Lo básico acerca de los virus

    Los virus son uno de los patógenos más ampliamente esparcidos en la naturaleza y son los causantes de múltiples enfermedades y por ello son de gran interés tanto para los investigadores en el área de la medicina y de la farmaceútica como para el público en general. Podemos describir a los virus como pequeños (la mayoría de ellos se encuentran entre los cinco a doscientos nanómetros) agentes infecciosos los cuales son incapaces de multiplicarse por sí solos y requieren de una célula o bacteria anfitriona para poder multiplicarse, además de ello los virus no realizan procesos metabólicos por sí mismos (no pueden generar ATP ni pueden realizar el proceso de transcripción ya que no cuentan con ribosomas) y por ello algunos consideran que no son agentes vivos aunque esto se encuentra en debate. Las partículas individuales virales son llamadas viriones y su estructura se basa en una especie de cápsula protéica (llamada cápside) la cual está formada por unidades de proteínas llamadas capsómeros y contiene el material genético del virus el cual puede ser tanto ARN (el cual está presente en la mayoría de los virus) y el ADN (como el virus que causa la viruela). Además de contar con la cápside que recubre los ácidos nucléicos que codifican la información genética del virus, algunos virus cuentan con una estrucutura que los envuelve llamada envoltura vírica la cual está presente mayormente en virus animales y proviene de la membrana plasmática de la célula anfitriona y tiene la capacidad de hacer que el virus no sea detectado por el sistema inmune. Todos los virus poseen una proteína de unión la cual se encuentra ubicada en su superficie y ayuda al virus a unirse a la célula anfitriona antes de entrar completamente a ella. 

Ilustración de la estructura del virión del VIH donde se puede observar el ARN viral, la cápside que lo recubre y la membrana lípidica que lo envuelve. Imagen: NIAID.

     Uno de los conceptos clave en la comprensión del funcionamiento de los virus es el ciclo que emplean para adentrarse en una célula y su replicación. Primero se debe resaltar que los virus son bastante específicos y cuentan con un número limitado de células que pueden ser anfitrionas y además requieren unirse e invadir específicamente a ciertos lugares receptores. El primer paso es la unión del virus a la célula en un proceso el cual es conocido como adsorción en el cual el virus se une firmemente a la célula anfritiona empleando la proteína de unión y una enzima viral abre un hueco en la superficie de la célula permitiendo al virus introducir su información genética dentro de del citoplasma de esta., ya dentro de la célula el virus empieza a tomar los procesos metabólicos de la célula para lograr multiplicarse, para ello el virus realiza procesos de síntesis de ARNm el cual participa en el proceso de transcripción y traducción creando proteínas virales para lograr replicar el genoma viral. Después de lograr tener todos los elementos que se requieren para iniciar la replicación todos los elementos que van a formar las réplicas del virus se acumulan dentro de la célula realizando un proceso de ensamblaje (el cual ocurre de forma automática y espontánea y comúnmente toma de veinte a cuarenta minutos para completarse) de las nuevas partículas de virus y por último ocurre un proceso llamado lisis en el cual un tipo de enzima producida durante el proceso de infección llamada lisina rompe la membrana celular con la finalidad de liberar a los virus que fueron creados durante el proceso anterior y que pueden infectar a otras células sanas.

Imagen detallando el proceso de replicación de un virus desde su unión a la célula hasta la liberación de los virus después de la lisis. Imagen: Wikimedia Commons.

   Debido a la naturaleza compleja de su proceso de multiplicación y su capacidad de entrar al interior de la célula, los virus son más difíciles de combatir que otros patógenos. Uno de los mayores retos a la hora de tratar un virus es el combatirlo sin causar daños a la célula infectada, además de ello, los virus no pueden ser tratados con antibióticos lo cual complica aún más su tratamiento. Las formas para combatir los virus que se emplean actualmente son las vacunas que otorgan inmunidad para combatir un virus en específico y los antivirales los cuales emplean varias técnicas de inhibición para lograr frenar el avance y la multiplicación del virus dentro del organismo. Aún así, estas dos formas presentan grandes limitaciones ya que son de naturaleza específica y no pueden combatir a nuevas cepas de virus y no siempre tienen efecto. La lucha contra los virus todavía sigue en pie y por ello se debe seguir investigando para encontrar formas más efectivas y seguras de combartirlos.
    Los virus son un tema muy amplio y aquí sólo he cubierto lo más básico sobre ellos. Si desean aprender más a profundidad les recomiendo ver los vídeos en español realizados por el profesor Vincent Racaniello de la Universidad de Columbia de su clase de virología. Espero que les haya gustado el artículo.

