1. BIOTECNOLOGÍA
CONCEPTO DE BIOTECNOLOGÍA
Es la ciencia que integra la microbiología, la ingeniería genética y la bioquímica y se
basa en la utilización de seres vivos o de sus componentes para realizar determinados
procesos químicos con finalidad industrial.
Determinados procesos biotecnológicos son ya clásicos, como las fermentaciones
alcohólicas, lácticas, etc.
El término biotecnología, en sentido actual, deriva de los importantes acontecimientos
en el campo de la genética molecular, que han hecho posible el desarrollo de complejos
procedimientos, denominados en conjunto ingeniería genética y que permite el
aislamiento, la manipulación, modificación y expresión del material genético.
En la actualidad, la palabra biotecnología se identifica, con la aplicación industrial de la
ingeniería genética, que utiliza seres vivos modificados para producir compuestos como
la insulina humana, la hormona del crecimiento humana, vacunas, interferón,
antibióticos, etc, etc.
El enorme interés industrial de los productos obtenidos mediante esta ingeniería, ha
impulsado una carrera, con el objetivo de aislar y patentar genes que puedan tener una
aplicación terapéutica. Los medicamentos del futuro serán, en buena medida, diseñados
específicamente. El conocimiento del genoma humano, pero también el de animales,
plantas y otros organismos, permitirá aislar productos génicos implicados en la terapia
frente a enfermedades, en la mejora en la producción agrícola y ganadera o en la lucha
contra la contaminación.
INGENIERÍA GENÉTICA
Los procedimientos de ingeniería suelen comenzar con la clonación, mediante la cual se
aíslan y replican determinados genes. La finalidad de la clonación es generar grandes
cantidades de genes.
La clonación lleva implícita la formación de ADN recombinante, que es una
combinación de segmentos de ADN que no se encuentran juntos de manera natural.
La técnica del ADN recombinante se utiliza para la producción comercial de síntesis de
proteínas como la insulina o la hormona del crecimiento, el desarrollo de organismos
transgénicos, y en la amplificación del ADN, es decir, obtener un gran número de
copias de un determinado gen.
En este último caso, existe una técnica mejor denominada con las siglas PCR (reacción
en cadena de la polimerasa), esta técnica se desarrolló en 1986 y permite clonar
simplemente fragmentos de ADN sin necesidad de que este esté en las células, permite
amplificar fragmentos de ADN, de los que se tengan poca cantidad, esto es fundamental
ya que las técnicas de ADN recombinante necesitan mucho ADN. Esta técnica se utiliza
de forma rutinaria, se utiliza para amplificar y clonar ADN de restos humanos
momificados, e incluso en restos de animales o plantas ya extinguidos, también resulta
muy útil en la práctica forense.
La estrategia básica de la clonación consiste en aislar el gen deseado y amplificarlo en
sistemas bacterianos. Los conocimientos de la enzimología del ADN permite separar y
unir moléculas de ADN in vitro. En este proceso se utiliza fundamentalmente ADN
ligasa, los enzimas endonucleasas de restricción y los vectores de clonación.
1

2. Las enzimas de restricción son naturales y cortan al ADN por sitios específicos,
denominadas secuencias de reconocimiento, el descubrimiento de estos enzimas de
restricción posibilitó el desarrollo de esta nueva tecnología.
Posteriormente estos fragmentos de ADN se unirán a los vectores de clonación,
mediante la ADN ligasa.
La molécula de ADN fabricada in vitro se introduce en el organismo huésped, donde se
replicará.
Por último se realizará una selección de los clones recombinantes.
TÉCNICAS DE MANIPULACIÓN DEL ADN
La manipulación genética emplea varias técnicas, que adecuadamente combinadas,
permiten seleccionar fragmentos de ADN, modificarlos e introducirlos en otros
organismos. Estas técnicas son:
• Secuenciación del ADN
•
Formación de cadenas de ADN recombinante
•
Síntesis de ADN complementario
•
Hibridación de ácidos nucleícos
SECUENCIACIÓN DEL ADN
Actualmente se conoce la secuencia completa de miles de genes y el genoma completo
de varios seres vivos, incluido el humano. Cuando se conoce la secuencia de bases de
un gen se puede identificar las regiones que son secuencias codificadoras de proteínas
y las regiones que corresponden a secuencias reguladoras de la expresión del gen.
Conociendo la secuencia codificadora del gen se puede deducir la secuencia de
aminoácidos de la proteína codificada.
FORMACIÓN DE MOLÉCULAS DE ADN RECOMBINANTE
Se denomina ADN recombinante a las moléculas de ADN que resultan de la unión de
un gen elegido y un vector adecuado para su transporte. Este proceso se realiza en tres
etapas:
- Corte de fragmentos de ADN
-
Separación de los fragmentos de ADN
-
Unión al vector
Corte de fragmentos de ADN
Las endonucleasas de restricción son unos enzimas bacterianos, cuya finalidad es
destruir el ADN procedente de bacteriófagos y que tiene la propiedad de cortar el ADN
solo en ciertas secuencias de nucleótidos. Las diferentes especies bacterianas tienen
diversas endonucleasas de restricción y cada una de ellas corta el ADN por una
secuencia diferente. Las secuencias de reconocimiento para cortar el ADN, son
secuencias cortas de nucleótidos, frecuentemente palindrómicas (se leen lo mismo de
derecha a izquierda que de izquierda a derecha, por ejemplo “dábale arroz a la zorra el
abad”
2

