17.1B: Productos Moleculares a partir de Microbios

Objetivos de aprendizaje

• Describir cómo se utilizan la polimerasa Taq, las enzimas de restricción y la ADN ligasa en biología molecular

La expansión y creciente popularidad del campo de la biología molecular ha dado como resultado una mayor demanda de herramientas utilizadas para estudiar biología molecular. El campo de la biología molecular se ocupa específicamente de los mecanismos moleculares de una célula y se centra en la regulación de las interacciones celulares. Los temas de particular interés dentro del campo incluyen la expresión génica (transcripción y traducción) y la síntesis de proteínas. El estudio de estos mecanismos en el laboratorio ha sido posible gracias al uso de moléculas derivadas de microbios. A continuación se presenta una breve descripción de algunos de los productos moleculares derivados de microbios que permiten el desempeño de técnicas populares de biología molecular.

Polimerasa Taq

La polimerasa Taq es una enzima que se aisló por primera vez del microbio Thermus aquaticus. T. aquaticus es un tipo específico de especie bacteriana, una ADN polimerasa, que es termoestable, puede soportar temperaturas extremadamente altas. El aislamiento de esta polimerasa ha dado como resultado la capacidad de realizar reacciones en cadena de la polimerasa (PCR), un proceso utilizado para amplificar segmentos de ADN, en un solo paso. Antes del aislamiento de la polimerasa Taq, se tuvo que agregar una nueva ADN polimerasa a la reacción después de cada ciclo debido a la desnaturalización térmica. Con la adición de Taq polimerasa al tubo de reacción, el ciclo se puede realizar mucho más rápidamente y se necesita usar menos enzima. Actualmente, la polimerasa Taq se fabrica y produce a gran escala y está disponible para la venta comercial.

Enzimas de restricción

Las enzimas de restricción son una clase específica de enzimas aisladas de diversas bacterias y arqueas, en las que crecen de forma natural como medio de protección contra la infección viral. Estas enzimas tienen la capacidad de cortar ADN en secuencias de reconocimiento específicas y han servido como herramientas invaluables en la modificación y manipulación del ADN. Las enzimas tienen la capacidad de reconocer ADN extraño y cortarlo. Las bacterias y arqueas de las que se aíslan estas enzimas tienen mecanismos innatos para proteger sus propias secuencias de ADN de estas enzimas, como la metilación. El aislamiento de aproximadamente 3000 enzimas de restricción ha permitido a los biólogos moleculares utilizarlas en procesos como la clonación y la producción de ADN recombinante.

Figura: Enzima de restricción EcoRI: Un ejemplo de una enzima de restricción específica, EcoRI, que exhibe la capacidad de dirigirse a secuencias específicas dentro del ADN.

ADN Ligasa

Otra enzima que se aisló de T. aquaticus y que ha sido innegablemente importante para el campo de la biología molecular es la ADN ligasa. La ADN ligasa juega un papel clave en los procesos de biología molecular debido a su capacidad para insertar fragmentos de ADN en plásmidos. El proceso de ligadura de ADN se define como la capacidad de la ADN ligasa para unir covalentemente, o ligar, fragmentos de ADN juntos. En biología molecular —específicamente, durante el proceso de desarrollo de ADN recombinante—, la ADN ligasa se puede utilizar para ligar un fragmento de ADN en un vector plasmídico. La ADN ligasa más comúnmente utilizada se deriva del bacteriófago T4 y se conoce como ADN ligasa T4.

Figura: Ejemplo de una ligación de ADN: Diagrama de una ligación de ADN.

Puntos Clave

• Diversas enzimas pueden aislarse de microorganismos y utilizarse en la producción de ADN recombinante.
• La capacidad de algunas arqueas para prosperar en ambientes extremos ha llevado al análisis y aislamiento de importantes componentes moleculares de los organismos, como la polimerasa Taq, que han contribuido a las técnicas modernas de biología molecular.
• Las técnicas modernas de biología molecular se basan en gran medida en enzimas específicas y componentes moleculares derivados de microbios, incluyendo ADN ligasa y enzimas de restricción.
• La ADN ligasa funciona uniendo covalentemente, o ligando, fragmentos de ADN.
• Las enzimas de restricción funcionan reconociendo y cortando secuencias específicas dentro del ADN.

Términos Clave

• reacción en cadena de la polimerasa: Una técnica en biología molecular para crear múltiples copias de ADN a partir de una muestra; utilizada en la toma de huellas genéticas etc.
• enzimas de restricción: una endonucleasa que corta el ADN en secuencias de reconocimiento específicas