ADN recombinante

Definición

El ADN recombinante es una molécula de ADN que ha sido modificada para incluir genes de múltiples fuentes, ya sea mediante recombinación genética o mediante técnicas de laboratorio. En el laboratorio, las bacterias se pueden transformar con ADN recombinante. La recombinación genética ocurre durante la meiosis en un proceso conocido como cruzamiento.

Descripción general

El ADN recombinante en eucariotas es responsable de aumentar la diversidad genética. Los alelos de genes que estaban previamente ligados a un cromosoma pueden redistribuirse por completo para crear nuevas combinaciones de rasgos. Este proceso ocurre regularmente durante la meiosis para mezclar y combinar genes de fuentes paternas y maternas.

En ingeniería genética, los científicos usan ADN recombinante creado en el laboratorio o extraído de un organismo para agregarlo al genoma de otro organismo. Debido al diseño universal del ADN, el ADN recombinante no tiene que permanecer en la misma especie. Esto significa que los científicos pueden agregar fácilmente genes de una especie a las bacterias para producir un producto.

Por ejemplo, la insulina se produce regularmente mediante ADN recombinante dentro de las bacterias. Se introduce un gen de insulina humana en un plásmido, que luego se introduce en una célula bacteriana. La bacteria luego utilizará su maquinaria celular para producir la proteína insulina, que se puede recolectar y distribuir a los pacientes.

Ejemplos de ADN recombinante

Meiosis en eucariotas

Los organismos eucariotas que pasan por la reproducción sexual también deben pasar por el proceso de meiosis, que reduce el material genético que conduce a la fertilización. Durante la meiosis, los cromosomas de los eucariotas se condensan y se emparejan con su cromosoma homólogoCada par de cromosomas homólogos representa la misma secuencia de ADN, de diferentes orígenes parentales. Cuando los homólogos están conectados durante la meiosis, pueden intercambiar secuencias similares de ADN en el proceso de  cruce.

Si bien cada organismo tiene decenas de miles de genes, la cantidad de cromosomas es mucho menor. Esto requiere que haya más de un gen por cromosoma, generalmente cientos. Si no tuviera lugar la recombinación genética, la variedad entre estos genes sería limitada.

Por ejemplo, imagina que solo hay dos alelos para el color del pelaje en una población, blanco y negro. También hay dos alelos para el color de ojos, marrón y azul. Si el gen del color de ojos y el gen del color del pelaje existen en el mismo cromosoma, se denominangenes ligadosSin ADN recombinante, un organismo solo podría transmitir la combinación de alelos que se transmitieron de sus padres.

Cultivos resistentes a insectos

La ingeniería genética y el ADN recombinante se utilizan ampliamente en la agricultura moderna. Durante siglos, los agricultores han intentado que sus cultivos sean resistentes tanto a los insectos como a los herbicidas que se utilizan en las malas hierbas. Con el advenimiento de la ingeniería genética, los científicos pueden identificar y segregar genes de interés y colocarlos en especies de cultivos.

Para aumentar la resistencia de los insectos, por ejemplo, los científicos han colocado genes de bacterias en el ADN del maíz, el algodón y otros cultivos. Los genes que seleccionaron producen la proteína Bt. Esta proteína es letal para las larvas de insectos que la comen. Los científicos crean ADN recombinante a partir de los genomas de estas bacterias. Luego, el nuevo ADN se inserta en el genoma del cultivo que se protege. Cuando las nuevas plantas comienzan a crecer, sus células expresan el ADN bacteriano y se produce la proteína Bt.

ADN recombinante
ADN recombinante

Los agricultores que no cultivan cultivos modificados genéticamente deben rociar sus cultivos con pesticidas, que son muy costosos. Los cultivos que producen Bt se protegen a sí mismos a medida que crecen. Esto es importante, considerando que los insectos que se alimentan de cultivos causan más de mil millones de dólares en daños al año. Con la ingeniería genética, esta pérdida podría evitarse.

