PROYECTO GENOMA HUMANOHistoria del Proyecto Genoma HumanoEl comienzo oficial del Proyecto Genoma Humano (PGH) en Estados Unidos fue anunciado el 1º de octubre de 1990. Sin embargo, el proceso intelectual y administrativo responsable por el inicio del proyecto ya había estado operando varios años antes.

Antecedentes y desarrolloEl estudio de la genética humana se reconoce desde los trabajos pioneros de Gregor Mendel, quien en 1866 describió las bases de la herencia monogénica que hoy continúan vigentes, ahora con pleno conocimiento de sus bases moleculares. Fue hasta casi 80 años después que se reconoció al ácido desoxirribonucleico (ADN) como el material de la herencia. Unos años más tarde, en 1953, Francis Crick y James Watson, apoyados en trabajos previos desarrollados por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, describieron la estructura de doble hélice del ADN. El ADN está formado de 3,200 millones de núcleotidos, de los que existan cuatro tipos: Adenina (A), Timina (T), Citocina (C) y Guanina (G). En 1963 se esclareció el código genético, base de la traducción genética para la síntesis de proteínas.Más adelante, en los años 70 comenzó el auge de la manipulación del ADN dando lugar a las tecnologías recombinantes y, posteriormente, a las tecnologías para la secuenciación del ADN.En 1985 se hizo la primera propuesta formal de una iniciativa para secuenciar los 3,200 millones de nucleótidos del genoma humano. En 1990, esta iniciativa se consolidó, dando inicio así, al proyecto científico tecnológico más importante de finales del siglo XX: el Proyecto del Genoma Humano. El PGH, patrocinado en su mayoría por el gobierno de los Estados Unidos, a través de su Departamento de Energía y de los Institutos Nacionales de Salud, estuvo inicialmente bajo la dirección de James Watson, transfiriéndose esta responsabilidad posteriormente a Francis S. Collins, Director del Instituto de Investigaciones sobre el Genoma Humano de los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos. Así, el producto del PGH consistió fundamentalmente en la secuencia completa del genoma humano y en la elaboración de un mapa que ubica cada gen dentro de los 23 pares de cromosomas en que se organiza el genoma humano. Este Proyecto contó además con la participación del Reino Unido, Francia, Alemania, China y Japón.El Proyecto llegó a término dos años antes de lo previsto y a un menor costo del originalmente presupuestado, en gran medida debido al desarrollo de nuevas tecnologías para la secuenciación de ADN, que diera como resultado la capacidad de secuenciación a gran escala y a un menor costo.De ahí que el costo total del Proyecto fuera de $2,700 millones de dólares, de los cuales entre 3 y 5% fue dedicado al estudio de las implicaciones éticas, legales y sociales que esta información tendrá. Al día de hoy todas las metas del Proyecto fueron cumplidas con creces.En 1995, la compañía Celera Genomics, bajo la dirección de J. Craig Venter, anunció que llevaría a cabo la secuenciación del genoma humano en forma paralela al Proyecto del gobierno de los Estados Unidos, empleando una tecnología novedosa conocida como shot gun. Este proyecto culminó al mismo tiempo que el PGH financiado por el gobierno de los Estados Unidos, y fueron anunciados en forma conjunta mediante sendas publicaciones. En las revistas Nature y Science.La culminación del Proyecto en términos técnicos significa que se obtuvo la totalidad de la secuencia de la molécula del ADN con una gran exactitud, es decir, con menos de un error por cada 10,000 letras. Únicamente 0.01% de la cadena no pudo secuenciarse con la tecnología disponible, lo que dará lugar a proyectos específicos para secuenciar estas regiones del genoma humano. Al día de hoy contamos con más del 99% de la secuencia en su formato final, reduciendo el número de espacios sin secuenciar solo 250.

Alcances y estado actualComo resultado del PGH se obtuvo la secuencia completa de los 3,200 millones de nucleótidos o letras (A, G, T, C) que lo componen, el mapa que ubica a los cerca de 30,000 genes que ahí se albergan y el análisis de cerca de 1,400 genes causantes de enfermedades monogénicas. Además, se demostró que los seres humanos compartimos 99.9% de esta secuencia. El 0.1% restante varía entre cada individuo, siendo las variaciones más comunes aquellas en que cambia una sola letra, es decir, los polimorfismos de un solo nucleótido, conocidos como SNPs (pronunciados snips) por sus siglas en inglés. Estas variaciones se encuentran a lo largo de toda la cadena, en promedio una cada 600 a 800 nucleótidos y hasta el momento se han identificado más de 3.2

millones de estas variaciones. Esto significa, por ejemplo, que algunos individuos podemos tener una "T" en determinada posición del genoma, en donde otros pueden tener una "G". El número de posibles combinaciones que resultan de la variación genómica, da como resultado que cada miembro de nuestra especie tenga características genómicas únicas. Así, la individualidad genómica da lugar a la individualidad bioquímica, responsable de la predisposición a padecer enfermedades comunes. La siguiente fase de este proyecto consistirá en la identificación de las variaciones genómicas entre las distintas poblaciones, así como la producción de aplicaciones prácticas derivadas de este conocimiento.El PGH ha estimulado el desarrollo de la genómica comparativa, cuyo propósito es entender cómo las especies han evolucionado y cuál es la función de los genes y las regiones no codificantes del genoma, mediante el análisis y la comparación de genomas de diferentes especies. El definir la estructura y función de los genes humanos favorecerá el desarrollo de estrategias para predecir, prevenir y combatir enfermedades humanas. Hasta el momento se ha completado la secuencia de los genomas de varios organismos, entre los que destacan dos especies de mosca de la fruta, dos gusanos, el ratón, la rata, el perro, un gran número de hongos, el mosquito transmisor del paludismo, así como del parásito que lo causa, el arroz, la semilla de la mostaza y una larga lista de bacterias y virus. Actualmente existen proyectos para la secuenciación de los genomas de más de 50 organismos, entre los que figuran de chimpancé, el pollo, la vaca, el gato, el cerdo, la rana, el pez cebra, la abeja de la miel, la amiba, el maíz y el trigo, entre otros.

