidos por medio de promotores
específicos, permite generar proteínas
recombinantes valiosas para la medicina y la
agricultura.
Se han producido
ovejas transgénicas que secretan alfa-anti-tripsina
(utilizada en el tratamiento del enfisema) y factor de
coagulación IX (para la hemofilia) directamente a
través de la leche, así como cabras que secretan
anticuerpos monoclonales humanos. Para construir a estos animales
transgénicos, se microinyectan huevos no fertilizados
-zigotos- con genes recombinantes que se integran aleatoriamente
a los cromosomas del
huésped en regiones no predecibles. La expresión de
los genes transferidos (transgenes) depende de la función de
los sitios de integración.
El mecanismo
mediante el cual se integran los transgenes a los cromosomas
aún se ignora. En nuestro laboratorio hemos usado la
transgénesis para investigar las peculiaridades
estructurales de las zonas de integración en el
genoma.
Los genes se
introducen a las células por medio de fagos (virus), y hemos
demostrado que los sitios de integración están
altamente enriquecidos con secuencias repetitivas inversas del
gene incorporado al fago. Recientemente se ha probado en varios
laboratorios un método
para transferir genes dirigidos hacia un cierto blanco. Consiste
en introducir los genes a las células del tronco
embrionario y después inyectarlas a un blastocisto para
obtener ratones quiméricos (en los que sólo algunas
células portan el gene transferido). Después se
cruzan los animales quiméricos y se obtienen ratones
transformados con el gene dirigido en todas las células.
Más de 400 líneas de ratones se han producido en
esta forma, cada una con un gene dirigido. Estos ratones son muy
útiles como modelos de enfermedades
hereditarias.
La eficiencia de las
biotecnologías basadas en la transgénesis puede
mejorar significativamente al combinarlas con la
manipulación a nivel embrionario, lo que aumentaría
la variedad de especies transgénicas.
Uno de los
métodos más eficientes de manipulación es la
separación de los embriones para producir dos animales
genéticamente idénticos a partir del mismo
embrión.
Estamos aplicando
este método a embriones de reses para producir gemelos
monocigóticos a partir de embriones separados
(Figura).
Como regla, en los
experimentos de transgénesis se han usado genes
individuales que controlan un rasgo específico de un
tejido o de una etapa. Los genes domésticos
("housekeeping"), que son los que controlan los procesos
metabólicos básicos, se han usado muy rara vez.
Entre estos genes están los que controlan la síntesis
de aminoácidos y que son de particular interés,
ya que los animales carecen de genes y de sistemas
bioquímicos para sintetizar los aminoácidos
esenciales.
El desarrollo de
animales transgénicos que puedan sintetizar estos
aminoácidos es muy atractiva. Además de lo que
puede significar para la investigación básica,
estos animales podrían ser de alto valor
biotecnológico, ya que los aminoácidos que se
encuentran en las proteínas del cereal tienen una
concentración molar más baja que la que se requiere
para que los animales los puedan utilizar eficientemente. Por
esta razón, se complementa actualmente la dieta de los
animales con lisina y treonina producidas industrialmente (3.5 kg
de lisina y 1.8 kg de treonina por tonelada de
proteína).
Hemos iniciado un
proyecto con
el fin de transferir los genes de E. coli que codifican para
treonina a animales de laboratorio (ratones) y de granja
(cerdos). La biosíntesis de treonina está
controlada por 5 genes que se expresan coordinadamente en E.
coli.
La transferencia
de este elaborado camino metabólico, por lo pronto, es
imposible. Buscando superar las dificultades encontramos que,
aunque existe el concepto
generalizado de que los animales no poseen componentes del camino
metabólico de la treonina, uno de los productos clave
intermedios del sistema, la
homoserina, sí existe en células humanas y
animales.
Para convertir la
homoserina en treonina sólo se necesitan dos enzimas, la
homoserina quinasa y la treonina sintetasa, codificadas por los
dos últimos genes del operón de treonina de E.
coli.
