12.8: Ingeniería Genética

ADN recombinante e ingeniería genética

Desde que los humanos comenzaron a cultivar cultivos para alimentos y fibra (y posteriormente animales) han modificado la composición genética de los organismos que utilizan. Esto es particularmente evidente en el cultivo del maíz doméstico que físicamente no se parece en absoluto a sus ancestros silvestres. Hasta ahora, la cría ha sido un proceso lento. A partir de la domesticación de especies silvestres, se ha utilizado la selección y reproducción controlada para proporcionar las propiedades deseadas, como mayor rendimiento, tolerancia al calor y sequía, resistencia al frío y resistencia a plagas microbianas o de insectos. Para algunas especies domesticadas estos cambios han ocurrido a lo largo de miles de años. Durante la década de 1900, una mayor comprensión de la genética aceleró enormemente el proceso de cría de diferentes variedades. El desarrollo de variedades de trigo y arroz de alto rendimiento durante la “revolución verde” de la década de 1950 ha impedido (o al menos pospuesto) el hambre de millones de personas. Una tecnología que permitió un salto cuántico en la productividad de los cultivos domésticos fue el desarrollo de hidruros a partir del cruce de dos líneas distintas del mismo cultivo, datando en sentido práctico desde mediados del siglo XX.

La cría tradicional normalmente toma mucho tiempo y depende en gran medida de mutaciones aleatorias para generar características deseables. Una de sus mayores limitaciones ha sido que se limita esencialmente a la misma especie, mientras que más a menudo eso no, las características deseadas ocurren en especies distintas a las criadas. Desde alrededor de la década de 1970, sin embargo, los humanos han desarrollado la capacidad de alterar el ADN para que los organismos sintetizen proteínas y realicen otras hazañas metabólicas que de otro modo serían imposibles. Tal alteración del ADN se conoce comúnmente como ingeniería genética y tecnología de ADN recombinante. Los organismos producidos por técnicas de ADN recombinante que contienen ADN de otros organismos se denominan organismos transgénicos. Con la tecnología de ADN recombinante, los segmentos de ADN que contienen información para las síntesis específicas de proteínas particulares se transfieren entre organismos. La mayoría de las veces los organismos receptores son bacterias, que pueden reproducirse (clonarse) en muchos órdenes de magnitud a partir de una célula que ha adquirido las cualidades deseadas. Por lo tanto, para sintetizar una sustancia en particular como la insulina humana o la hormona del crecimiento, la información genética requerida puede transferirse de una fuente humana a las células bacterianas, que luego producen la sustancia como parte de sus procesos metabólicos.

La mecánica de la manipulación génica del ADN recombinante es una operación compleja y sofisticada. El primer paso consiste en lizar (abrir) una célula que tenga el material genético necesario y la eliminación de este material de la célula. A través de la acción enzimática, los genes buscados se cortan de la cadena de ADN donante. Estos se empalman a continuación en pequeñas moléculas de ADN. Estas moléculas, llamadas vehículos de clonación, son capaces de penetrar en la célula huésped y llegar a incorporarse a su material genético. La célula huésped modificada se reproduce muchas veces y lleva a cabo la biosíntesis deseada.

La tecnología de ADN recombinante es un área de rápido crecimiento que está teniendo profundos efectos, especialmente en la agricultura y la medicina. Se está utilizando cada vez más para producir cultivos con características únicas, para sintetizar productos farmacéuticos y para hacer una variedad de materias primas útiles como materias primas renovables. La tecnología de ADN recombinante tiene mucho potencial en el desarrollo de la química verde y la sustentabilidad, como en la producción sustentable de materias primas químicas y productos de diversos tipos. Un ejemplo es la síntesis de ácido poliláctico utilizando ácido láctico producido enzimáticamente con maíz y polimerizado por procesos químicos estándar. En el área ambiental, la ingeniería genética ofrece el potencial para la producción de bacterias diseñadas para destruir de manera segura desechos problemáticos y producir sustitutos biológicos de pesticidas sintéticos dañinos para el medio ambiente.

Las primeras preocupaciones sobre el potencial de la ingeniería genética para producir “organismos monstruosos” o enfermedades nuevas y horribles se han disipado en gran medida, aunque no del todo así, y la resistencia a la aplicación de la tecnología de ADN recombinante es fuerte en algunos sectores, particularmente en Europa. Sin embargo, aún se requiere precaución con esta tecnología. Un ejemplo de un problema ha sido la aparición de malezas resistentes al herbicida glifosato ampliamente utilizado como se discutió al inicio de este capítulo.

Una vez que se han producido las plantas que contienen los transgenes deseados, se produce un proceso de evaluación exhaustivo. Este proceso tiene varios objetivos. El más obvio de estos es una evaluación de la actividad del gen trasplantado para ver si produce cantidades adecuadas de la proteína para la que está diseñado. Otra característica importante es si el gen se transmite o no de manera confiable a la progenie de la planta a través de generaciones sucesivas. También es importante determinar si la planta modificada crece y rinde bien y si la calidad de sus productos es alta.

Solo unas pocas cepas de plantas son susceptibles de inserción de transgenes, y normalmente sus descendientes directos no tienen la productividad deseada u otras características requeridas para un cultivo comercial. Por lo tanto, los cultivos transgénicos son cruzados con variedades de alto rendimiento. El objetivo es desarrollar un cruce que conserve el transgén a la vez que tenga las características deseadas de un cultivo comercialmente viable. La variedad mejorada se somete a exhaustivas pruebas de desempeño en invernaderos y campos durante varios años y en varias ubicaciones. Finalmente, se cultivan grandes cantidades de plantas genéticamente idénticas para producir semillas para uso comercial.

Se han desarrollado muchos tipos de plantas genéticamente modificadas y cada año se comercializan más comercialmente. Estos se discuten con más detalle en el Capítulo 14.