Concepto de genomaEl genoma es un conjunto de instrucciones, agrupadas en unidades de información denominadas genes, que conjuntamente forman los cromosomas, situados en el núcleo de cada célula del organismo humano. Todas nuestras células, desde la primera que se formó en nuestra concepción –al fundirse el gameto de nuestro padre con el de nuestra madre– hasta el total, aproximado, de cien trillones que forman un organismo adulto, tienen idéntica carga genética.

Por genoma humano se entiende, pues, el conjunto de genes que integran el patrimonio biológico de cada individuo y que contienen las claves de la herencia. Su conocimiento, o lectura, hace posible entender los procesos de transmisión de todo tipo de características, incluidas las patológicas.

El genoma humano comprende aproximadamente 50.000 genes distintos, distribuidos en 23 cromosomas, cada uno de los cuales se encuentra presente por duplicado en nuestras células, a parte de las células sexuales que gracias a la meiosis, sólo poseen un juego de cromosomas. Cada gen tiene una posición determinada y fija en una zona dada de un cromosoma dado y dirige la síntesis de una proteína que tiene un papel preciso en el funcionamiento del organismo. La ausencia de una proteína, o su anomalía, puede tener consecuencias nefastas: potencialmente hay 50.000 enfermedades genéticas.

Toda la información genética está codificada en la molécula de ADN que forma los cromosomas y formada por dos cadenas complementarías que se enrollan en doble hélice. El orden o secuencia en el que se suceden a lo largo de esta molécula los cuatro componentes químicos elementales (o nucleótidos), determinan el mensaje genético. Cada una de nuestras células contiene la totalidad de este mensaje, un mensaje que tienen aproximadamente 3.000 millones de bases distribuidas a lo largo del ADN.Aislar pedazos de este ovillo, reconocerlos, descifrarlos, es lo que hacen las técnicas actuales de ingeniería genética. Pero no se trata de un asunto sencillo, el aislamiento, el clonado de un gen especial y la lectura del mensaje que comporta de algunos miles o decenas de miles de nucleótidos, representan meses o incluso años de trabajo de varios investigadores. La cartografía física del genoma consiste en posicionar múltiples puntos de referencia a lo largo de los cromosomas, para determinar luego el emplazamiento de los genes

AplicacionesCon la ingeniería genética podemos crear ADN recombinante (ADNr) que puede ser introducido en una célula. Al expresarse este ADNr dará lugar a sustancias de interés médico, social o industrial.

Medicina forense. La ingeniería genética se aplica para construir “Huellas génicas”.En esta técnica se compara el ADN de un individuo problema con otro ADN, para conocer las similitudes entre ambos. Así se puede realizar la prueba de paternidad, identificar victimas en un accidente e incluso demostrar la inocencia o no de una persona en un delito.

Aplicaciones en la agricultura, la ganadería y la industria. Mejora de la ganadería. Consiste en la creación de individuos con genes que mejoren el

crecimiento, la resistencia a bajas temperaturas o la producción de sustancias como la leche. Mejora del a agricultura. Se crean individuos con genes que retarden la maduración, que sean

resistentes a plagas, a las bajas temperaturas o a herbicidas. Mejora en la industria. Se crean OGM para obtener antibióticos, vacunas, hormonas o proteínas.

Las hormonas y proteínas creadas de este modo no producen rechazo en el paciente. Aplicaciones sociales. Los Organismos Genéticamente Modificados pueden utilizarse para mejorar la

nutrición y la salud la población. Se ha logrado crear OGM de plantas como la patata o el arroz. En ellos se han introducido genes de moléculas que no contienen de forma natural como vitaminas o proteínas. Estas plantas se cultivan en zonas deprimidas donde es difícil el cultivo de otros vegetales o por razones económicas la población no puede adquirir otros alimentos.

Aplicaciones para la conservación del Medio Ambiente: Mediante la modificación del genoma de microorganismos (OGM) se crean bacterias capaces de recuperar el Medio Ambiente contaminado o producir sustancias poco contaminantes. Es el caso de las bacterias degradadoras de petróleo o de las que recuperan suelos con altos contenidos en metales pesados. También, se incluyen las bacterias productoras de plástico.

Aplicaciones médicas y Terapia génica. Las enfermedades génicas se producen porque un gen se inactiva o produce proteínas defectuosas, provocando una alteración en el individuo, como el Parkinson. Con la ingeniería genética se construye un ADNr que contiene el gen sano. Este gen producirá una proteína normal con lo que se corrige la enfermedad.

La terapia génica como una etapa fundamental de la medicina del futuro - La introducción de los sistemas sanitarios de Salud Pública. - La utilización de la anestesia en la cirugía - La utilización de las vacunas y antibióticos.

¿Qué se entiende por terapia génica? En un sentido estricto, es la administración deliberada de material genético en un paciente humano con la intención de corregir un defecto genético específico, o una técnica terapéutica mediante la cual se inserta un gen funcional en las células de un paciente humano para corregir un defecto genético o para dotar a las células de una nueva función. Los métodos pueden ser: - Ex vivo, cuando la corrección del defecto genético se realiza en el laboratorio en las células extraídas del paciente y que posteriormente son reintegradas al organismo ( es el caso de la terapia administrada a los "niños burbuja"). - In situ, cuando la modificación genética de las células del paciente se realiza introduciendo el ADN ( los genes terapéuticos) directamente en el propio órgano defectuoso del individuo ( en distrofias musculares o supresión de ciertos tumores). - In vivo, cuando se hace llegar en vectores adecuados los genes terapéuticos a las células defectuosas a través del torrente circulatorio ( por ejemplo por inyección intravenosa). Otra posibilidad sería la de utilizar las células de la piel con un propósito bien distinto: la síntesis y secreción de proteínas que son producidas normalmente en un tipo de células pero que son transportadas en el plasma sanguíneo para uso de otras células. Así, en principio, el implante de células de la piel podrían corregir enfermedades tales como la hemofilia, Alzheimer o Parkinson.

Identificación de genes que contribuyen a la enfermedad La clasificación funcional de los genes ligados a la enfermedad y sus productos, podrán revelar principios generales sobre la enfermedad. A medida que este conocimiento crezca, se producirá una mayor integración de la medicina con la biología. Se han determinado las categorías funcionales de aproximadamente 1.000 genes vinculados con enfermedades, y se han encontrado asombrosas correlaciones entre la función del producto del gen y características de la enfermedad, tales como edad en la que se produce, y características hereditarias.

