La biotecnología es una ciencia que inició sus impulsos en los años setenta por los avances que se dieron en la biología molecular y la genética, que arrojaron una serie de técnicas novedosas de clonación y ADN.
Recombinante que impulsaron a los científicos a obtener mejores conocimientos en los procesos celulares, así como en los componentes y funciones de los seres vivos.
Para el desarrollo de nuevos métodos de aislamiento de genes, células madres de estos y así producir in vitro propiedades que antes solo se conseguían a partir del organismo vivo.
Pero antes de explicar las diferentes técnicas que se han conseguido descubrir, es importante definir el concepto de biotecnología.
Se entiende a la biotecnología como una ciencia que implementa la utilización de procesos biológicos para generar bienes y servicios.
Cuando se habla de bienes son todos aquellos productos químicos, alimentos, combustibles y medicamentos, mientras que los servicios son lo que se ofrecen en beneficio de la sociedad, por ejemplo, el tratamiento de residuos y o el control de la contaminación.
Cabe destacar que la biotecnología implementa célula viva o productos sintetizados por ella, que pueden provenir de plantas o animales, o incluso de microorganismos como levaduras y bacterias.
De modo que esta rama tiene un amplio rango de productos y servicios que lo que hacen es manipular la información genética en su unidad fundamental, el ADN, creando técnicas impresionantes en la ingeniería genética.
Lo que ha llevado a que muchas empresas de biotecnología a enfocarse en las técnicas del ADN recombinante, sin embargo la biotecnología moderna es más que eso.
Es el uso en multitud de campos de organismos manejados con técnicas específicas para adquirir productos con un alto valor añadido.
Contenido del post
A continuación se enuncian las tecnologías que se engloban en el gran concepto moderno de la biotecnología:
- ADN recombinante.
- Plantación de tejidos vegetales.
- Cultivo de células mamíferas.
- Biorremeditación (Tratamiento y reutilización de productos residuales).
- Obtención biotecnológica de combustibles y materia prima orgánica como alternativa al petróleo.
- Ingeniería de procesos biotecnológicos.
ADN recombinante o ingeniería genética en la biotecnología
Considerada la aplicación más popular de la biotecnología pues con ella se logró separar el gen encargado de codificar la producción de algunas sustancias y permitir trasladarlo a otro organismo hospedador y así, lograr producir de manera más efectiva proteínas útiles.
Gracias a este avance se han generado a gran escala hormonas, vacunas, factores de coagulación de la sangre y enzimas.
Por otra parte, también es posible producir proteínas y así se evitan los problemas de su obtención a partir de organismos superiores.
Esto se debe a que no es práctico cultivar las células de organismos superiores porque se desarrollan con lentitud, son muy susceptibles a la contaminación y tienen un coste más elevado.
Por lo que es más sencillo cultivar microorganismos. Sin embargo, esta área de la biotecnología brinda la posibilidad de tener nuevas proteínas, como ocurre con los biocatalizadores que producen enzimas.
Esto se logra ya que la técnica del ADN recombinante puede cambiar de manera selectiva los genes que modifican la síntesis celular de enzimas, y luego al trasferir el nuevo ADN a un microorganismo hospedador, se consigue una nueva cepa con la enzima que se quiera.
Mecanismo de la ingeniería genética en la biotecnología
Como se ha mencionado, hoy en día en la biotecnología, es posible separar regiones específicas del ADN, y a partir de esto adquirir abundantes e ilimitados fragmentos para definir incluso la secuencias de sus nucleótidos.
Esto ha sido esencial para el conocimiento de las enzimas de restricción, la explicación de los procesos de replicación y la reparación del ADN, así como lograr replicar virus y plásmidos.
Por lo tanto la tecnología aplicada del ADN recombinante, involucra diversas estrategias para adaptarse a los procedimientos naturales de la genética microbiana.
Clonación de genes
También se le conoce como clonación molecular, la cual posibilita obtener un determinado fragmento del ADN, que puede pertenecer a un gen, para replicarse y posteriormente ser amplificado a millones de copias.