Técnicas y herramientas de la ingeniería genética

  Hola a todos los lectores, me siendo muy agradecida por todo el apoyo que ha recibido mi blog el cual ya ha superado las dos mil visitas, espero poder esforzarme más y cada vez escribir contenido de mayor calidad y valor educacional. Sin más preámbulo les dejo mi artículo continuando con el tema ganador de la ingeniería genética.
  La ingeniería genética es considerada una de las ramas nuevas más importantes de la biología y es uno de los temas de investigación más revolucionario de los últimos tiempos, y aunque muchas personas están familiarizadas con el concepto, las técnicas, herramientas y métodos que emplean los ingenieros genéticos para hacer su trabajo son desconocidas para muchos. En el campo de la ingeniería genética existen muchas herramientas y técnicas cuyo rango y utilización es variado más todas cumplen con la finalidad de ayudar que el código genético sea analizado y manipulado. Podemos definir las siguientes:

• Reacción en cadena de las polimerasas: La reacción en cadena de las polimerasas (PCR) es una técnica ampliamente utilizada en el campo de la ingeniería genética y emplea la habilidad de la ADN polimerasa la cual es un tipo de proteína que se encarga de copiar la secuencia de ADN de una célula antes de que ocurra el proceso de mitosis con la ayuda de partidores (los cuales son secuencias cortas de ADN y sirve de punto inicial para la adición de nucleótidos) de los cuales se conecta y empieza a añadir nucleótidos para construir la nueva cadena. Con respecto a su uso en la ingeniería genética es empleada para la amplificación y el copiado de cadenas de ADN, se emplea una máquina en la cual se coloca una mezcla de nucleótidos libres, ADN polimerasa y partidores y la máquina se encarga de subir (para lograr el proceso de denaturalización) y bajar (para permitir el alineamiento) la temperatura con la finalidad de separar las cadenas dobles de ADN  para que los partidores sean alineados o se unan con el ADN para que luego la ADN polimerasa inicie el proceso de copiado. Tras la finalización de este proceso cada molécula de cadenas dobles de ADN consiste de una cadena de la muestra original y una cadena resultante del proceso de copiado.

La PCR requiere de marcadores, nucleótidos libres,ADN polimerasa y cambios de temperatura para lograrse. Imagen:Wikimedia

• Clonación molecular: La clonación molecular es un proceso en el cual se busca la obtención de fragmentos deseados del genoma, su finalidad es la obtención y manipulación de ciertos genes. Este proceso emplean una moléculas circulares de ADN llamadas plásmidos (que son fragmentos extracromosómicos de ácidos nucléicos lo cuales se encuentran en el citoplasma de algunas procariotas y son utilizados en la ingeniería genética debido a la facilidad que dan para introducir ADN foráneo) los cuales se replican independientemente del ADN cromosomal. En el proceso de clonación molecular los plásmidos son empleados como vector y son introducidos en un microorganismo vivo para su proliferación y luego son recolectados para su uso. La clonación molecular es una de las técnicas de mayor uso ya que permite replicar cadenas de ADN y se emplea en múltiples áreas de la ingeniería genética.

• Proceso del ADN recombinante: El ADN recombinante es una técnica la cual se asemeja a la reacción en cadena de la polimerasa y permite replicar una secuencia específica de ADN más involucra un microorganismo receptor al cual se le introduce un vector el cual contiene el gen de interés. Su proceso consiste en seleccionar y elegir la secuencia deseada, insertar esta secuencia en un vector clonado en el cual se crea el ADN recombinante, a su vez este vector es introducido en un microorganismo vivo en el cual se multiplicará, por último se seleccionan los organismos que contienen el ADN recombinante y la obtención del material biológico deseado. En la mayoría de los casos el microorganismo empleado es la bacteria E.coli y el vector empleado es un plásmido. Los plásmidos que contienen ADN foráneo son llamados moléculas de ADN recombinante.
  

• Endonucleasas de restricción: Las endonucleasas son un tipo de enzimas las cuales se encargan de restringir la replicación de organismos externos como virus o bacterias para proteger a la célula cortando el ADN de estos. Las endonucleasas tienen varios tipos especializados los cuales tienen la capacidad de reconocer un tipo de secuencia específica de ADN (llamada secuencia de restricción) y cortan en este lugar específico. Las endonucleasas de restricción son de alta utilidad cuando se necesita modificar una secuencia de ADN y participan en el proceso de asimilación entre el vector y el ADN foráneo y por ello son de amplio uso en el campo de la ingeniería genética y están disponibles a nivel comercial.

• ADN ligasas: Las ADN ligasas también son un tipo de enzimas las cuales tienen la capacidad de unir polinucleótidos por medio de la catalización de enlaces fosfodiéster (proceso conocido como ligación) y ayuda a la célula a reparar cadenas de ADN. Este proceso es empleado en la creación de ADN recombinante y en otros procesos de la biología molecular.