Elaboración de vacunas Citaremos como ejemplo, el caso de la bacteria que causa la meningitis. Se ha descifrado la composición genética de esta bacteria. En un estudio publicado en la revista Science, investigadores italianos y británicos dijeron que han logrado determinar la secuencia del genoma de neisseria meningitidis, causante de la meningitis tipo B. Los investigadores utilizaron luego el genoma de dicha bacteria para descubrir siete proteínas producidas por el microorganismo, que a su vez pueden ser utilizadas para elaborar una vacuna contra esa enfermedad.

Cáncer y genoma Una de las metas de la investigación de esta enfermedad, es identificar los genes que la produce. Todas las formas de cáncer son provocadas por anormalidades en la secuencia de ADN. A través de la vida, el DNA de las células humanas está expuesto a mutágenos, y experimenta errores en su replicación. Ocasionalmente, alguna de esas mutaciones somáticas altera la función de un determinado gen, proveyéndolo de una ventaja comparativa en su crecimiento, respecto de las células normales. Esto resulta en la emergencia y expansión de clones derivados de estas células defectuosas, que pueden invadir tejidos vecinos y producir metástasis. SE conocen unos pocos oncogenes (genes supresores de tumores). La secuencia genómica lograda mediante el Proyecto GH, permitirá detectar nuevos oncogenes, y comparar los conocidos (que están clonados), con la secuencia génica que aportó el proyecto. Esto no es tarea fácil, fundamentalmente porque en el cáncer interviene más de un gen, y a éstos no siempre es posible localizarlos. Los genes que mutan en el cáncer, generalmente pertenecen a una familia de genes, pero estas familias a menudo son muy grandes, y una minoría de sus miembros está implicado en la enfermedad. El cáncer se caracteriza por una desorganización del genoma. Quizá en ese sentido, la secuencia del Genoma Humano disponible actualmente podría ser usada como "molde", contra el cual comparar genes de células cancerígenas.

Medidas legislativasLa Biotecnología y la Ingeniería Genética han proporcionado grandes beneficios a la humanidad pero también pueden producir consecuencias negativas.Por ello, se han elaborado una serie de normas éticas y legales, algunas de aplicación a nivel mundial.● En 1997 la UNESCO aprobó la Declaración Universal sobre el Genoma Humano y losDerechos Humanos. En su artículo 1º dice: “El Genoma Humano es Patrimonio de laHumanidad”.● En el mismo año el Consejo de Europa prohibió la Clonación con fines reproductivos o experimentales en seres humanos.● En nuestro país la Ley de Investigación Biomédica regula la utilización de laBiotecnología y la Ingeniería Genética, prohibiendo de forma expresa la clonación reproductiva y la creación de embriones destinados a la investigación.

CONSIDERACIONES ETICAS Se han planteado gran cantidad de consideraciones de este tipo, desde distintos ángulos. La siguiente es una presentación resumida de algunas opiniones autorizadas, emanadas de Organismos Públicos, de referentes científicos y sociales, y también periodísticos. "SEREIS COMO DIOSES" Con estas palabras extraídas del libro del Génesis (Gn 3,5) la serpiente tentó a Eva en el paraíso. El científico español Juan Ramón Lacadena comienza con esta frase sus argumentaciones, en el que hace referencia al enorme poder de la Biomedicina actual, en la que el científico puede "crear" vida en un laboratorio, o manipular genes. Pero el científico no actúa como "creador", ya que esa vida no ha sido creada de la nada, sino a partir de células preexistentes. La Genómica funcional, se plantea la cuestión fundamental : ¿cuál es el juego mínimo de genes celulares esenciales?. Datos experimentales obtenidos en levaduras y bacterias, indican que la proporción del genoma esencial para el crecimiento y división de las células es de un 9 a 12% respectivamente en cada especie.

Venter y colaboradores infieren la existencia de un juego mínimo de 256 genes fundamentales. Otra conclusión que extraen Venter y col. Es que el juego de genes esenciales, no se corresponde exactamente con el genoma mínimo, ya que genes que son individualmente dispensables pueden no serlo simultáneamente. Este investigador continúa con sus consideraciones acerca de los aspectos éticos de la Terapia Génica (TG), y plantea entre otros los siguientes puntos: 1- La TG no incluye la estimulación genética de características tales como el comportamiento, la inteligencia

o el aspecto físico. 2- La TG sólo se debería intentar cuando no hay otras alternativas terapéuticas. 3- La TG debería requerir la evidencia que es segura, beneficiosa, técnicamente posible y éticamente

aceptable. 4- La TG de células somáticas para el tratamiento de enfermedades graves puede considerarse ética porque

puede ser apoyada por los principios fundamentales de autonomía, beneficencia y justicia. 5- Los tratamientos anteriores no presentan problemas éticos diferentes a lo de cualquier otro tipo de

terapia experimental, tales como la utilización de nuevos fármacos, o técnicas quirúrgicas novedosas. 6- ¿Cuál sería la valoración ética del uso de una TG cuyo fin fuera perfeccionar fenotipos normales?. El

ejemplo más obvio podría ser el de transferir el gen de la hormona del crecimiento de algún determinado animal a un niño normal, con la intención de que aumentara su crecimiento. Con cierta ironía podría pensarse que, quizá a algunos padres les gustaría tener un jugador de baloncesto en la familia. Posiblemente si se autorizaran este tipo de prácticas, nos colocarían en un plano resbaladizo muy peligroso.

7- Así como la TG somática ha sido ampliamente aceptada, la TG germinal se enfrenta con obstáculos técnicos y con disparidad de criterios respecto de su valoración ética. El papel potencial de la manipulación de la línea germinal para la prevención de enfermedades genéticas es mucho menos claro que el de la modificación somática. La TG germinal plantea cuestiones problemáticas como son la propagación de efectos impredecibles en las generaciones futuras o los efectos a largo plazo que pudieran cambiar las características genéticas de las poblaciones humanas.