Terapia de genes

La anemia de células falciformes es un trastorno sanguíneo hereditario que afecta a muchos millones de personas en todo el mundo. De hecho, la afección aumentó en prevalencia porque en sus formas más leves confiere resistencia a la malaria. Como muchos trastornos genéticos, actualmente no existe cura. Los pacientes con anemia de células falciformes deben someterse a una variedad de procedimientos peligrosos para prolongar su vida.

Sin embargo, la terapia génica es una técnica médica emergente que utiliza ADN recombinante para restaurar la función de las células afectadas por trastornos genéticos. La anemia de células falciformes fue una de las primeras enfermedades en revertirse mediante terapia génica. Los investigadores de Harvard trataron ratones con rasgos de células falciformes entregando el ADN para la formación adecuada de células sanguíneas a través de un virus VIH alterado. Dado que el VIH es propenso al sistema inmunológico, deposita fácilmente el ADN recombinante en las células madre extraídas del huésped.

El mismo concepto se ha utilizado en seres humanos ya en 1990, aunque todavía no se dispone de tratamientos masivos. El uso de virus con ADN recombinante es un tema polémico, ya que un virus podría reproducirse en el medio ambiente con consecuencias no deseadas. Si bien se desconocen todas las consecuencias de estas acciones, sus numerosos beneficios continúan presionando a los responsables de la formulación de políticas y al público para que las acepten. Con las pautas adecuadas, la tecnología del ADN recombinante seguramente revolucionará el mundo de manera positiva.

Proceso de ADN recombinante

Los científicos usan regularmente ADN recombinante para agregar rasgos a ciertas especies de bacterias o producir organismos que tienen rasgos adicionales. Existe un proceso básico para introducir ADN recombinante en las células, aunque el método exacto varía según el organismo específico.

En general, la primera parte del proceso incluye la creación de un plásmido que contiene la secuencia de ADN que se agregará a un organismo. El organismo más simple para agregar ADN recombinante son las bacterias. Las células bacterianas se reproducen rápidamente, lo que permite muchas posibilidades de que el ADN recombinante entre en una célula y prolifere.

Después de crear un plásmido que contiene el ADN recombinante, debe agregarse a las células. Para hacer esto, las células comúnmente se calientan hasta el punto de que sus membranas celulares se vuelven más permeables. Algunas células morirán, pero el plásmido se abrirá camino con éxito en algunas de las células bacterianas presentes.

El proceso final de creación de organismos con ADN recombinante es permitir que las células se enfríen y crezcan. A menudo, el plásmido introducido también tiene un gen que permite que las bacterias sobrevivan a los tratamientos con antibióticos. Cuando se cultivan las bacterias transformadas, se introduce un antibiótico. Cualquier bacteria que sobreviva es aquella que se ha transformado con ADN recombinante. Ahora tienen el plásmido, que incluye tanto el ADN recombinante como un gen para la resistencia a los antibióticos.

Usos del ADN recombinante

Los científicos pueden usar esta característica del ADN para muchos propósitos. Primero, cualquier gen de interés puede replicarse fácilmente insertando el gen en un plásmido bacteriano y dejando que las bacterias se reproduzcan normalmente. Los plásmidos son pequeños anillos de ADN. Si se conoce la secuencia exacta del plásmido, un científico puede abrir el anillo usando proteínas especiales llamadas enzimas de restricción.

Una vez que se abre el plásmido, se puede insertar el gen elegido. Si están presentes todas las secuencias correctas, las bacterias que absorben el plásmido producirán la proteína codificada por el ADN recombinante. Además, cuando las bacterias se reproducen, el gen también se reproducirá. Las bacterias pueden duplicar su población en menos de una hora, lo que puede llevar a que grandes poblaciones bacterianas produzcan grandes cantidades de un producto con fines científicos, médicos o industriales.