Principales técnicas de biotecnología

Esquema:

   1. Reproducción asistida :

                               -Fecundación in vitro

                               -Selección de embriones.

    2. Clonación reproductiva

    3. Medicina regenerativa :

                               -Clonación terapéutica:

                                               -células madre

                                               -embrionarias

                                               -de tejido

      4. Ingeniería genética:

                               -terapia génica

                               -obtención de organismos transgénicos.

1. Reproducción asistida  

-Fecundación in vitro: Consiste en fecundar un ovocito con un espermatozoide fuera de las trompas de Falopio, en un tubo de ensayo. Se estimulan los ovarios de una mujer mediante un tratamiento hormonal para que se produzca una ovulación múltiple. Los ovocitos maduros se recuperan de 34 a 36 horas después de este tratamiento. Se obtienen espermatozoides y se procede a realizar la fecundación in vitro. Los ovocitos fecundados( entre 5 y 10 )  se dejan desarrollar durante dos o tres días 8 en el estadio de mórula o un poco antes, cuando tienen entre 2 y 8 células ) , y después se introducen en el útero, donde anidarán por ellos mismos y se seguirán desarrollando como si fuera un embarazo natural. Normalmente se transfieren de dos a cuatro embriones, para asegurar que al menos uno anide (un 30 % de las fecundaciones in vitro acaba en embarazos múltiples) .El resto de embriones se congela en nitrógeno líquido, lo cual detiene las funciones vitales del embrión, pero no comporta su muerte (durante los cinco años posteriores a la fecundación in vitro se pueden utilizar). Estos embriones(más de 12.000 en el año 2000 en Cataluña)  crean un problema legal y ético, pues no pueden ser destruidos ni usados.   

-Selección de embriones:

En algunas ocasiones, antes de transferir los embriones al útero de la paciente, se hace un diagnóstico para detectar anomalías genéticas responsables de enfermedades hereditarias. Y se pueden seleccionar los embriones que no tengan ese gen, con la finalidad de tener un hijo sano, y también para salvar la vida a algún hermano previo que tenga la enfermedad.

2. Clonación reproductiva

El clonaje reproductivo es un proceso experimental destinado a producir organismos genéticamente idénticos. Una de las maneras más sencillas de generar animales clónicos es por división del embrión (in vitro). Esto simula la generación espontánea de gemelos univitelinos (se especula con crear clones de embriones congelados como reserva de células madres para auto trasplantes de  tejidos).

Otra manera de hacerlo es generar individuos clónicos a partir de individuos adultos.La primera vez que se consiguió fue en  1996 con la oveja Dolly, desde entonces se han clonado otras ovejas ,terneras, cerdos, ratones , cabras y gatos  ). El procedimiento consiste en obtener el núcleo de una célula cualquiera del individuo que se quiere clonar( el cual contiene el todo el genoma del organismo ) . Se obtiene un ovocito de una donante y se le elimina el núcleo. Se introduce el núcleo del animal a clonar en el ovocito vacío. Se deja que empiece su desarrollo en condiciones de laboratorio . Finalmente se transfiere al útero de una madre adoptiva donde acabará de desarrollarse. El nuevo individuo será un clón del  primero. 

Aquí tienes un esquema de cómo se obtuvo a la oveja Dolly, un clon idéntico a su madre. 

 3. Medicina regenerativa

-Clonación terapéutica: es un proceso experimental destinado a producir células adultas diferenciadas , como neuronas, células del páncreas… genéticamente e inmunológicamente idénticas a las de un organismo ya nacido , para que puedan ser utilizadas para sustituir sus propios tejidos mediante  un trasplante personalizado.

El procedimiento es el siguiente: Se extrae una célula del cuerpo del paciente ( las mejores son las del tejido conjuntivo , el tejido que rellena los intersticios entre la piel y la musculatura) y se obtiene el núcleo. Después se toma un ovocito de una mujer y se elimina el núcleo. Se transfiere el núcleo obtenido al ovocito anucleado y se deja que se desarrolle un embrión en condiciones de laboratorio semejantes a las que se dan en la fecundación in vitro. Una vez el embrión ha adquirido la fase de blastocito, se obtienen las células madre embrionarias , que se cultivan in vitro y se condicionan (mediante la activación de programas génicos específicos de diferenciación celular) para que se diferencien en las células adultas del tejido en cuestión. Después se trasplantan al paciente, que regenera el órgano dañado (piel , páncreas, neuronas…) . El problema actual que existe con este procedimiento es la obtención de ovocitos humanos, la  diferenciación espontánea de las células madre, la dificultad de “orientar “ genéticamente a las células hacia un tejido concreto, y que tienen un potencial cancerígeno mayor de lo normal . 

 A esta técnica también se le llama”transferencia nuclear” y así se elimina el término clónaje que puede llevar a equívocos( en realidad no se acaba obteniendo otro organismo adulto idéntico al original )

Otra opción es utilizar células del propio paciente que ya estén determinadas, como las células madre del tejido, o modificar células adultas ya diferenciadas. Las células madre de tejido tienen la capacidad de diferenciarse en los tipos celulares de un tejido concreto, y se encuentran en mayor o menor medida, en todos los tejidos. Por ejemplo, si un paciente tiene una lesión cardiaca que solo puede ser reparada con un implante de células musculares cardiacas, se podrían obtener células madre del tejido muscular del propio paciente, reproducirlas in vitro hasta obtener un número suficiente, y implantarlas en el paciente, que no las rechazará porque provienen del propio paciente.