8- La Declaración Universal de la UNESCO sobre el Genoma Humano y los Derechos Humanos ( 1997) en su artículo 24 invita a la identificación de prácticas que puedan ir contra la dignidad humana, como las intervenciones en la línea germinal. Lo mismo lo hace el Convenio Europeo de Bioética. ES interesante observar que en EEUU se obtuvo la patente de la técnica de TG somática ex -vivo, y posiblemente no correrá la misma suerte la TG germinal.

INGENIERIA GENETICA

2. ¿QUÉ ES?La ingeniería genética es una parte de la biotecnología que se basa en la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado, aprovechable por el hombre: se trata de aislar el gen que produce la sustancia e introducirlo en otro ser vivo que sea más sencillo de manipular. Lo que se consigue es modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por el hombre, alterando su material genético.El proceso puede utilizarse ya en bacterias y en células eucariotas vegetales o animales.Una vez adicionada o modificada la carga cromosómica, el organismo en cuestión sintetiza la proteína deseada y el aumento del rendimiento de la producción puede obtenerse mediante el aumento en la población portadora. Las bases de la ingeniería genética han consistido en resolver el problema de la localización e inserción de genes y la multiplicación redituable de las factorías logradas.Las técnicas utilizadas por la ingeniería genética son varias, y cada una atiende un aspecto de la tarea de preparación y solución de los problemas específicos de esta tecnología, sin embargo muchas de ellas ha tenido éxito en otros campos tecnocientíficos.

La ingeniería genética es el conjunto de técnicas utilizadas en la manipulación del ADN. De esta forma podemos:• Quitar uno o más genes.• Añadir uno o más genes.• Aumentar el número de moléculas de ADN.• Clonar células.• Clonar individuos.• Crear organismos genéticamente modificados (OGM).La técnica para obtener una proteína por ingeniería genética se realiza en varios pasos:• Selección y obtención del gen.• Selección de un vector.• Formación de un ADN recombinante.• Selección de una célula anfitriona.• Síntesis y obtención de proteínas correspondientes al gen manipulado.

2.1 La gel-electroforesisEl problema de encontrar, separar y analizar los fragmentos de ADN correspondiente a un gen específico se logró resolver sobre la base de los estudios de Linus Pauling que demostraron que las moléculas migran a distintas velocidades hacia los polos magnéticos: se colocan porciones de ADN sobre un gel de agarosa y se les permite que migren hacia los polos del campo magnético. La senda seguida por el ADN y las manchas formadas se tornan visibles en una película de rayos X como el código de bandas de un producto en el supermercado.

Esta técnica permite tratar con bajas concentraciones de ADN, de hasta 100 nanogramos y su objetivo es mediante un método bioquímico, basado en reacciones enzimáticas poder analizar de forma rápida la variabilidad genética que se puede encontrar en una población determinada. La práctica de la electroforesis de enzimas en gel aplica la afirmación teórica de que el producto de un gen, será una proteína que tendrá actividad enzimática.El método consiste en obtener las enzimas del material que se desea conocer empaparlas en papel secante, e introducir estos papeles en el gel. Posteriormente habrá que someterlo a la electroforesis para lograr la migración de las proteínas que será diferencial dependiendo de la carga eléctrica de la proteína.

2.2 ADN recombinanteHasta las después de 1970, el ADN era una molécula que presentaba amplias dificultades para su análisis bioquímico. Su gran longitud y monotonía hacían que la secuencia de nucleótidos pudiese sólo ser estudiada mediante mecanismos indirectos. Para esto se recurría a la determinación de la secuencia de las proteínas o del ARN.Hoy la situación ha cambiado por completo y el ADN ha pasado a ser una de las moléculas más fáciles de estudiar. Mediante las técnicas que desarrollaremos en este capítulo, veremos que es factible separar regiones determinadas del ADN, obtenerlas en grandes cantidades y determinar su secuencia de nucleótidos a una velocidad de varios cientos de nucleótidos al día. También se nos hace posible alterar un gen (sometido a ingeniería) y transferirlo a células en cultivo o a la línea germinal de animales, donde el gen modificado se incorpora como parte funcional y permanente del genoma.La tecnología del ADN recombinante constituye una suma de técnicas siendo las más importantes:_ La rotura específica del ADN mediante nucleasas de restricción, que facilita el aislamiento y la manipulación de los genes individuales._ La secuenciación rápida de todos los nucleótidos de un fragmento purificado deADN, que posibilita determinar los límites de un gen y la secuencia de aminoácidos que codifica._ La hibridación de los ácidos nucleicos que hace posible localizar secuencias determinadas de ADN o ARN, utilizando la capacidad que tienen estas moléculas de unirse a secuencias complementarias de otros ácidos nucleicos._ La clonación del ADN, mediante la cual se puede conseguir que un fragmento deADN se integre en un elemento génico autorreplicante (plásmido o virus) que habita en una bacteria, de tal manera que una molécula simple de ADN puede ser producida generando muchos miles de millones de copias idénticas._ La ingeniería genética mediante la cual se pueden alterar secuencias de ADN produciendo versiones modificadas de los genes, los cuales se pueden insertar a células u organismos.

El desarrollo de la tecnología del ADN recombinante fue posible gracias a varias líneas de investigación el conocimiento de las enzimas de restricción la replicación y reparación de ADN la replicación de virus y plásmidos la síntesis química de secuencias de nucleótidos.

2.3 VectoresCuando se pretende que las “factorías” biotecnológicas (o una célula) produzca un material específico, debe dársele la orden específica, esto es proveerle de los genes necesarios. Para ello se debe agregar a su ADN natural un complemento génico (previamente determinado y aislado), lo que es posible por medio de un vector o transportador.Estos vectores permiten obtener múltiples copias de un trozo específico de ADN, lo que proporciona una gran cantidad de material fiable con el que trabajar. El proceso de transformación de una porción de ADN en un vector se denomina clonación.