Como por ejemplo, para análisis de secuencias o para conseguir muchas cantidades de un producto génico.
Esto ha logrado desarrollar procedimientos que acceden a conseguir el aislamiento, purificación y replicación de fragmentos del ADN.
Por ende para la creación del ADN recombinante se debe seguir ciertas etapas que se mencionan a continuación.
Obtención del ADN a clonar
Se puede obtener el ADN de diversas fuentes de origen. Puede un ADN de origen genómico, un producto de amplificación por método PCR.
Derivar de la síntesis in vitro, por medio de una retrotranscripción que puede tomarse como molde el ARN-m o la síntesis in vitro de secuencias.
En el caso de que se obtenga a partir del ADN genómico, los fragmentos que se clonaran deben separarse con un la ayuda de enzimas de restricción.
Esto también observa en la clonación de productos de PCR, donde se dividen para aislarse según su tamaño.
Cabe destacar que el aislamiento se realiza a través de una electroforesis en geles de poliacrilamida o agarosa.
Selección del vector de clonación en la biotecnología
Este vector de clonación se entiende como una molécula de ADN que servirá como transporte del fragmento de interés y que posibilitaron su amplificación.
Para realizarlo es esencial que la molécula de ADN pueda actuar como vector, es decir, que se pueda autoreplicarse en conjunto con la replicación del fragmento insertado.
Otro punto como requisito, es que estos vectores poseen un tamaño que ayude a manipularlo fuera de la célula, por lo que se utilizan loa más pequeños pues son fáciles de manipular ya que las moléculas de ADN muy grandes, tienen a ser frágiles.
Los vectores de clonación más implementadas nacen del genoma viral o de los plásmidos bacterianos. Por otro lado, los componentes esenciales de un vector son el origen de replicación, un gen marcador de una característica fenotípica para la selección y al menos un sitio único de restricción.
Generación del ADN recombinante en la biotecnología
En la biotecnología el uso del ADN recombinante hace mención al material genético que se intenta igualar y junto al vector de clonación.
Para conseguirlo es imprescindible contar con dos fragmentos de ADN en forma pura, y enlazarlos enzimáticamente por efecto de la enzima ADN ligasa, en presencia de AP.
Inserción del ADN recombinante en el ente hospedador
En esta etapa es donde el ADN recombinante es clonado para crear muchas copias iguales, para ello los organismos hospedadores usados deben abarcar toda la maquinaria genética para la amplificación del ADN recombinante.
Pueden ser organismos tanto procariotas (bacterias) como eucariotas (células mamíferas).
En el caso de que se utilicen bacterias, la entrada se realiza por procesos naturales de la genética microbiana o por alteraciones determinadas de los mismos. En ese último el que más se emplea es la transformación en célula competente.
Sin embargo otra manera de insertar el ADN en la célula hospedadora es el proceso de electroporación, que se basa en la construcción de poro en la membrana celular, provocado por descargas eléctricas.
En esos procesos, se introducen plásmidos híbridos para continuar replicándose en la célula hospedadora.
Identificación y selección de las células que contienen al ADN recombinante
Cuando ocurre la transferencia del ADN recombinante al hospedador se comprende que durante esa transformación, no siempre las bacterias obtienen una copia del vector híbrido.
Por esto, es esencial elegir aquellas células que se les ha añadido el vector, a través de la implementación de marcadores genéticos localizados en los vectores de clonación.
Lo más utilizados en el mundo de la biotecnología son los genes de resistencia a antibióticos y el fragmento funcional de lac Z, el gen de E. coli que cataloga para la enzima β-galactosidasa (β-gal).
Aquí los genes marcadores tienen encajado un lugar múltiple de restricción (polylinker) y por lo tanto, cuando los fragmentos de ADN son clonados en el polylinker, omiten la actividad de la β-galactosidasa.
Esta enzima hidroliza un compuesto llamado X-gal que desprende un colorante azul, por lo que este compuesto químico se integra al medio de cultivo en una placa Petri donde se desarrollaran las células hospedadoras del ADN recombinante.
