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.

Genética cuantitativa

  Podríamos definir la genética cuantitativa como el estudio de los caracteres cuantitativos, estos son mucho más complejos que los que hemos estudiado anteriormente (cualitativos) los cuales afectaban una característica muy específica en vez en los cuantitativos intervienen gran variedad de genes y por ende tiene diferencias de grado. Un ejemplo sencillo de caracter cuantitativo sería el peso que varía en varios espectros. Los caracteres cuantitativos se dividen en tres tipos:

• Caracteres continuos: Pueden tomar un valor cualquiera entre dos límites.
• Caracteres merísticos: Sus fenotipos son expresados en números enteros.
• Caracteres umbral: Pueden estar presentes o no.

       En el cuadro comparativo se resumen las diferencias entre la genética cualitativa y la cuantitativa:

Genética cualitativa	Genética cuantitativa
Caracteres de clase. Variación discontinua, diferentes clases fenotípicas. Efectos patentes de un solo gen. Genes mayores. Se estudian apareamientos individuales y su progenie. El análisis es por medio de cálculos de proporciones y relaciones.	Caracteres de grado. Variación continua. Las determinaciones fenotípicas muestran un espectro o gama. Control poligénico, los efectos de los genes individuales son difícilmente detectables. Genes menores. Se estudian poblaciones y todos los tipos de cruzamientos. El análisis es de tipo estadístico, proporcionando cálculos aproximados de los parámetros de las poblaciones.

¿Te gustaría saber si tienes una enfermedad genética?

  La primera vez que Michael Downing escuchó sobre la miocardia hipertrófica fue cuando su padre murió súbitamente a los 44 años. "Pensamos en que sería genético y aquellos que se parecían más a mi madre se sintieron más aliviados que quienes tenían más coincidencias con mi padre".

  Pero no fue hasta que uno de sus hermanos murió en 2003, que el resto de la familia decidió hacerse una prueba genética. Michael era de los que se parecía a su madre, y salió positivo.

La miocardia hipertrófica es una enfermedad en la que una parte del corazón está más gruesa y puede causar la muerte súbita en cualquier grupo de edad.

  "Uno no lidia con una noticia así, sencillamente la recibe. Ésa es la cuestión de los diagnósticos genéticos, que tienen dos peculiaridades: la primera es que nada cambia, pues se trata de un trastorno que tienes desde que naces, y la segunda es que -en mi caso- no tenía ninguno de los síntomas clínicos de la enfermedad", le cuenta al programa Health Check de la BBC.

  Hoy en día, los avances de la ciencia han permitido identificar cada vez más genes mutantes que causan enfermedades. El profesor de genética clínica de la Universidad de Newcastle, John Burn, explica que existen unas 7.000 enfermedades genéticas, de las cuales han encontrado la mutación de aproximadamente un cuarto de ellas.

  El problema es que no para todas hay tratamiento. Y enterarse de que uno es portador de una mutación potencialmente mortal para la que no hay cura, puede tener un impacto tanto en la identidad de la persona, como en los planes de futuro.

  Tal es el caso de Kate, en cuya familia hay muchos casos de Alzheimer. Pero ella prefiere no hacerse la prueba de ADN."Tengo un 50% de posibilidad de tener (el gen). Descubrir que no lo llevo sería increíble, pero saber que lo tengo sería como una sentencia de muerte", le explica a la BBC.

Cuestión personal

  "Se trata de una decisión muy personal, algunas personas necesitan saberlo, mientras que otros sienten que no sabrían lidiar con la noticia" John Burn, Universidad de Newcastle

  El especialista Burn entiende la situación de Kate.

  "Se trata de una decisión muy personal, algunas personas necesitan saberlo, mientras que otros sienten que no sabrían lidiar con la noticia", señala.

  John dice ser de aquellos que le gusta enterarse de las cosas, ya sean buenas o malas. No obstante, enterarse de que era portador del gen que ocasiona la enfermedad del corazón le hizo pasar por un periplo que algunos considerarían innecesarios. Para evitar morir súbitamente, se sometió a varias operaciones, no siempre exitosas. Le terminaron colocando un desfibrilador portátil que actúa en el momento que se produce un paro cardíaco.

 

  "Descubrí que la práctica clínica es un gran riesgo, algo que no entendí bien cuando recibí el diagnóstico genético", cuenta."Al parecer, estos síntomas son muy difíciles de leer en una etapa temprana, y tarde me enteré que si me hubieran hecho pruebas clínicas, nunca me hubieran diagnosticado la enfermedad", agrega.