2.4 Técnica de la PCRTambién existen métodos para amplificar una determinada secuencia o fragmento deADN. La más conocida es la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa PCR. Así se consigue multiplicar un determinado fragmento de ADN millones de veces para poder tener una cantidad suficiente para estudiarlo. Sin esta técnica serían imposibles los estudios de cantidad de ADN presente en las células es tan pequeña, del orden de picogramos, que se necesitaría una gran cantidad de material celular para tener una cantidad apreciable de ADN. Por su lado, para la amplificación del gen, los biotecnólogos cuentan con dos procedimientos que son hoy en día los más usados:El logrado por E.M. Southern en 1975, comienza con la separación del ADN digerido por enzimas de restricción, los fragmentos resultantes se separan por tamaño mediante la gel-electroforesis y luego se transfieren a un filtro. El ADN adherido se desnaturaliza (sometiendo las doble cadenas de ADN a alta temperatura lo que rompe los puentes hidrogenados que las mantienen unidas) y se hibrida (o deja que se ligue) exponiéndolo a sondas radiativas, lo que permitirá detectar por rayos X los fragmentos de interés para su purificación y duplicación en procedimientos de estudios o manipulación.En 1988 estuvo disponible un nuevo método la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), ideada en 1983 por Kary Mullis. Éste permite mecánicamente, la amplificación de genes en grandes cantidades a partir de muy poco ADN. El sistema implica la adición de un cebador corto (un oligonucleótido) en cada extremo de la secuencia elegida de ADN, separando las dos cadenas de la doble hélice por calentamiento y exponiéndolas a un ADN polimerasa que reconoce a los cebadores dispuestos a cierta distancia entre sí en lados opuestos de la cadena y duplica el número de cadenas de ADN en la muestra. Esta enzima es obtenido a partir de una purificación de una bacteria que prospera en las elevadas temperaturas de las aguas termales y que no se desnaturaliza por temperatura cuando el ADN seleccionado lo es. De este modo en la PCR, ambas cadenas de ADN se copian simultáneamente y si el procedimiento se repite unas veinte veces, se obtendrán un millón de copias a partir de un solo fragmento original.

Todo esto ha servido para el desarrollo de la ingeniería genética, ya que aparte de conocer los aspectos moleculares más íntimos de la actividad biológica, se han encontrado numerosas aplicaciones en distintos campos de la industria, la medicina, la farmacología, la agricultura, la ganadería, etc.

2.5 Biochips Los últimos avances en biología molecular, especialmente en genética y genómica, ha llevado a la aparición de numerosas técnicas experimentales. Entre estas herramientas destacan los biochips, que permiten conocer mutaciones genéticas en los pacientes. De este modo, la comunidad científica dispondrá del material adecuado para afrontar el reto que se le plantea tras haberse completado la primera fase del Proyecto Genoma: estudiar la función de los genes, las diferencias genéticas individuales y su incidencia en el

desarrollo de las enfermedades.Estos biochips son dispositivos miniaturizados en los que se pueden depositar decenas de miles de sondas de material genético conocido en posiciones predeterminadas, constituyendo una matriz. En los estudios, se ponen en contacto los biochips con material genético marcado, obtenido de una muestra de un paciente o experimento. En ese momento, generan un patrón de señales particular cuya lectura se realiza con un escáner y posteriormente se interpretan con un ordenador.

3. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICALa aplicación de las técnicas utilizadas por la Ingeniería Genética ha permitido elevar la calidad de vida del ser humano. Los organismos transgénicos han pasado a ocupar una posición central en la biotecnología moderna, porque permiten hacer modificaciones muy específicas del genoma que vale la pena analizar con detalle, debido a sus importantes aplicaciones presentes y futuras.

3.1 Obtención de proteínas de interés médico y económico antibióticos enzimas hormonas: insulina, hormona del crecimiento, eritropoyetina… vacunas proteínas sanguíneas: seroalbúmina, factores de coagulación

3.2 Mejora genética de vegetales y animales para obtener una mayor producción y mejor calidad nutricional Con el mejoramiento genético de los vegetales, se espera conseguir: Mayor adaptación a diversos ambientes. Mejores características agronómicas (resistencia, desgrane, buena cobertura, etc.). Resistencia a plagas y enfermedades. Resistencia a la sequía, temperaturas bajas o altas, etc. Para incrementar la calidad de los productos se persigue: Alto valor nutritivo (proteínas y vitaminas). Mayor coloración, sabor y/o tamaño de los frutos. Resistencia al transporte y almacenamiento. Reducción de la cantidad de ciertas sustancias indeseables en los productos, etc.

3.3 Obtención de plantas clónicas para cultivos La clonación de vegetales en un proceso técnicamente sencillo debido a que los vegetales tienen la capacidad de generar (en condiciones muy especiales) todo un organismo completo a partir de pocas células completamente diferenciadas. Los pasos a seguir para la

obtención de plantas clónicas son: Se aíslan una o diversas células de cualquier parte de la planta (especialmente las hojas). Se cultivan en el laboratorio las células hasta que se desarrolla una planta adulta.

3.4 Obtención de "bioinsecticidas", animales y plantas capaces de destruir a otros.

3.5 Obtención de animales y vegetales transgénicos Animales

- obtención de órganos animales (cerdos) con genes humanos para no ser rechazados en trasplantes.- animales con carnes y huevos con menos colesterol y grasas- pollos sin plumas

Vegetales- resistentes a insectos: maíz y algodón con un gen que produce una toxina para orugas y escarabajos- resistentes a herbicidas: soja, algodón, maíz, resisten a altas concentraciones de herbicidas que se echan en los campos para erradicar malas hierbas- resistentes a condiciones ambientales: frío, sequía, alta salinidad, etc.

3.6 Biodegradación de residuos

Clonación de genes bacterianos productores de enzimas que degradan sustancias tóxicas o contaminantes (tratamiento de aguas residuales, transformación de desechos domésticos, degradación de residuos peligrosos y fabricación de compuestos biodegradables...), regeneran suelos y aguas contaminadas, etc..

3.7 Secuenciación de ADNSecuenciar ADNs es analizar la composición de un fragmento de ADN para saber qué genes tiene y qué producen esos genes; esto es lo que se está haciendo en el ProyectoGenoma Humano.