Las ventajas son que como estas células ya han iniciado el camino de la diferenciación, es más sencillo condicionarlas para que completen el proceso y se conviertan en células adultas funcionales. Otra ventaja es que no tienen el potencial de crecimiento tan elevado como en las embrionarias , y por lo tanto el riesgo de cáncer es menor.

Los inconvenientes son: que hay muy pocas de estas células y son muy difíciles de obtener. 

4. Ingeniería genética:

La Ingeniería genética consiste en la manipulación y modificación de la información genética, es decir, del ADN, mediante la introducción de genes de otros organismos o la modificación de los genes propios.

Se ha desarrollado gracias a ciertos procesos que se dan en las bacterias. Muchas bacterias usan unas estructuras llamadas plasmidios  para intercambiar información genética entre ellos. Además de estos plasmidios (fragmentos de DNA  que se multiplican independientemente del resto del genoma de la bacteria ) también se usan virus como vectores  ( vehículos para transportar el material genético). Otra opción es introducir el gen directamente en el núcleo por microinyección (sobre todo para células grandes como los óvulos). Además en los años 70 se descubrieron unos enzimas propios de las bacterias llamados “enzimas de restricción”, la función de los cuales era destruir el DNA no propio que penetra en las células.

Los procesos básicos que se siguen en la ingeniería genética son los siguientes:

-Obtención de los fragmentos del DNA que se quiere manipular, por medio de los enzimas de restricción.

-Unión de los fragmentos elegidos en un plasmidio o en un virus (DNA recombinante) .

-Introducción del DNA recombinante dentro de la célula que se quiere manipular ( actualmente casi siempre bacterias).Esta expresara el gen insertado y de esta manera se puede conseguir que una especie produzca proteínas propias de otra especie.

-Terapia génica :

 La terapia génica consiste en la curación de enfermedades hereditarias insertando, en las células con el gen defectuoso ,  genes que puedan hacer correctamente su función . Es el gran reto del futuro . Los vectores que se utilizan para introducir  ADN en las  células humanas son los retrovirus ( virus con RNA capaces de transcribirse inversamente e insertar el material genético dentro del núcleo de la célula) . De momento se han usado en enfermedades hereditarias que afectan a las células sanguíneas , como las hemoglobinopatías: disfunciones en la síntesis de la hemoglobina. Los genes que sintetizan la hemoglobina sólo se expresan en los eritroblastos (células de la médula ósea que dan lugar a los eritrocitos ). Si se extraen  los eritroblastos del enfermo ,se les introduce el gen correcto , se cultivan en laboratorio, y después se reintroducen en el enfermo , hay posibilidades de curar la enfermedad, pues se formarán glóbulos rojos con hemoglobina .

La terapia génica tiene riesgos potenciales: se desconoce cual podría ser el efecto a largo plazo de los retrovirus usados. En el futuro es previsible la aplicación de terapia génica en enfermedades que no son hereditarias , como el SIDA, por ejemplo, introduciendo en los linfocitos genes que lleven la información para sintetizar biomoléculas como las “quimiocinas” que dificultan la infección del virus.

La combinación de las técnicas de terapia génica con las de medicina regenerativa son muy prometedoras en el futuro en casos en los que las células defectuosas son difíciles de obtener, de manipular y de hacer proliferar en el laboratorio.

 -Obtención de organismos transgénicos:     

Los organismos transgénicos son seres vivos que llevan genes de otras especies, introducidos artificialmente por medio de técnicas de ingeniería genética. Los organismos receptores del gen externo incorporan la información en su genoma   y producen las proteínas correspondientes.

Las bacterias transgénicas son muy usadas y muy útiles en la industria farmacéutica para obtener antibióticos, insulina, hormona del crecimiento…etc.

Las plantas transgénicas tienen un uso alimentario,  obteniéndose plantas con diferentes propiedades como un crecimiento más rápido, frutos más resistentes, resistencia a plagas y herbicidas…incluso la obtención de sustancias terapéuticas a partir de plantas. El consumo de plantas transgénicas ha creado mucha polémica. Las ventajas son importantes, debido a las necesidades crecientes de alimentación de la humanidad, pero también hay riesgos de los que aún no se conocen las consecuencias, como el efecto de estos productos en el cuerpo humano, la posible hibridación con plantas de otros ecosistemas, y la pérdida de biodiversidad ( ej: hambre en Irlanda en 1845) . Los genes insertados en estas plantas transgénicas proceden de otras plantas, de bacterias , e incluso de animales. Cualquier alimento con ingredientes transgénicos ha de llevarlo indicado en el etiquetado.

Se han obtenido individuos transgénicos animales en una buena parte de animales de granja para mejorar los productos de consumo como la carne, leche, huevos y lana., por ejemplo cerdos transgénicos con hormona del crecimiento de bovinos , cuya carne tiene menos proporción de grasas. También se han creado aves y peces transgénicos, además de otros mamíferos.

Combinando la trangénesis con la clonación se pueden obtener animales que proporcionen modelos muy valiosos para estudiar enfermedades humanas y encontrar tratamientos, xenotransplantes, y obtención de productos terapéuticos, por ejemplo el factor de coagulación VIII , deficiente en las personas hemofílicas, se obtiene a partir de animales transgénicos a los cuales se ha les ha transferido el gen humano que codifica esta proteína.

Con los diferentes temas sobre biotecnología haremos un Congreso en el que cada grupo ( de dos, máximo tres personas) presentareis vuestro trabajo. Escribid aquí , como comentario, qué tema haréis y en que formato lo vais a presentar. En este link del blog de segundo de bachillerato podéis ver y elegir diferentes tipologías para la presentación, aparte del clasico power point. Se valorará la originalidad.