3. Las enzimas de restricción cortan las dos cadenas en lugares específicos, algunas lo
hacen cortando las dos cadenas en el mismo lugar, originando extremos romos y otras
cortan las dos cadenas en zonas diferentes, originando extremos cohesivos. Por ejemplo
Lugar corte

5´ GGCC
3´ CCGG
GG
CC
CC
GG
Extremos romos

Lugar de corte

5´ GAATTC
G
AATTC
3´ CTTAAG
CTTAA
G

Extremos cohesivos
De esta forma escogiendo la enzima de restricción adecuada los investigadores
cortan las moléculas de ADN como si emplearan tijeras moleculares, en los sitios que le
interesan.
Separación de los fragmentos de ADN.
Cuando se ha cortado una molécula de ADN con enzimas de restricción se originan
fragmentos de diferentes tamaños y estos se separan por una técnica llamada
electroforesis en gel, (campo eléctrico y estos trozos se separan por el gel en función de
su tamaño).
Unión al vector.
Una vez obtenidos los diferentes fragmentos de ADN, no se pueden conservar sueltos,
sino que hay que unirlos a otras moléculas de ADN transportadoras, que se llaman
vectores
Frecuentemente, estos vectores son plásmidos bacterianos (moléculas de ADN
extracromosómico), bacteriófagos (se introducen en el interior de la bacterias mediante
infección), retrovirus y adenovirus (se utilizan para insertar genes en células eucariotas),
aunque también pueden ser moléculas de ADN sintetizadas artificialmente. Esta unión
del gen aislado al vector se hace mediante el enzima ADN ligasa. Este ADN resultante
se llama ADN recombinante.
3

4. A continuación, las bacterias se cultivan en un medio especial para que se exprese la
información contenida en el plásmido y por tanto produzcan la proteína deseada.
Entre los vectores de clonación más utilizados están los plásmidos bacterianos y los
bacteriófagos.
Los huéspedes (células anfitrionas),
que cumplir ciertas características:
- Crecimiento rápido
para estos vectores de clonación tienen también
-
No ser patógeno
-
Ser capaz de aceptar el ADN exógeno y que este permanezca estable.
-
El huésped tiene que tener los enzimas que permitan la replicación del vector.
Los más utilizados son la bacteria E. coli y la levadura Saccharomyces cerevisiae
SÍNTESIS DEL ADN COMPLEMENTARIO
La utilización del ARNm para aislar a un gen tiene la ventaja de no contener intrones
que si están presentes en el ADN de eucariotas y todas las secuencias son codificantes,
pues tampoco hay regiones reguladoras.
“Se llama ADNc, a una secuencia de ADN sintetizada de forma artificial, utilizando
como molde al ARNm, mediante el enzima transcriptasa inversa.
El ADN monocatenario obtenido sirve de molde para formar el ADN bicatenario sin
intrones, que luego podrá ser insertado (clonación) en un plásmido o en otro vector.
4

5. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA. ORGANISMOS
MODIFICADOS GENÉTICAMENTE (OMG): TRANSGÉNICOS
Con la tecnología del ADN recombinante se han conseguido importantes avances en:
• Mejora de la producción agrícola y ganadera, consiguiendo especies de
vegetales resistentes a herbicidas o con un mayor valor nutritivo o con un
crecimiento más rápido.
• Investigaciones médicas y farmacológicas, como las que han permitido la
producción a gran escala de determinados compuestos como la insulina o la
hormona del crecimiento o bien producir vacunas recombinantes, como la de la
hepatitis B, producción del interferón.
• Mejoras en el medio ambiente.
A pesar de todas estas ventajas, se deben evaluar de forma seria los posibles riesgos que
puede conllevar la utilización de los transgénicos:
• Ecológicos, ya que se desconocen los efectos de un cultivo de OMG sobre
poblaciones silvestres que están adaptadas de forma natural al entorno.
• Sanitarios, ya que se desconocen las consecuencias a largo plazo que el
consumo de ADN transgénico, puede tener sobre la salud de las personas.
• Sociales, como por ejemplo el uso de patentes de OMG beneficia a empresas de
países desarrollados que tienen la tecnología necesaria, empobreciendo con ello
a los agricultores.
LA BIOTECNOLOGÍA EN MEDICINA


Fabricación de productos farmacéuticos. Muchas proteínas de mamíferos
tienen una gran importancia como productos farmacéuticos, como la insulina, el
interferón, los factores de coagulación. Sin embargo estas proteínas están en
cantidades pequeñas en los tejidos normales y su purificación resulta muy
costosa. Por ello desde hace tiempo se ha intentado su producción en
microorganismos. Una de las primeras aplicaciones fue la utilización de
bacterias para producir insulina
Producción de vacunas mediante ingeniería genética, como ya sabemos las
vacunas son suspensiones de patógenos muertos, atenuados o modificados, o
fracciones específica aisladas de los mismos, que cuando se inyectan en un
animal producen inmunidad frente a ese determinado agente patógeno, debido a
la fabricación de anticuerpos específicos. Dado que el componente más
inmunogénico de un microorganismo, son las proteínas de la cubierta (pared
bacteriana o cápsida vírica), es deseable producir solo estos componentes.
Mediante ingeniería se puede clonar los genes de las proteínas de la cubierta y
expresarlos en bacterias no patógenas, haciendo posible el desarrollo de vacunas
seguras, de esta forma se obtienen vacunas recombinantes (como la vacuna de
la hepatitis B), más seguras que las vacunas clásicas.

Terapia génica, algunas aplicaciones de la ingeniería génica están dirigidas al
tratamiento de enfermedades genéticas humanas. Mediante el uso de la
tecnología del ADN recombinante junto con estudios genéticos convencionales,
es posible localizar en los cromosomas los genes causantes de dichas
5

6. enfermedades. La terapia génica consiste en amplificar la acción de un gen que
no es funcional totalmente o bien en cambiar ese gen por otro funcional.
La primera enfermedad genética para la que se utilizó la terapia génica fue en
una grave enfermedad inmunitaria, causada por la deficiencia de una enzima
implicada en el metabolismo de las purinas en la médula ósea. El procedimiento
implica el uso de un retrovirus como vector para insertar una copia correcta del
gen de esta enfermedad en linfocitos recogidos del paciente y luego, devolver de
nuevo al cuerpo estas células corregidas. Esto se denomina terapia génica
somática. La sustitución del gen en las células de la línea germinal, que dan
lugar a los gametos, no pueden aplicarse fácilmente en los humanos, ya que se
plantean muchos problemas éticos y cuestiones sociales que van más allá de las
cuestiones técnicas que suponen los experimentos.
Como se ha comentado anteriormente LA TERAPIA GÉNICA consiste en la
inserción de una copia funcional normal de un gen defectuoso o ausente en el genoma
de un individuo, en las células del tejido dañado, con el objetivo de restaurar la función
normal de estos y de esta forma eliminar los síntomas de la enfermedad. Es una técnica
en desarrollo y por ello su aplicación se lleva a cabo dentro de ensayos clínicos
controlados. A pesar de que en un principio fue una técnica planteada exclusivamente
con el fin de tratar enfermedades genéticas, lo cierto es que en la actualidad se propone
para casi cualquier enfermedad como por ejemplo EL CÁNCER.
En 1990 se realizó el primer procedimiento de terapia génica en una niña de 4 años que
presentaba una enfermedad genética rara llamada “Inmunodeficiencia combinada
severa”, caracterizada por la ausencia de un sistema inmunitario, por lo que la niña era
vulnerable a cualquier infección, lo que determinaba una muerte en edad temprana. El
procedimiento de la terapia consistió en extraer los glóbulos blancos, dejar que las
células crecieran en el laboratorio, insertando el gen que faltaba en ellos y después
introdujeron estos glóbulos blancos modificados dentro de la circulación sanguínea del
paciente. La niña mejoró, pudiendo asistir a la escuela, puesto que la terapia consolidó
el sistema inmune. Este sistema no era curativo, ya que los glóbulos blancos tienen un
tiempo limitado de vida por lo que el proceso debe de ser repetido.
Posteriormente los científicos han intentado introducir genes en células humanas,
centrándose en enfermedades causadas por un solo gen, como la fibrosis quística (afecta
a los pulmones, intestinos, páncreas...), la anemia falciforme, la hemofilia.
En esta inserción se utiliza “UN VECTOR” QUE ENTREGA EL GEN
TERAPEÚTICO A LAS CÉLULAS DIANA DEL PACIENTE. Los vectores más
comunes en la actualidad son los virus (genéticamente alterados) y las bacterias (sus
plásmidos).
Los genes terapéuticos, son como ya hemos comentado anteriormente los genes de
interés que se obtienen de ARNm maduros de las células que se aíslan y se copian en
moléculas de ADNc (ADN complementario) utilizando los enzimas retrotranscriptasas
6