3.8 Terapias génicas Consisten en manipular genéticamente células enfermas para que ellas mismas puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la enfermedad: con la ayuda de un vector adecuado se introduce el gen correcto y se integra en el ADN de la célula enfermaLas enfermedades hereditarias provocadas por la carencia de una enzima o proteína son las más idóneas para estos tratamientos. Pero también aquellas en las que no importa demasiado el control preciso y riguroso de los niveles de la proteína cuya producción se pretende inducir mediante manipulación genética. Se trata normalmente de enfermedades monogénicas, originadas por la alteración de un único gen recesivo anómalo y en las que basta la mera presencia del producto génico para corregir el defecto.Una de las principales vías de investigación actuales es la de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas.

Cáncer: melanoma, riñón, ovario, colon, leucemia, pulmón, hígado, próstata... Fibrosis quística Hipercolesterolemia Hemofilia Artritis reumática Diabetes SIDA

4. VENTAJAS E INCONVENIENTES4.1 VentajasEl principal avance de la Ingeniería Genética consiste en la capacidad para crear especies nuevas a partir de la combinación de genes de varias existentes, combinando también por lo tanto sus características. Cultivos con genes de insectos para que desarrollen toxinas insecticidas o tomates con genes de pez para retrasar la marchitación, han dejado hace tiempo de ser ciencia-ficción para constituir una realidad en nuestros días.Permitir el cultivo de hortalizas en áreas desérticas hasta ahora estériles o aumentar el tamaño de los frutos cultivados son algunos de los adelantos que la utilización de este tipo de técnicas puede aportar a la Humanidad, con los logros que supone hacia la erradicación del hambre en el Mundo. Lo que no se ha definido todavía es cómo compatibilizar estos objetivos con los intereses económicos de las empresas de biotecnología que los desarrollan.

Gracias a la ingeniería genética, los científicos pueden hacer ciertas combinaciones entre genes de diferentes especies, para así solucionar problemas y mejorar el rendimiento económico-comercial de las explotaciones.

Se pueden buscar curas a enfermedades genéticas para que las nuevas generaciones nazcan más sanas.

Al tomate por ejemplo se le ponen genes antisentido (en sentido inverso a un gen concreto) para así retrasar el proceso de reblandecimiento.

Gracias a esto, la ciencia ha conseguido que se cultiven plantas con mayor tolerancia a la sequía o protegidos frente a virus.

En algunos cultivos, se han puesto genes de bacterias para que desarrollen proteínas insecticidas y reducir el empleo de insecticidas.

También se pueden insertar genes humanos responsables de la producción de insulina en células bacterianas para obtener insulina de gran calidad a bajo coste. Estas células pueden producir mucha cantidad ya que se reproducen a una gran velocidad.

4.2 InconvenientesLos expertos advierten que detrás de estas mejoras y nuevas aplicaciones se esconden también riesgos y peligros de notable importancia.Como sucede siempre, las desventajas provienen o pueden proceder del mal uso de las técnicas mencionadas, lo cual es motivo de preocupación por los riesgos e implicaciones que pueden derivarse. A ello ha dado respuesta el Comité Internacional de Bioética de la Unesco fijando unos objetivos que pueden concretarse en dos:a) evitar aspectos del progreso que atenten contra la dignidad humanab) que las posibilidades científicas no generen peligrosidad por falta de definiciones éticas.motivos ecológicos, sanitarios, morales, sociales, políticos... y en concreto se trata sobre todo de la salvaguarda de la dignidad y los derechos humanos, de no dar posibilidad a la discriminación social ni ideológica de evitar desastres ecológicos y de impedir el desarrollo o aparición de enfermedades que pudieran ser incontrolables.

Uno de estos peligros es el hecho de que detrás de los proyectos de manipulación genética están las compañías multinacionales muy preocupadas por el interés económico.

También pueden “contaminar” otras plantas no transgénicas. Pueden llegar a ser cancerígenas en el caso de ser consumidos por sujetos proclives o en un estado

inmunológico deficiente. No obstante esto es una hipótesis pero que muchos médicos que están en contra de los alimentos transgénicos lo afirman.

Puede producir alergias, algo que preocupa mucho a los productores de estos alimentos. Puede ser debida al material genético transferido, a la formación inesperada de un alérgeno o a la falta de información sobre la proteína que codifica el gen insertado.

TIPOS DE CLONACIÓNCLONACIÓN MOLECULAR

Este tipo de clonación es uno de los métodos más conocido. Se basa específicamente en extraer una parte del ADN y luego insertarlo en donde sea conveniente (precisamente un plásmido o algo en donde sea posible la clonación). A través de la clonación se pueden obtener múltiples copias de un ser vivo, gracias a la acción de la DNA polimerasa. Podemos especificar el hecho de que la clonación sirve para ampliar fragmentos cuyo contenido son los genes (esenciales para el análisis del subsecuente).Toda clonación debe seguir ciertos pasos para que ésta resulte efectiva:

Primero, está la fragmentación, en donde se retira un pedazo de ADN relativamente importante para poder contar con los genes necesarios para la clonación. Este proceso puede realizarse a través de la digestión con enzimas de restricción.Luego, encontramos la ligación, que es el proceso por donde se une el pedazo de ADN con un vector generalmente circular para que así se forme una secuencia para ser incubado. Es importante contar con la enzima llamada ADN ligasa para que ésta logre unirlos de buena manera.Tercero, la transfección. Aquí una vez unido el vector con el gen de interés setransfecta a una célula, es decir se incorpora en una célula para que ésta obtenga la información necesaria para que se cumpla la clonación.Para finalizar, encontramos la selección que es donde las células transfectadas se cultivan.

CLONACIÓN CELULARSe destaca este tipo de clonación debido a que de una sola célula se puede formar una cierta población de esta misma. Este proceso destaca porque su uso es a partir de aros o cilindros de clonación en donde a partir del procedimiento in Vitro se cultivan los distintos tejidos. Se utiliza un agente mutagénico para proporcionar la selección de las colonias y para que éstas sean expuestas a la célula de la cual se desea clonar. Los aros o cilindros de clonación sirven para recolectar las células clonadas para que crezcan en un mejor ambiente de protección.

CLONACIÓN DE ORGANISMOS

Este tipo de clonación tiene una característica fundamental; es un tipo de reproducción asexual en donde se reproduce o se forma una copia de un organismo ya existente con la misma formación genética. Las amebas son un ejemplo de esto, ya que solo existe un progenitor y la fecundación no existe.Los hongos también se reproducen asexuadamente.Hoy en día, encontramos la posibilidad de obtener un gemelo idéntico naturalmente o artificialmente. La manera de hacer esto es alterando el desarrollo embrionario o realizando una separación voluntaria de los blastómeros, debilitando las uniones celulares.