Construimos
plásmidos recombinantes que contienen estos genes y
promotores eucariontes y los probamos en E. coli y en cultivos de
células de mamífero, y demostramos que los genes
sí están activos en estas
células. Actualmente, estamos planeando experimentos para
transferir estos genes a animales.
5.0 Genética Animal en Biotecnología
y Medicina
El uso de la
Biotecnología en animales permite la mejora de las
especies para la obtención de productos de alta calidad; sin
embargo, no solamente deben cuidarse estos aspectos, sino
también características de enfermedad o
adaptación a determinados medios, que en
ocasiones ponen en riesgo la
viabilidad de los hatos.
Lo anterior se
desprende del seminario
"Genética Animal en Biotecnología y Medicina",
impartido el pasado 19 de enero por el doctor Rogelio Alonso, del
departamento de Microbiología y Parasitología de la
Facultad de Medicina a invitación del Departamento de
Biotecnología del IIBM.
El doctor Alonso
subrayó la necesidad de contar en México con
un banco germoplasma
autóctono que permita en un momento dado recuperar las
características propias y exclusivas de los animales
originarios de nuestro territorio, adaptados a las condiciones
geográficas y alimentarias del medio.
Al referirse a las
aplicaciones de la citogenética en animales,
mencionó la posibilidad de realizar diagnóstico de alteraciones
cromosómicas en poblaciones y prevenir la
dispersión de cariotipos anormales. La genética
clínica, a su vez, permite el estudio de enfermedades
hereditarias, lo que hace posible detectar y controlar
enfermedades genéticas y así evitar su
diseminación.
El ponente se
refirió también a algunas enfermedades moleculares
en ganado que provocan importantes pérdidas
económicas, como es la deficiencia de adhesión en
linfocitos que se presentan en los bovinos Holstein, por una
afectación del gen CD 18 beta
integrina, con una frecuencia en el macho del 15 por ciento y del
6 por ciento en las hembras y que ocasiona pérdidas por 5
millones de dólares al año en los Estados Unidos;
asimismo, el síndrome de estrés
porcino, cuya frecuencia varía del 22 al 90 por ciento,
provoca pérdidas en ese país por 200 millones de
dólares anuales.
En este contexto,
subrayó que existe una gran cantidad de animales con
mutaciones en el mercado, que
ponen en riesgo de contaminación el germoplasma nacional y que
debido al desconocimiento de factores de enefermedad que en
ocasiones se presentan en ganado con atractivas
características productivas, los ganaderos podrían
poner en riesgo sus hatos si no seleccionan cuidadosamente a los
reproductores.
6.0 CRITICAS A LA BIOTECNOLOGÍA
Las
multinacionales de diversos países se han opuesto a
ciertos aspectos de la biotecnología, al igual que muchas
organizaciones
ecologistas. Las críticas que se hacen a la
biotecnología se basan en la incapacidad de predecir lo
que puede ocurrir al liberar organismos modificados
genéticamente al medio
ambiente, así como en la posibilidad de que los nuevos
genes que estos organismos transportan puedan causar daños
si llegan o se trasladan a otros organismos vivos.
Sin embargo, los
defensores de estas técnicas argumentan que la
precisión de la ingeniería genética,
comparada con las transferencias de genes que se producen
habitualmente en la naturaleza, reduce más que incrementa
dicho peligro.
Además, los
comités oficiales que regulan la biotecnología en
los diferentes países valoran cuidadosamente estos
riesgos antes
de permitir que se lleve a cabo cualquiera de estos
experimentos.
Las posibilidades
generadas por el avance de la ciencia se anticipan en el tiempo a
la capacidad de respuesta de la sociedad ante
los diferentes dilemas éticos y sociales planteados. Las
posibilidades de la ciencia podrían estar excediendo la
capacidad de la sociedad para asumir y responder adecuadamente a
este progreso científico.
Las expectativas
creadas en la comunidad
científica y en la opinión
pública respecto a las posibilidades de la
biotecnología suponen la generación de nuevas
necesidades más que la solución de las ya
existentes. Es el clásico fenómeno económico
de oferta genera
demanda o, en
otras palabras, posible solución genera deseo y
necesidad.