7. BIOTECNOLOGÍA EN AGRICULTURA Y GANADERÍA
La biotecnología permite el desarrollo de plantas y animales modificados
genéticamente, introduciendo ADN clonado en óvulos fecundados de animales o bien
directamente en células vegetales creciendo en cultivo de tejidos.
La aplicación de este tipo de técnicas en la agricultura tiene como objetivos:
 Conseguir plantas resistentes a herbicidas.
 Conseguir plantas resistentes a los insectos.
 Protección de plantas frente a infecciones microbianas y víricas.
 Mejora del producto, por ejemplo un retraso en el deterioro de los frutos.
Habitualmente se administran sustancias proteicas al ganado, por ejemplo hormonas,
que provocan artificialmente su engorde. Mediante la alteración genética del animal se
podría mejorar la eficacia y quizá reducir los inconvenientes, de este tipo de prácticas,
ya que el objetivo es incrementar la producción hormonal propia del animal.
Actualmente a partir de animales transgénicos se producen proteínas de utilidad
farmacológica y proteínas humanas que necesitan modificaciones después de la
traducción, ya que las bacterias estas modificaciones no pueden hacerlas. Por ejemplo se
sintetiza una proteína que actúa en los procesos de cicatrización, impidiendo la
formación de coágulos. Este producto podría tener una gran importancia en la
prevención de formación de embolias pulmonares.
La clonación de animales a partir de una célula somática diferenciada. Esta técnica
permite la selección mantenida de animales con características interesantes para el
ganadero y el consumidor. Entre otros riesgos está el de una infección que afecte a todos
los animales, por ser genéticamente idénticos.
7

8. LA BIOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA
Además de los nuevos procesos industriales desarrollados en el campo de la ingeniería
genética, el dominio de la biotecnología abarca otros ya clásicos, como la
fermentación.
El término fermentación se emplea para definir procesos microbianos a escala
industrial, en grandes recipientes denominados fermentadores. En estos recipientes se
obtienen productos comerciales útiles, como bebidas alcohólicas (cerveza, vino, licores,
etc.), compuestos farmacéuticos (antibióticos), conservantes, aditivos alimentarios,
alimentos.
BIOTECNOLOGÍA EN EL MEDIO AMBIENTE
Los microorganismos también son útiles en la lucha frente a la contaminación.
Actualmente se utilizan microorganismos capaces de consumir diversas sustancias
tóxicas que pueden utilizarse para descontaminar áreas de la superficie, del subsuelo o
de las aguas subterráneas
Dentro de la biotecnología aplicada al medio ambiente tenemos: biorremediación,
fitorremediación y biodegradación.

Biorremediación.- Es el proceso en el que se emplean organismos biológicos
para resolver problemas específicos medioambientales, como es el caso de la
contaminación.
Es un proceso iniciado por el hombre, generalmente con el propósito de
subsanar el medio ambiente. Se utiliza bacterias y hongos que pueden degradar
con facilidad petróleo, benceno, pesticidas, herbicidas. Los metales pesados
como el cadmio, el mercurio, etc, no se pueden degradar y por ello no pueden
ser eliminados

Fitorremediación.- Es el proceso en el que se usan plantas para limpiar
ambientes contaminados. Aunque es una técnica en desarrollo constituye una
estrategia muy interesante, debido a la capacidad que tienen algunas especies
vegetales de absorber, acumular y/o tolerar altas concentraciones de
contaminantes como pueden ser los metales pesados, compuestos orgánicos, etc,
etc. La ventaja que ofrece este método frente a la biorremediación es el bajo
costo y la rapidez con que se lleva a cabo ciertos procesos degradativos. Por
ejemplo las semillas poseen grupos funcionales capaces de “secuestrar”
metales y compuestos orgánicos y posteriormente se dará una distribución
acumulada en el resto de la planta en su proceso de germinación y crecimiento
que habrá que evaluar.