CLONACIÓN DE ORGANISMOS DE MANERA ARTIFICIALPodemos ver que en este tipo de clonación encontramos don tipos de células las cuales participan activamente en la clonación de manera artificial.La primera de ellas es la que dona su material genético (ADN) y la segunda es la que lo recibe, siendo ésta un ovocito que se encuentra en su meiosis II en el citoplasma y a la cual se le han retirado sus cromosomas. Todo se basa en que el citoplasma del ovocito receptor tenga las cualidades necesarias para reorientar el control genético de la célula donadora para poder crear el nuevo organismo. Al comenzar el proceso, mediante electrochoques se fusionan ambas células y estos mismos son los encargados de incitar al desarrollo de la nueva célula formada. Luego, esta es injertada en el útero de la hembra donde se le permite un ambiente apto para su crecimiento.Un ejemplo de este tipo de clonación es el de la oveja Dolly. El año 1996 fue un año de gran éxito científico debido a que se logró clonar una oveja. Para esto, se utilizaron 277 ovocitos, de los cuales solo uno tuvo éxito, llamándola Dolly.Lamentablemente, en Dolly se pudieron observar rasgos de envejecimiento prematuro, y murió a temprana edad. No se sabe bien la causa de esto, sin embargo se especula que al utilizar una célula del ADN de una célula adulta, la regeneración no es siempre la correcta y el clon nace con la edad correspondiente al organismo donante.

APLICACION DEL MAPEO GENICOEl mapeo génico nos permite conocer la relación de ligamiento entre genes es decir, la relación de proximidad o cercanía entre ellos. Dos genes estrechamente ligados se heredarán juntos. Caracteres de interés productivo se podrán seleccionar en forma indirecta mediante el gen de una enzima o proteína ligada a la característica de interés.Análisis de familias. Es un método que permite realizar el seguimiento de una característica heredable (enfermedad, característica productiva, reproductiva) mediante marcadores genéticos. Los marcadores se testan por segregación en sucesivas generaciones, realizando el seguimiento del o los alelos ligados al gen de interés. Estas familias son llamadas “familias de referencia”. En bovinos, se pueden realizar análisis de ligamiento en Centros de Transferencia de Embriones, donde se cuantifican los alelos en medias hermanas, o hermanos enteros creados por ovulación múltiple.¿A qué llamamos haplotipo?HAPLOTIPO: Llamamos así a la combinación de alelos de dos o más loci sobre un mismo cromosoma. Debido a cortas distancias físicas entre los loci, éstos pueden heredarse como una unidad.A nivel molecular un haplotipo corresponde a una región específica del genoma donde existen combinaciones de bases particulares identificadas como sitios de restricción por la técnica del RFLP, o polimorfismos de di o trinucleótidos (microsatélites).Sería: “un genotipo en miniatura”. Este concepto se ha extendido para describir la combinación particular de alelos o sitios de restricción que se encuentran en áreas definidas del genoma.Para conocer los grupos de ligamiento y asignar en él un nuevo marcador altamente Vpolimórfico, debemos utilizar el criterio de lo que es el LOD SCORE.Este se define como el log10 de la relación entre la probabilidad de que los datos obtenidos de los loci estén ligados frente a la probabilidad de que no estén ligados. Un LOD score >3.0 corresponde a una relación de 1000:1, a favor del ligamiento. Un LOD score de 4.0 presenta una probabilidad de error de solamente 1 en 200.

TIPOS DE MUTACIONESPuntuales y pseudopuntuales* Cambios de base_ Transiciones: Purina por purina y pirimidina por pirimidina_ Transversiones: Purina por pirimidina y pirimidina por purina* Desfases (cambio en el número)_ Deleción_ Inserción*Cromosómicas_ Deleciones_ Duplicaciones_ Inversiones_ TranslocacionesLas mutaciones pueden ser espontáneas mediante varios mecanismos diferentes, incluyendo errores de replicación del DNA y lesiones fortuitas de éste; o mediante mutágenos. Los mutágenos son agentes que MUTACIONES ESPONTÁNEASErrores en la replicación del DNA .Durante la síntesis del DNA puede producirse un error en la replicación porque se forme un emparejamiento ilegítimo de nucleótidos como A-C que da lugar a la sustitución de una base por otra.Cada una de las bases aparece en el DNA en una de varias formas llamadas tautómeros que son isómeros que se diferencian en las posiciones de sus átomos y en los puentes que se forman entre ellos. Esas formas están en equilibrio. La forma ceto es la que se encuentra normalmente en el DNA mientras que las formas imino o enol son menos frecuentes. La capacidad del tautómero menos frecuente de una base de emparejarse erróneamente y producir mutaciones durante la replicación del DNA fue puesta de manifiesto por primera vez por Watson y Crick. A estos emparejamientos erróneos se lesaumentan la frecuencia de mutagénesis, generalmente alterando el DNA y en este caso son inducidas. Llama cambios tautoméricos.También pueden ocurrir emparejamientos erróneos cuando una de las bases se ioniza, esto sucede con más frecuencia que los cambios tautoméricos.

TransicionesTodos los emparejamientos erróneos anteriores producen mutaciones por transición, en las que una purina es sustituida por otra purina y una pirimidina es sustituida por otrapirimidina. TransversionesNo pueden realizarse por emparejamientos erróneos como los debidos a cambios tautoméricos. Pero sí pueden realizarse si una base sufre un cambio tautomérico mientras que la otra base rota sobre su enlace glucosídico y quedan enfrentadas sus cargas. DesaminaciónEs una de las más frecuentes debido a la inestabilidad química, afectando gravemente a la replicación del ADN provocando transiciones. En este caso la base se modifica antes de la replicación debido a los radicales que provoca el metabolismo.La desaminación de citosina produce uracilo, así los resíduos de uracilo que no sean reparados se emparejarán con adenina durante la replicación produciendo la conversión de un par GC en uno AT, se produce una transición. Cambios de faseEstas mutaciones pueden ser inserciones o deleciones. Las inserciones se producen por un deslizamiento o "resbalón" de la cadena sintetizada con lo que se forma un lazo de varios pares de bases. En la siguiente ronda de replicación se añadirán tantas bases como comprenda el lazo ya que cuando se produce el "resbalón" sigue replicándose por donde se quedó antes del "resbalón".Las deleciones se producen por un deslizamiento o "resbalón" de la cadena molde, como las que hay que copiar no se pueden no se añaden a la caden hija.