Es necesario
regular, que no controlar, las transacciones derivadas de los
nuevos avances científicos. La creciente
especialización del conocimiento
científico sitúa el control del mismo
en manos de una élite investigadora que no tiene por
qué orientar su trabajo al servicio de la
voluntad social o de acuerdo con los valores
sociales más prevalentes.
Es obvio que la
profesión investigación se mueve dentro de unos
principios
deontológicos usualmente bien establecidos, lo que no la
exime, al igual que en cualquier otra profesión de la
presencia de conflictos de
intereses asociados a loa fenómenos sociales y a la
competencia
existente entre los grupos de investigación. Hay que
añadir que en los avances científicos existe la
posibilidad real de negocio, que provoca conflictos perjudiciales
para el buen desarrollo de las investigaciones y de su
adecuación a la moral y a
lo ético.
La clonación humana, en estos momentos no es
aceptable ni permisible, ya que las técnica aún no
está lista, no es fiable y para lograr clonar a un
niño sano sería necesario llevar a cabo
muchísimos intentos antes de lograr un resultado
satisfactorio, se producirían muchos casos de embriones
con malformaciones irreversibles, como el crecimiento extra de
órganos o extremidades, y sin dejar a un lado la
posibilidad de que en un futuro surjan problemas
inicialmente no previstos.
A mi parecer,
sólo cabría la posibilidad de admitir la
clonación humana en aquellos casos de parejas
homosexuales que quieren tener hijos sin tener que recurrir a
material genético ajeno o en aquellas parejas
infértiles cuyos problemas no pueden ser solucionados con
las técnicas existentes.
Debemos abrir
nuestra mente a los avances de la ciencia, recordemos que no hace
mucho tiempo atrás los trasplantes de corazón
nos parecían algo monstruoso, al igual que la fecundación in vitro, y ahora lo vemos como
un beneficio más que nos aporta la ciencia y que nos
permite ver lo pequeños e insignificantes que parecemos
ante la grandiosidad y sabiduría de la
naturaleza.
ADN:
Ácido desoxirribonucleico, molécula con una
estructura en
doble hélice y que representa el soporte químico de
la herencia: Está presente en los cromosomas, así
como en las mitocondrias y en los cloroplastos.
ALELOS: Un
gen puede modificarse por mutación originándose dos
o mas formas de expresión que se denominan
alelos.
ARN:
Ácido Ribonucleico, molécula semejante al ADN y que
interviene en la descodificación de los genes en
proteínas.
BIOSEGURIDAD: Las políticas
y procedimientos
adoptados para garantizar la segura aplicación de la
biotecnología en salud y ambiente (se aplica
principalmente al uso seguro de
organismos transgénicos).
BIOÉTICA: estudio sistemático de la
conducta humana
en el área de las ciencias
humanas y de la atención sanitaria, en cuanto se examina
esta conducta a la
luz de
valores y
principios morales.
BIOTECNOLOGÍA:
Enciclopédicamente es el conjunto de procesos industriales
que implican el uso de los sistemas biológicos,
aplicación de los principios de la ciencia y la
ingeniería al tratamiento de materias por medio de agentes
biológicos en la producción de bienes y
servicios.
Desde el punto de vista científico, es cualquier
técnica que utilice organismos vivos o sustancias de estos
organismos para hacer o modificar un producto, mejorar plantas o
animales, o desarrollar microorganismos, para usos
específicos.
CLONACIÓN: Proceso por el cual, sin unir dos
células sexuales, y a partir de la implantación del
núcleo de una célula con
una dotación cromosómica completa en un
óvulo, al que previamente le ha sido extirpado el
núcleo, se obtiene un ser humano gemelo idéntico
genéticamente a aquél a quien le ha sido
extraído la célula
dotada de la totalidad de cromosomas.
CLON: Se
define como el grupo de
organismos de idéntica constitución genética que proceden
de un único individuo
mediante multiplicación asexual, siendo a su vez iguales a
él.
CROMOSOMA:
Estructura física que reviste la
cromatina del núcleo celular tras su condensación,
fija los colorantes básicos y contiene los
genes.