Si el ADN desactiva β-galactosidasa, no habrá pigmento azul y por ende las células crean colonias que se visualizarán blancas de la placa, mientras que si ocurre lo contrario, las colonias de las células hospedadoras se observan de color azul.
Por otra parte, si el marcador que se utiliza es un gen de resistencia a los antibióticos, las células se inoculan en un medio de agar que tiene el antibiótico con una resistencia que adjudica el vector.
De modo que luego solo quedaran las células que tengan, para que posteriormente se busquen aquellas células que adquieran el fragmento de interés.
Proceso de las colonias recombinantes
Por consiguiente, al ya contar con colonias recombinantes, lo que sigue es la amplificación de la colonia en un medio líquido con antibiótico. A lo que le sigue el proceso de purificación del plásmido a partir de la suspensión de bacterias y la verificación de la presencia del inserto.
En los casos de la localización del inserto, se aplican diversas tácticas. Una de ella es la reacción en la cadena de la polimerasa o comúnmente llamada prueba PCR.
Que se puede implementar cuando la secuencia del fragmento clonado se conoce o, para reconocer la secuencia de los fragmentos por amplificación con sondas adicionales a la secuencia terminal del vector.
Sin embargo, hay veces en este proceso que también se utiliza la selección de acuerdo al tamaño que tenga el inserto, y así el plásmido recombinante es digerido por enzimas de restricción y luego, se le aplica una corrida electroforética en gel de agarosa.
Vectores de clonación en la biotecnología
Un vector en la biotecnología tiene el significado de ser una molécula de ADN al que se le enlaza un fragmento de interés, donde debido a su habilidad de autoreplicarse, hará posible la amplificación del fragmento insertado.
Cabe mencionar, que los vectores de última generación son bastante fáciles de manejar, con la inclusión de un sitio de restricción múltiple (polylinker) que es conocido como un segmento corto del ADN con sitios de restricción para diferentes enzimas, con un único vector para cada una.
Por lo que este sitio acostumbra a ser parte del marco abierto de lectura de un gen encargado de cierta característica fenotípica.
Dando como resultado la posibilidad de confirmar si después de la restricción, se obtiene el plásmido híbrido, porque la inclusión del inserto genera la pérdida del gen mediante la inactivación por inserción.
De modo que a continuación se describirán los tipos de vectores más usados actualmente:
Plásmidos
Son moléculas de ADN de doble cadena, que se disponen en forma circular y se encuentran de manera externa al nucléolo de las bacterias, que tienen unas propiedades muy útiles para funcionar como vectores de clonación.
A continuación las propiedades que lo cataloga como favorito en las técnicas de ADN recombinante:
- Tamaño indicado que hace más fácil manipularlo y aislarlo.
- La forma de su ADN hace más estable el proceso de aislamiento químico.
- Su replicación ocurre independientemente del ADN nuclear en la célula bacteriana.
Bacteriófagos
También llamados fagos, donde se encuentra el tipo fago λ, que se caracteriza por especializarse en transducción por lo que se puede usar como vector para la recombinación in vitro.
Mientras que hay otro de tipo fago M13 que se identifica como filamentoso, y que comprende un ADN monocatenario que se replica sin hacerle daño a su hospedador.
Cósmidos
Se consideran híbridos entre plásmidos y el fago λ donde ambas destacan sus ventajas como vectores Cuentan con la facilidad del plásmido para replicar automáticamente.
Por otro lado, tiene la capacidad de empaquetamiento in vitro del cromosoma de λ.
Fásmidos
También conocidos como fagémidos, son híbridos entre el fago M13 y el plásmido pBR323, dónde obtienen los orígenes de replicación de ambos.
Cromosomas artificiales
Nace de la necesidad conseguir vectores que acoge porciones de ADN de gran tamaño para realizar el análisis genómico y así, obtener mapas físicos de cromosomas. Esto se da por la idea de crear proyectos de secuenciación de genomas completos.