• Fosfatasa alcalina: La fosfatasa alcalina es un tipo de enzima que tiene la capacidad de eliminar grupos fosfatos mediante un proceso conocido como desfosforilación. Esta enzima es empleada para evitar la ligación indeseada durante el proceso de clonación y permite la introducción de ADN foráneo por medio del uso de la ADN ligasa.

Lista de algunas de las enzimas empleadas en la ingeniería genética. Foto: Biology Discussion

• Transcripción inversa: La transcripción inversa se refiere a un proceso en el cual en el citoplasma se genera una cadena de ADN complementario (ADNc) a partir de una cadena de ARN y es un proceso utilizado como una respuesta retroviral. En la ingeniería genética usualmente se emplea este proceso junto a la reacción en cadena de la polimerasa para facilitar la clonación de algunos genes.

• Electroforesis: La electroforesis es un proceso en el cual se emplea electricidad para separar moléculas de ADN de acuerdo a su tamaño. Ya que las moléculas de ADN están cargadas negativamente debido a la existencia del grupo fosfato se emplean electrodos con carga positiva para que migren de su posición original, aquellas moléculas más pequeñas migrarán más que las de mayor tamaño. Este método es ampliamente utilizado, incluso es empleado en el proceso de captar huellas digitales.

• Selección asistida por marcadores: La selección asistida por marcadores es un proceso el cual se eligen los progenitores para obtener un individuo con ciertas características de acuerdo a los marcadores del código genético de los progenitores. Esto se logra por medio del empleo de una elección indirecta donde se selecciona una característica no por ser esa característica específica sino por los marcadores que esta posea, los marcadores se encuentran en el mismo cromosoma que los genes por lo cual son transmitidos por medio de la herencia tradicional por ello la presencia de los marcadores permite a los científicos determinar si el gen específico se encuentra y puede ser transmitido a la siguiente generación. Esta técnica es empleada ampliamente en el área de la agricultura ya que permite obtener características deseadas sin tener el riesgo de la selección tradicional por fenotipo ya que esta no garantiza que dicho gen pueda ser transmitido para la siguiente generación.

• Sonda de hibridación: El proceso de hibridación del ADN consiste en la separación de la doble cadena de dos moléculas de ADN de diferente origen (por el proceso de denaturalización a altas temperaturas) y su posterior alineamiento (el cual ocurre cuando se reduce la temperatura) en el cual una de las dos cadenas de ambas moléculas se combina con la cadena de la otra molécula lo cual resulta en dos moléculas de ADN híbrido. Para que este proceso sea posible ambas moléculas de ADN deben de ser homólogas (deben contar con secuencias de nucleótidos similares o idénticas) para que se pueda realizar el proceso de hibridación. Las sondas de hibridación son empleadas para la detección de secuencias de nucléotidos con las cuales se puede realizar el proceso de hibridación, la sonda se marca con marcadores moleculares de naturaleza fluorescente o radioactiva para detectar el inicio del proceso de hibridación. En la ingeniería genética esta técnica es utilizada para detectar secuencias de nucleótidos específicas.

• Bloqueo de genes: El bloqueo de genes es una técnica por la cual se logra un cambio permanente en el ADN el cual suprime completamente la función de un gen, esto se logra por medio del uso de varias técnicas de manipulación genética para lograr sustituir el gen funcional encontrado en el locus por un gen modificado que sea no funcional. Esta técnica es empleada para el estudio y análisis del funcionamento de genes específicos y sus diferencias en organismos no modificados. 

   Estas son tan sólo algunas de las técnicas y herramientas de mayor uso, existen grandes variedades de métodos los cuales son aplicados de acuerdo al tipo de organismo que se desee modificar o al resultado o prueba que se desee obtener o realizar. En ocasiones se combinan varios de estos métodos entre sí y con otras técnicas más tradicionales como la selección por fenotipo y la hibridización para lograr diferentes resultados Todos ellos son empleados en campos tan diversos como la medicina, la agricultura, la terapia génica y la ciencia forense con igual variedad de objetivos y resultados y por ello se consideran de alta importancia para la ingeniería genética.

  Considero que este artículo ha representado un reto para mí ya que existe una gran variedad de técnicas y herramientas de la ingeniería genética y es difícil explicarlas todas en un solo artículo. Para mayor información pueden visitar este artículo de Biology Discussion donde pueden encontrar información sobre las técnicas y herramientas de la ingeniería genética molecular. Por último lo invito a seguir mi colección La Biología y sus ramas donde postearé los artículos del blog, vídeos y otros artículos e información que utilizo de referencia.