Tres aplicaciones actuales e importantes de la Biología

por Carlos Javier Flores Saracho

BIOTECNOLOGÍA DE PLANTAS – TECNOLOGÍA DE CÉLULAS TRONCALES – TERAPIA DE GENES

Introducción a las aplicaciones biotecnológicas

Las tres últimas décadas han visto un renacimiento de la biotecnología, aunque las aplicaciones biotecnológicas han existido por milenios: los humanos las han utilizados, a veces sin plena conciencia de cómo funciona, para producir alimentos o vestimenta. Representan un hecho crucial en los cimientos del desarrollo humano. Tocó sin embargo al descubrimiento de la estructura y funcionamiento del ADN ser el comienzo de una nueva era de alternativas biológicas. El crecimiento pronunciado provocado por el conocimiento de cómo funcionan los procesos de vida biológica (ADN) ha producido un gran número de las actuales aplicaciones biotecnológicas -en la manufactura de nuevas drogas, en nuevos tipos de diagnóstico y de terapias, en la producción de químicos más refinados, o en nuevos métodos para purificar las aguas de desecho industrial-. Nadie duda en el potencial de la biotecnología como una tecnología ecológicamente ventajosa y económicamente prometedora.

Ya que la biotecnología comprende un gran espectro de aplicaciones, se están ahora utilizando “códigos de color” para diferenciar los diversos campos, denotándose éstos como rojo, verde, blanco, azul y amarillo.

La biotecnología “blanca”, por ejemplo, utiliza los instrumentos de la naturaleza para la producción industrial. Esta biotecnología blanca es aún relativamente joven en comparación con las biotecnologías roja (farmacéutica) y verde (agricultura). Tiene dos objetivos fundamentales:

– Sustitución de recursos fósiles con nuevos materiales renovables.– Reemplazo de los procesos industriales convencionales por alternativas biológicas que

incrementarían la eficiencia en los recursos empleados.

En la siguiente gráfica, de manera muy resumida, se presentan las distintas biotecnologías por su código de color:

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Las aplicaciones biotecnológicas son diferenciadas por color. Las disciplinas separadas técnicas y científicas difieren entre ellas, pero tienen algo en común: hallazgos de la bioquímica, microbiología y tecnología de procesos que pueden utilizarse para la manipulación de microorganismos en sus partes componentes. Fuente: Fraunhofer.

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I. Biotecnología de Plantas

Las técnicas modernas de biotecnología han expandido rápidamente los horizontes de manipulación de plantas y mejoramiento de cultivos (biotecnología verde). La manipulación tradicional de plantas y cultivos explota la mutagénesis y el cruce entre especies (o entre especies relacionadas cercanamente) para producir nuevas variedades de cosechas o líneas con las propiedades deseadas. En combinación con métodos mejorados de cultivo, ha sido posible crear nuevas cosechas con mejor rendimiento, calidad nutricional mejorada y resistencia al stress o patógenos. Sin embargo, la tecnología genética permite la introducción de genes singularizados resultando una especie vegetal con características nuevas. En este proceso, también es posible utilizar genes de diversas especies, como bacterias, mamíferos o plantas disímbolas, haciendo tal proceso aún más orientado a objetivos específicos para introducir (nuevas) características que nunca pudieran haber sido obtenidas con la técnica convencional.

Para generar una planta con propiedades novedosas, un gen ajeno (transgen), que ha sido aislado de otro organismo, debe ser integrado establemente en el genoma de la célula de la planta. Como resultado de esta nueva información, la planta genéticamente modificada produce una nueva proteína recombinante, por ejemplo una proteína farmacéutica. Se pueden utilizar técnicas diversas para transferir el “transgen” que contiene la información genética nueva en los cromosomas de las células de la planta. El común denominador de estos procedimientos es que el transgen es integrado como una tira circular de ADN ( circular DNA strand), denominado el “vector de expresión de la planta”.

La siguiente figura presenta esquemáticamente el proceso de generación de plantas transgénicas.

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En la siguiente tabla se muestran los cuatro cultivos genéticamente modificados a nivel mundial más importantes.

II. Tecnología de Células troncales

Una de las últimas tendencias de la investigación en células troncales es la relativa a células troncales embrionarias (Embryonic Stem cells) en la generación de dichas células específicas-para-pacientes o específicas-para-padecimientos. Las destinadas a enfermedades pueden obtenerse de embriones de los cuales un padecimiento hereditario ha sido identificado mediante el diagnóstico genético.

Un método alterno puede ser la transferencia nuclear de células somáticas cultivadas (por ejemplo células de la piel) de un paciente a oocitos enucleados (enucleated oocytes).

La gran ventaja de las líneas de investigación para trasplante de células embrionarias específicas-para-pacientes es que, cuando son trasplantadas, el cuerpo del paciente no las reconoce como ajenas y por lo tanto no las rechaza.

Las líneas de trasplante específicas-para-padecimientos, por el otro lado, ofrecen un gran potencial en la investigación y desarrollo farmacéutico, ya que permiten simular proceso patógenos específicos del humano a nivel celular y por lo tanto sirven como modelos más confiables de padecimientos comparados con los experimentos en animales que se emplean usualmente para este propósito.

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III. Terapia de Genes

La terapia de genes generalmente involucra la introducción de uno o más genes en células con padecimientos de un organismo a fin de paliar la enfermedad o -idealmente- curarla eventualmente. Si un gen presenta problemas -debido por ejemplo a un error del código genético en el ADN- la célula no es capaz de producir la proteína correspondiente, o en el mejor de los casos produce una versión defectuosa de la proteína que no es capaz de realizar su función natural. Tales deficiencias pueden resultar directamente en desórdenes como la hemofilia o la enfermedad de Huntington.

Se pueden distinguir dos tipos de terapia de genes: terapia somática y terapia de línea germinal (germline therapy). En la primera, los genes terapéuticos son introducidos en el órgano afectado o en las células del cuerpo respectivas (células del hígado o de la médula espinal, por ejemplo). En la terapia de línea germinal, el gen terapéutico es introducido directamente en las células germinales (óvulo femenino o célula del esperma masculino), pasando así la modificación genética a las nuevas generaciones.

Prospectos en terapia genética.- El hecho de que hasta la fecha no ha prevalecido un método de terapia genética como ya establecido, a pesar del alto número de estudios clínicos y el largo tiempo que se ha realizado la investigación clínica, prueba lo difícil que es realmente practicar intervenciones genéticas en humanos.

Los éxitos que se han obtenido ya en este campo, y la esperanza de poder tratar mejor los padecimientos como el cáncer o el sida, dan la motivación para el mejoramiento constante de los enfoques metodológicos.

Un ejemplo de terapia de genes somática: terapia (ex vivo) para deficiencias en el sistema inmunológico (Adenosina Deaminasa -ADA-).

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