Biodegradación.- Es un proceso natural por el que determinadas sustancias
orgánicas pueden ser descompuestas con cierta rapidez en sus ingredientes
básicos debido a la acción de bacterias, hongos y otros organismos. Este proceso
se basa en un principio básico “Todo compuesto sintetizado biológicamente,
(por ejemplo la basura), puede ser descompuesto biológicamente. Hay muchos
factores que intervienen en este proceso, por ejemplo la temperatura y humedad
8

9. del suelo, la acidez del medio, ya que un pH ácido limita el crecimiento de los
microorganismos implicados en el proceso, la disponibilidad o no de oxígeno, ya
que hay determinados procesos de biodegradación que necesariamente son
aerobio y otros son anaerobios, la cantidad de basura, ya que la cantidad de
materia que estos microorganismos pueden digerir es limitada, la naturaleza de
los microorganismos, ya que puede ser que en una zona determinada no se pueda
dar la biodegradación y en otra sí.
Como se ve los numerosos avances técnicos en la ingeniería genética han permitido un
amplio desarrollo de todas las áreas relacionadas de forma directa o indirecta con la
genética. Cabe destacar dos líneas de investigación: la genómica y la proteómica
• La genómica, es la parte de la genética que se encarga del estudio del genoma
de una especie. Esto incluye el estudio de la secuencia de bases de su ADN, la
determinación y localización de todos los genes que lo componen. Alguna de las
primeras especies de las que se obtuvo la secuencia de su genoma han sido
Saccharomyces cerevisiae (levadura de la cerveza) y Drosophila melanogaster
(mosca del vinagre).
El proyecto genómico más conocido es el Proyecto Genoma Humano (PGH),
iniciado en 1990 y finalizado en el 2003. Del conocimiento de este genoma
humano se derivan múltiples ventajas, muchas de ellas relacionadas con
aplicaciones médicas.
También se deben tener en cuenta las consecuencias éticas, legales y sociales
que implican las pruebas genéticas.
• La proteómica, surge posteriormente a la genómica y como consecuencia de
ella. La proteómica se encarga del estudio del conjunto de proteínas funcionales
que se expresan en una especie concreta. Abarca tanto la identificación de un
determinado gen como todos los procesos postraduccionales que ésta proteína
sufre hasta ser funcional.
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10. del suelo, la acidez del medio, ya que un pH ácido limita el crecimiento de los
microorganismos implicados en el proceso, la disponibilidad o no de oxígeno, ya
que hay determinados procesos de biodegradación que necesariamente son
aerobio y otros son anaerobios, la cantidad de basura, ya que la cantidad de
materia que estos microorganismos pueden digerir es limitada, la naturaleza de
los microorganismos, ya que puede ser que en una zona determinada no se pueda
dar la biodegradación y en otra sí.
Como se ve los numerosos avances técnicos en la ingeniería genética han permitido un
amplio desarrollo de todas las áreas relacionadas de forma directa o indirecta con la
genética. Cabe destacar dos líneas de investigación: la genómica y la proteómica
• La genómica, es la parte de la genética que se encarga del estudio del genoma
de una especie. Esto incluye el estudio de la secuencia de bases de su ADN, la
determinación y localización de todos los genes que lo componen. Alguna de las
primeras especies de las que se obtuvo la secuencia de su genoma han sido
Saccharomyces cerevisiae (levadura de la cerveza) y Drosophila melanogaster
(mosca del vinagre).
El proyecto genómico más conocido es el Proyecto Genoma Humano (PGH),
iniciado en 1990 y finalizado en el 2003. Del conocimiento de este genoma
humano se derivan múltiples ventajas, muchas de ellas relacionadas con
aplicaciones médicas.
También se deben tener en cuenta las consecuencias éticas, legales y sociales
que implican las pruebas genéticas.
• La proteómica, surge posteriormente a la genómica y como consecuencia de
ella. La proteómica se encarga del estudio del conjunto de proteínas funcionales
que se expresan en una especie concreta. Abarca tanto la identificación de un
determinado gen como todos los procesos postraduccionales que ésta proteína
sufre hasta ser funcional.
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