  Ahora, por haberse sometido a tantas operaciones, su corazón ha quedado débil y de todas formas debe llevar el desfibrilador.

"Quiero pensar que hace 10 años tomé la decisión correcta con la información que había en ese momento. Así que no me arrepiento de nada", aclara Michael.

  Quizás uno de los problemas que hay con el diagnóstico genético de las enfermedades es que la medicina no está preparada para tratarlas en etapas tan tempranas. La mayoría de los procedimientos que existen en la actualidad es cuando ya aparecen los síntomas.

Uno de los tratamientos preventivos es al que se someten muchas mujeres portadoras de alguna de las variantes del gen mutante BRCA, causante del cáncer de mama hereditario y de ovarios.

Prevención

  Hay algunas prevenciones éticas sobre el uso de examenes genéticos para predecir enfermedades.

   Amy Boesky, profesora de literatura de la Universidad de Boston, en EE.UU., publicó una recopilación de testimonios de personas que viven con algún gen mutante en el libro The Story Within.

  Ella también tuvo que tomar la difícil decisión de someterse a un tratamiento para evitar el destino de muchas mujeres en su familia, incluída su madre: cáncer de mama. Y se sometió a una mastectomía y una histerectomía. La decisión la tomó cuando la prueba de ADN no estaba del todo desarrollada. Ahora, con sus hijas de 20 años, quiere someterse a una.

Un resultado negativo, aunque sería un alivio, significaría que no tenía por qué someterse a dos intervenciones tan complicadas. Pero, como ella lo explica a la BBC, no se arrepiente de la decisión porque "llevar una mutación del gen tiene implicaciones que quizás todavía no sepamos".

  Tanto Michael como Amy podían tomar decisiones sobre el diagnóstico que recibieron. La razón por la que Kate prefiere no saber si es portadora del gen que causa el Alzheimer es que no hay cura.

  "(Si la hubiera) cambiaría mi vida. Actualmente no estoy casada, ni tengo hijos, pero esas decisiones están influenciadas por la posibilidad de que puedo tener la enfermedad".

  John Burn considera que si bien la práctica médica quizás no avanza al mismo ritmo que la investigación genética, hoy es una ventaja poder secuenciar con cierta rapidez el genoma y cada vez descubrir más genes que causan las enfermedades. 

  "El peligro es que las personas pueden terminar sometiéndose a todo tipo de exámenes", advierte. "Tenemos que tener cuidado con nuestra intención de vivir más, porque puede ocurrir que a la gente no le parezca eso, debido a la intervención genética".

  Burn habla de un futuro en que en el sistema sanitario esté incluido la secuencia del genoma. Un panorama quizás mucho más cercano para los países desarrollados y algo más parecido a la ciencia ficción -o de costos prohibitivos- en las regiones en desarrollo.

  Fuente: BBC Science.

  Un artículo súper interesante y a su vez polémico. ¡Comenta tu opinión!

Definición de términos de la Genética más juego didáctico

 La genética es una rama llena de términos específicos, por ello en esta entrada los definiremos de manera más dinámica por medio de un juego clásico: la sopa de letras. Primero, intenta buscar cuántos términos relacionados con genética encuentras en esta sopa de letras (son diez, en total) y, como pista, los hemos utilizado casi todos en entradas anteriores.

  ¿Has logrado encontrar las diez? ¡Felicidades! Y si no, aquí podrás encontrar todas listadas con su respectiva información al respecto.

