Biotecnología (Julio y Carmen)

Manipulando los genes uno a uno: Biotecnología

La Biotecnología se define como un área multidisciplinaria, que emplea la biología, química y procesos varios, con gran uso en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, ciencias forestales y medicina.
La biotecnología, comprende investigación de base y aplicada que integra distintos enfoques derivados de la tecnología y aplicación de las ciencias biológicas, tales como biología celular, molecular, bioinformática y microbiología marina aplicada. Se incluye la investigación y desarrollo de sustancias bioactivas y alimentos funcionales para bienestar de organismos acuáticos, diagnóstico celular y molecular, y manejo de enfermedades asociadas a la acuicultura, toxicología y genómica ambiental, manejo ambiental y bioseguridad asociado al cultivo y procesamiento de organismos marinos y dulceacuícolas, biocombustibles, y gestión y control de calidad en laboratorio.

 La manipulación de genes es la capacidad de añadir un nuevo ADN o modificar uno ya existente en un organismo. De esta forma, se consigue tener nuevas características en la especie que naturalmente no existen. Probablemente el caso más conocido sean los alimentos transgénicos, pero existen muchas más opciones.

La biología molecular había alcanzado un desarrollo espectacular: se conocía la maquinaria básica de la vida y se empezaba a entender como se regulaban los genes.
Había llegado el momento de intervenir sobre la información genética. Así, la invención de la tecnología del ADN recombinante, denominada ingeniería genética o clonación molecular, permitió al ser humano diseñar por primera vez moléculas de ADN que no existían en la naturaleza.


Herramientas de la biotecnología
Las herramientas usadas para manipular el ADN se emplean con distintos fines

• Las enzima de restricción, para cortar el ADN en secuencias específicas.
• La ADN ligasa  para pegar fragmentos de ADN que ha sido cortadas por las enzimas anteriores.
• Los plásmidos son pequeñas moléculas circulares de ADN, se encuentran en el interior de las bacterias.
• Por último, se desarrollo un método para introducir plásmidos en el interior de la bacteria llamado transformación.

Boyer y Cohen llevaron a cabo el primer experimento de ingeniería genética o clonación de un gen, al introducir genes de una bacteria, mediante un plásmido, en otra bacteria.
Más tarde lograron introducir un gen humano en una bacteria consiguiendo la reproducción de ese gen y su traducción en proteínas humanas.

La fabricación de proteínas

Las proteínas son moléculas complejas compuestas de una cadena de aminoácidos. Todas las células del organismo necesitan proteínas para permanecer vivas, pare reparase y para sustituir a las células muertas. Pero la proteína no sólo se utiliza para la reparación y reproducción celular, también ayuda a crear anticuerpos que combaten las enfermedades, forman enzimas que desencadenan reacciones químicas y coordinan muchos procesos del cuerpo (como la regulación de las hormonas, por ejemplo).En 1976 nació una nueva industria: la biotecnología. A partir de entonces el ADN ya no solo interesaba a lo biólogos si no también a industrias muy diversas y de gran importancia económica
El primer producto que se comercializó fue la insulina humana, la producción de estas en el interior de bacterias permitió prescindir de las insulinas de cerdo o vaca que utilizaban los diabéticos y que podían causar problemas relacionados con reacciones inmunológicas adversas.

Proteínas recombinantes comercializas por la industria farmacéutica:

• El interferón humano: para el tratamiento de la esclerosis múltiple.
• La hormona de crecimiento: para tratar el enanismo hipofisiario
• La ADN polimerasa I para el tratamiento de la fibrosis quística
• Vacunas: como las de la hepatitis B
• En la industria alimentaria podemos citar:

         -La quimosina
         -La somatotropina bovina y la hormona de crecimiento bovina

• En la industria de detergente podemos destacar:

        -La lipolasa
       -La subtilisina

La reacción en cadena de la polimerasa

La reacción en cadena de la polimerasa es una técnica que ha desempeñado un papel esencial en el avance de la genética. Fue desarrollada del 1983 hasta 1986 por Kary B. Mullis.
La técnica permite amplificar rápidamente muestras de ADN a partir de un muestra muy pequeña; por ejemplo una sola secuencia.

Para realizar la técnica se necesitan:

• Los 4 desoxirribonucleótidos-trifosfato (dNTP), sustratos para polimerizar nuevo ADN.
• Dos cebadores o iniciadores, oligonucleótidos que son, cada uno, complementarios a una de las dos hebras del ADN. Son secuencias cortas, de entre seis y cuarenta nucleótidos, normalmente de dieciocho a veintidós, que permiten que la polimerasa inicie la reacción. Deben estar enfrentados y no a mucha distancia. Delimitan la zona de ADN a amplificar, es decir, corresponden a los nucleótidos que definen los extremos de la secuencia que se desea replicar.
• Iones divalentes. Se suele usar magnesio (Mg2+), agregado comúnmente como cloruro de magnesio (MgCl2), o algún otro catión divalente. También se puede emplear manganeso (Mn2+), para mutagénesis de ADN mediante PCR, ya que altas concentraciones de Mn2+ incrementan la tasa de error durante la síntesis de ADN. Actúan como cofactores de la polimerasa.
• Iones monovalentes, como el potasio.
• Una solución tampón o buffer que mantiene el pH adecuado para el funcionamiento de la ADN polimerasa.
• ADN polimerasa o mezcla de distintas polimerasas con temperatura óptima alrededor de 70 °C 
• ADN molde, que contiene la región de ADN que se va a amplificar.
• Termociclador, el aparato que mantiene la temperatura necesaria en cada una de las etapas que conforman un ciclo.

Bibliografía 

https://es.khanacademy.org/science/biology/biotech-dna-technology/dna-sequencing-pcr-electrophoresis/a/polymerase-chain-reaction-pcr

http://www.centrobiotecnologia.cl/comunidad/que-es-la-biotecnologia/