CARÁCTER:
Cada una de las particularidades morfológicas o
fisiológicas de un ser vivo, por ejemplo, ojos azules,
pelo rizado, etc.
EUGENESIA:
Término acuñado por el científico
británico Francis Dalton que significa el desarrollo
adecuado de la raza a través de la selección de los
caracteres.
FENOTIPO:
Es la expresión observable del genotipo, su
manifestación externa una vez modificada por las
interacciones ambientales.
Genotipo + Acción
ambiental = Fenotipo. Por ejemplo, el grado del color de la
piel viene
determinado por el genotipo, pero también depende del
grado de insolación.
GENÉTICA: Es la ciencia que estudia la herencia
biológica, es decir, la transmisión de los
caracteres morfológicos y fisiológicos que pasan de
un ser vivo a sus descendientes.
GENÉTICA
MENDELIANA: Es el estudio de la herencia biológica
mediante experimentos de reproducción. Intenta averiguar cuál
es la información biológica de los
individuos a partir de las proporciones matemáticas en que se hereda un carácter.
GENÉTICA
MOLECULAR: Estudio de las moléculas que contienen la
información biológica y de los procesos
químicos de su transmisión y manifestación.
El sentido de su estudio es, pues, inverso al de la
Genética mendeliana. A partir de la información
(ácidos
nucleicos) se deduce cómo serán los caracteres
(proteínas).
GEN: Los
genes son las unidades estructurales y funcionales de la
herencia, transmitidas de padres a hijos a través de los
gametos. Constituyen la base física de la herencia.
Molecularmente, un gen es un fragmento de ADN que contiene
información para la síntesis de una cadena
polipeptídica (proteína). Corresponde a lo que
Mendel denominó factor hereditario.
GENOTIPO
(genoma): Conjunto de genes que contiene un organismo
heredados de sus progenitores. El genotipo tiende a expresarse al
exterior para originar el conjunto de rasgos morfológicos
y fisiológicos que caracterizan al ser vivo. Sin embargo
esta tendencia no siempre puede desarrollarse y con frecuencia el
resultado externo observable no es fiel reflejo de la
expresión del genotipo debido a que influyen factores
ambientales que modifican la expresión.
INGENIERÍA GENÉTICA: Es una disciplina de
la biología. Manipulación de la composición
genética mediante la introducción o eliminación de genes
específicos a través de técnicas modernas de
biología molecular y ADN recombinante.
INTERFERON:
Familia de
proteínas pequeñas que estimulan la resistencia a
virus en las células.
MUTACIÓN: Cambio brusco
en el estado
alélico de un gen, como consecuencia de la acción
de un agente físico o químico, y que se traduce
bien por una modificación puntual en la secuencia del ADN,
bien por una deleción o una inserción.
ORGANISMO
TRANSGÉNICO: Organismo (animal, vegetal o microorganismo) en el cual un gen foráneo,
o una secuencia de ADN foránea ha sido incorporada a su
genoma durante su desarrollo inicial
PROTEINAS:
Moléculas esenciales para la estructura y la vida celular,
formadas por la estructuración lineal de elementos
simples, llamados aminoácidos, y cuyo numero es
variable.
PROPIEDAD
INTELECTUAL: Campo de la Ley que incluye
la protección de patentes, derechos literarios,
marcas
comerciales e industriales y protección de variedades
vegetales.
PROYECTO GENOMA
HUMANO: Proyecto internacional que trata de obtener la
descripción completa del genoma humano,
para lo que es necesario mapear y secuenciar todo el
genoma.
TECNOLOGÍA DE ADN RECOMBINANTE. Es el proceso
de cortar y recombinar fragmentos de ADN de diferentes fuentes como
medio para el aislamiento de genes o para alterar su estructura o
función.
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Biotecnología: una ciencia
fascinante
Javier Romero
Yánez
Editorial Planeta
Pág.45-68
GARCÍA MENDOZA BLANCA
LILIA
UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTÓNOMA DE MÉXICO
COLEGIO DE CIENCIAS Y
HUMANIDADES
PLANTEL ORIENTE
BIOTECNOLOGÍA EN
ANIMALES
MAYO 2004