DespurinizaciónEl ADN pierde de alguna manera alguna de sus bases y si hay un hueco la reparación introduce una base.La frecuencia de las mutaciones espontáneas es generalmente baja.

EFECTOS DE LOS CAMBIOSSe expresan cuando el gen pasa a su proteína correspondiente.Los efectos de los cambios pueden ser:_ Cambios de sentido: se cambia un aminoácido por otro_ Sin sentido: la mutación se produce porque se transforma en un codón de terminación._ Desfases: si hay una deleción de la base, la pauta de lectura cambia y se produce un gran cambio en la proteína y es muy grave._ Mutaciones silenciosas: son mutaciones sin efecto: UUU (Phe)---> UUC (Phe)_ El aminoácido que cambia es muy parecido y la proteína sigue funcionando.En eucariotas tienen un efecto muy grave ya que pueden provocar enfermedades, se dan sobre todo, cuando hay una deleción de 5.000 pb (pares de bases) que afecta a dos genes y producen la enfermedad como problemas respiratorios de inteligencia.

MUTACIONES INDUCIDASExisten puntos de un gen donde la mutación es más frecuente se llaman PUNTOS CALIENTES. Al genotipo silvestre o salvaje se le utiliza como patrón y en el que se produce la variación se le llama mutante.Una estirpe mutante puede cambiar a otra y luego volver a la inicial, a esto se le llama regresión. Los mutantes se inducen con mutágenos que son de varios tipos y cada uno induce una mutación distinta, aunque suele ser al azar.Los mutágenos son de varios tipos:

Mutágenos QuímicosAnálogos de bases:Algunos compuestos químicos son suficientemente parecidos a las bases nitrogenadas normales del DNA para, ocasionalmente, incorporarse a éste en lugar de las bases normales, tales compuestos se llaman análogos de bases. Una vez en su sitio tienen propiedades de emparejamiento distintas de aquellas a las que han sustituido, de este modo, causan mutaciones al provocar que, durante la replicación, se inserten frente a ellas nucleótidos incorrectos. El análogo de base original sólo están en una cadena sencilla pero puede provocar el cambio de un par de nucleótidos que se replica en todas las copias de ADN descendientes de la cadena original. Ejemplos son: 5- bromurouracilo, 2-aminopurina.Modificadores de bases:_ Acido nitroso: provoca una desaminación que modifica las bases C-->U, G--->X, con lo que se produce un apareamiento erróneo._ Hidroxilamina: provoca una transición de G-->A y se da principalmente en bacterias._ Agentes alquilantes: introducen grupos alquilo a las cuatro bases en muchas posiciones, produciendo transiciones, etilmetanosulfonato y la nitrosoguanidina._ Agentes intercalantes: son moléculas planas que imitan pares de bases y son capaces deddeslizarse entre las bases nitrogenadas apiladas en el núcleo de la doble hélice, mediante un proceso de intercalación. En esta posición el agente puede producir deleciones o deleciones de un par de nucleótidos. Algunos agentes intercalantes son: proflavina, naranja de acridina y ICRs. Pérdida del emparejamiento específico:Un gran número de mutágenos dañan una o más bases, haciendo imposible el posterior emparejamiento específico. El resultado es un bloqueo en la repliación, puesto que la síntesis del DNA no sigue más allá de una base que no puede especificar una complementaria mediante puentes de hidrógeno. Este fallo es replicado por el mecanismo SOS.

RadiacionesUV que producen dímeros de timina, rayos X y las radiaciones gamma que rompen el DNA.

ConclusiónEl PGH es uno de los proyectos más importantes, si no el más importante de todos los tiempos en la investigación biomédica. Es fundamental un emprendimiento que apunta a desarrollar herramientas para el estudio de la biología y la medicina. Esta herramienta refleja un recurso informativo en la forma de mapas de secuenciamiento, físicos y genéticos del genoma, y de algunos organismos modelo, así como un número creciente de experimentos tecnológicos que se están volviendo tecnología estándar en el arsenal de la investigación biomédica. A este respecto, una excitante “revolución genética” ha comenzado y está cambiando permanentemente el modo en cómo se desarrolla la investigación.La nueva y poderosa información genética está posibilitando a los investigadores resolver complejos problemas relacionados con la enfermedad, el desarrollo y la evolución que eran previamente inabarcables. El mapeo directo del PGH en la clínica médica está casi realizado, con la aceleración dramática en la identificación de los genes de la enfermedad humana y el desarrollo continuo de nuevos intentos para analizar el ADN del paciente. Finalmente, el verdadero legado del PGH será proveer a las futuras generaciones de científicos y clínicos la “huella genética humana” que les permitirá definir mejores bases genéticas de la enfermedad y el uso de esa información para diseñar terapias más efectivas.

El Proyecto Genoma Humano (PGH) nació con el fin de localizar, identificar, conocer la secuencia de nucleótidos y la función de los genes que componen el genoma humano.En el año 2003 se completó la secuencia de todo el genoma humano. Aunque no se conoce la función de todo él su estudio ha proporcionado cinco conclusiones básicas:1. No existe relación entre la complejidad de un organismo y su número de genes. El número de genes de la especie humana es similar al de especies con genomas más pequeños.2. Compartimos genes con otros organismos, incluidas las bacterias.3. El 99,99% de la información genética es igual en todos los humanos.4. Un gen puede dar lugar a varias proteínas.5. La mayor parte del ADN está constituida por secuencias repetitivas, interrumpidas o de las que se desconoce su función.

Todas las investigaciones acerca del genoma humano tienen gran importancia especialmente para reconocer, ubicar y hallar una solución a aquellas alteraciones que puedan presentarse en nuestros genes, de esta manera poder prevenir muchas enfermedades genéticas.