• Genética: Es una especialidad de la biología que estudia todo lo relativo al código genético de los seres vivos y su origen, además de todo lo que ha llevado a que este sea de tal manera. Está relacionado tanto con la medicina como con la farmacéutica y la zoología. Más información relacionada se encuentra en una entrada anterior.
• ADN: Es una molécula de alta complejidad que contiene toda la información genética del individuo y tiene como función resguardar esta y transmitirla a la descendencia del ADN. Para más información sobre sus funciones se encuentra esta entrada y para mayor información sobre su estructura tenemos esta entrada sobre los trabajos de James Watson y Francis Crick sobre el ADN.
• ARN: Es una molécula algo similar al ADN pero de menor complejidad encontrada en el citoplasma y en el núcleo de la célula formada por una sola cadena de nucleótidos y, a diferencia del ADN, contiene el azúcar ribosa. El ARN en sí no contiene información genética (su función está relacionada con la síntesis de proteínas) más el uso de uno de sus tipos (ARN mensajero) está muy arraigado en las técnicas de la genética moderna como vemos en esta entrada.
• Genetista: La carrera de genetista viene estrechamente relacionada con la medicina. Esta especialidad enfocada en la genética individual, indaga sobre el código genético del individuo, sus mutaciones, su flujo genético y muchos otros aspectos relacionados con el genoma. Es una carrera en auge, ya que existen muchos nuevos estudios que requieren de genetistas como el ya finalizado Proyecto Genoma Humano y la genética de conservación que busca proteger la diversidad genética de los seres vivos del planeta. Más información sobre la carrera en esta entrada.
• Cromosomas: Son los bloques básicos de la vida, por ponerlo de una manera. Contienen al ADN y está formado por dos cromátidas, que son dos cadenas iguales de ADN unidas por el centrómetro. El número de cromosomas variará dependiendo de la especie, evidenciado que todas las especies tienen un código genético diferente, el ser humano posee 23 de estos pares en cada célula somática, más en las células reproductivas este número se reducirá por la mitad (23 cromosomas solos por cada célula) para dar paso a la herencia, es decir, la mezcla de los genes de los progenitores.
• Genes: Es la unidad hereditaria esencial de los seres vivos. Son pequeños pedazos de ADN que, según su composición, cumplen una función específica, como por ejemplo el gen del color de cabello o el gen del desarrollo de los dientes. Los genes contienen toda la información del individuo, de dónde proviene, cómo funciona y cómo se desarrollará en un futuro. Todos los seres vivos contienen genes diferentes, incluyendo a los humanos y estos dependerán de la herencia, de los factores externos y las mutaciones.
• Clonación: Se refiere a la creación de un clon. Un clon es un organismo, que partiendo de un organismo ya existente, tiene su misma información genética y tendrá las mismas características que este organismo anterior. La clonación artificial es un tema bastante polémico y a su vez complejo y es uno de los principales temas en el mundo científico actual. Más sobre la clonación aquí.
• Aminoácido: Son las unidades básicas de las proteínas que forman su estructura básica. Están conformados por tres bases nitrogenadas cada uno mediante la síntesis de proteínas (proceso donde el ADN es copiado y traducido por el ARN para la creación de los aminoácidos).  Existen más de veinte tipos de aminoácidos diferentes.
• Genotipo: Es el nombre dado al código genético de cada individuo recopilado en su ADN. El genotipo determinará las características físicas, biológicas y químicas del individuo (llamadas fenotipo) de acuerdo a su configuración específica. Todos los seres vivos poseen genotipos completamente diferentes, por ende no son iguales, y allí radica su importancia, en darle diversidad a la vida y en guardar este código para su transmisión a futuras generaciones.
• Herencia: Es la transmisión de características de los progenitores a los hijos mediante los genes. Existen varios tipos de herencia, la más relevantes siendo la mendeliana y la ligada al sexo, que estudian el porqué de las características de cada individuo y la transmisión individual de cada una de estas.

 Y como tarea, ver este vídeo. ¿Te ha gustado el juego? ¿Las has encontrado antes de ver las respuestas? ¡Comenta!

Introducción a la genética

La genética como ciencia nace con el re descubrimiento en 1900 de los trabajos de Gregor Mendel con respecto a la herencia y sus observaciones en la planta de arvejas, y tomando estos experimentos como base se empezó a expandir la curiosidad científica mundial y con ello se lograron nuevos hallazgos y aclaraciones de sobre cómo funcionaba la repartición de caracteres físicos, bioquímicos e incluso del comportamiento (como sabemos actualmente por medio de la unión de los cromosomas somáticos y sexuales provenientes de los padres) y otros tipos de herencia, como la ligada al sexo, siendo actualmente la genética una de las ramas de la biología más crecientes.

En sí, la genética busca el porqué de las características de cada ser vivo, de dónde provienen, las mutaciones por las cuales existe y los genes que en esta influyen.

Para colocarlo de manera sencilla: es como observar en tu árbol genealógico, donde puedes ver que la mayoría de tus familiares directos comparten tu color de cabello,ojos, piel y otros rasgos y que aquel primo pelirrojo no es más que el producto de una mutación y el porqué seria el hecho de que su padre era portador de este gen recesivo. Fácil ¿no?