7.12F: Clonación Molecular y Celular

La clonación molecular reproduce las regiones o fragmentos deseados de un genoma, permitiendo la manipulación y estudio de genes.

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Describir el proceso de clonación molecular

Claves para llevar

Puntos Clave

• La clonación de pequeños fragmentos de un genoma permite estudiar de forma aislada genes específicos, sus productos proteicos y regiones no codificantes.
• Un plásmido, también conocido como vector, es una pequeña molécula circular de ADN que se replica independientemente del ADN cromosómico; se puede utilizar para proporcionar una “carpeta” en la que insertar un fragmento de ADN deseado.
• Las moléculas de ADN recombinante son plásmidos con ADN extraño insertado en ellas; se crean artificialmente ya que no ocurren en la naturaleza.
• Las bacterias y levaduras producen naturalmente clones de sí mismas cuando se replican asexualmente a través de la clonación celular.

Términos Clave

• ADN recombinante: ADN que ha sido diseñado mediante el empalme de fragmentos de ADN de múltiples especies e introducido en las células de un huésped
• clonación molecular: un método biológico que crea muchas moléculas de ADN idénticas y dirige su replicación dentro de un organismo huésped
• plásmido: un círculo de ADN bicatenario que está separado de los cromosomas, que se encuentra en bacterias y protozoos

Clonación Molecular

En general, la palabra “clonación” significa la creación de una réplica perfecta; sin embargo, en biología, la recreación de un organismo completo se denomina “clonación reproductiva”. Mucho antes de que se intentaran clonar un organismo entero, los investigadores aprendieron a reproducir regiones o fragmentos deseados del genoma, proceso que se conoce como clonación molecular.

La clonación de pequeños fragmentos del genoma permite la manipulación y estudio de genes específicos (y sus productos proteicos) o regiones no codificantes en aislamiento. Un plásmido (también llamado vector) es una pequeña molécula circular de ADN que se replica independientemente del ADN cromosómico. En la clonación, las moléculas plasmídicas se pueden utilizar para proporcionar una “carpeta” en la que insertar un fragmento de ADN deseado. Los plásmidos se introducen habitualmente en un hospedador bacteriano para su proliferación. En el contexto bacteriano, al fragmento de ADN del genoma humano (o del genoma de otro organismo que se está estudiando) se le denomina ADN extraño (o un transgén) para diferenciarlo del ADN de la bacteria, que se denomina ADN huésped.

Los plásmidos ocurren naturalmente en poblaciones bacterianas (como Escherichia coli) y tienen genes que pueden aportar rasgos favorables al organismo como la resistencia a los antibióticos (la capacidad de no verse afectada por los antibióticos). Los plásmidos han sido reutilizados y diseñados como vectores para la clonación molecular y la producción a gran escala de reactivos importantes como la insulina y la hormona del crecimiento humana. Una característica importante de los vectores plasmídicos es la facilidad con la que se puede introducir un fragmento de ADN extraño a través del sitio de clonación múltiple (MCS). El MCS es una secuencia de ADN corta que contiene múltiples sitios que se pueden cortar con diferentes endonucleasas de restricción comúnmente disponibles. Las endonucleasas de restricción reconocen secuencias específicas de ADN y las cortan de manera predecible; son producidas naturalmente por bacterias como mecanismo de defensa contra ADN extraño. Muchas endonucleasas de restricción hacen cortes escalonados en las dos cadenas de ADN, de manera que los extremos cortados tienen un saliente monocatenario de 2 o 4 bases. Debido a que estos voladizos son capaces de recocerse con voladizos complementarios, estos se denominan “extremos pegajosos”. La adición de una enzima llamada ADN ligasa se une permanentemente a los fragmentos de ADN a través de enlaces fosfodiéster. De esta manera, cualquier fragmento de ADN generado por escisión de endonucleasa de restricción puede ser empalmado entre los dos extremos de un ADN plasmídico que ha sido cortado con la misma endonucleasa de restricción.

Figura: Clonación Molecular: Este diagrama muestra los pasos involucrados en la clonación molecular, donde se reproducen regiones o fragmentos de un genoma para permitir el estudio o manipulación de genes y sus productos proteicos.

Moléculas de ADN recombinante

Los plásmidos con ADN extraño insertado en ellos se denominan moléculas de ADN recombinante porque se crean artificialmente y no ocurren en la naturaleza. También se les llama moléculas quiméricas porque el origen de diferentes partes de las moléculas se remonta a diferentes especies de organismos biológicos o incluso a la síntesis química. Las proteínas que se expresan a partir de moléculas de ADN recombinante se denominan proteínas recombinantes. No todos los plásmidos recombinantes son capaces de expresar genes. El ADN recombinante puede necesitar ser trasladado a un vector diferente (u hospedador) que esté mejor diseñado para la expresión génica. Los plásmidos también pueden diseñarse para expresar proteínas solo cuando son estimulados por ciertos factores ambientales para que los científicos puedan controlar la expresión de las proteínas recombinantes.

Clonación celular

Los organismos unicelulares, como las bacterias y las levaduras, producen naturalmente clones de sí mismos cuando se replican asexualmente por fisión binaria; esto se conoce como clonación celular. El ADN nuclear se duplica por el proceso de mitosis, lo que crea una réplica exacta del material genético.