Biotecnología e ingeniería genética: una descripción general

Biotecnología es un campo de las ciencias de la vida que utiliza organismos vivos y sistemas biológicos para crear organismos nuevos o modificados o productos útiles. Un componente importante de la biotecnología es Ingeniería genética.

El concepto popular de biotecnología es el de experimentos que se realizan en laboratorios y de vanguardia. avances industriales, pero la biotecnología está mucho más integrada en la vida cotidiana de la mayoría de las personas que parece.

Las vacunas que recibe, la salsa de soja, el queso y el pan que compra en el supermercado, los plásticos en su diario medio ambiente, su ropa de algodón resistente a las arrugas, la limpieza después de las noticias de derrames de petróleo y más son ejemplos de biotecnología. Todos "emplean" microbios vivos para crear un producto.

Incluso un análisis de sangre de la enfermedad de Lyme, un tratamiento de quimioterapia para el cáncer de mama o una inyección de insulina pueden ser el resultado de la biotecnología.

TL; DR (demasiado largo; No leí)

La biotecnología se basa en el campo de la ingeniería genética, que modifica el ADN para alterar la función u otros rasgos de los organismos vivos.

Los primeros ejemplos de esto son la cría selectiva de plantas y animales hace miles de años. Hoy en día, los científicos editan o transfieren ADN de una especie a otra. La biotecnología aprovecha estos procesos para una amplia variedad de industrias, incluidas la medicina, la alimentación y la agricultura, la fabricación y los biocombustibles.

La biotecnología no sería posible sin Ingeniería genética. En términos modernos, este proceso manipula la información genética de las células utilizando técnicas de laboratorio para cambiar los rasgos de los organismos vivos.

Los científicos pueden utilizar la ingeniería genética para cambiar la forma en que un organismo se ve, se comporta, funciona o interactúa con materiales o estímulos específicos en su entorno. La ingeniería genética es posible en todas las células vivas; esto incluye microorganismos como bacterias y células individuales de organismos multicelulares, como plantas y animales. Incluso el Genoma humano se puede editar utilizando estas técnicas.

A veces, los científicos alteran la información genética de una célula alterando directamente sus genes. En otros casos, se implantan fragmentos de ADN de un organismo en las células de otro organismo. Las nuevas células híbridas se llaman transgénico.

La ingeniería genética puede parecer un avance tecnológico ultramoderno, pero se ha utilizado durante décadas en numerosos campos. De hecho, la ingeniería genética moderna tiene sus raíces en antiguas prácticas humanas que fueron definidas por primera vez por Charles Darwin como seleccion artificial.

Selección artificial, que también se llama crianza selectiva, es un método para elegir deliberadamente parejas de apareamiento para plantas, animales u otros organismos en función de los rasgos deseados. La razón para hacer esto es crear descendencia con esos rasgos y repetir el proceso con las generaciones futuras para fortalecer gradualmente los rasgos en la población.

Aunque la selección artificial no requiere microscopía u otro equipo de laboratorio avanzado, es una forma eficaz de ingeniería genética. Aunque comenzó como una técnica antigua, los humanos todavía la usan hoy.

Los ejemplos comunes incluyen:

• Cría de ganado.
• Creando variedades de flores.
• Criar animales, como roedores o primates, con rasgos específicos deseados como susceptibilidad a enfermedades para estudios de investigación.

El primer ejemplo conocido de seres humanos que participan en la selección artificial de un organismo es el surgimiento de Canis lupus familiaris, o como se le conoce más comúnmente, el perro. Hace unos 32.000 años, los seres humanos en un área del este de Asia que ahora es China, vivían en grupos de cazadores-recolectores. Los lobos salvajes siguieron a los grupos humanos y hurgaron en los cadáveres que los cazadores dejaron atrás.

Los científicos creen que lo más probable es que los humanos solo permitieran vivir a los lobos dóciles que no eran una amenaza. De esta manera, la separación de perros de lobos comenzó por autoselección, ya que los individuos con el rasgo que les permitía tolerar la presencia de humanos se convirtieron en los compañeros domesticados del cazadores-recolectores.

Finalmente, los humanos comenzaron a domesticar intencionalmente y luego a criar generaciones de perros por los rasgos deseados, especialmente la docilidad. Los perros se convirtieron en compañeros leales y protectores de los humanos. Durante miles de años, los humanos los criaron selectivamente para rasgos específicos como la longitud y el color del pelaje, el tamaño de los ojos y la longitud del hocico, el tamaño del cuerpo, la disposición y más.

Los lobos salvajes del este de Asia de hace 32.000 años que se separaron hace 32.000 años en perros comprenden casi 350 razas de perros diferentes. Esos primeros perros están más estrechamente relacionados genéticamente con los perros modernos llamados perros nativos chinos.

La selección artificial también se manifestó de otras formas en las culturas humanas antiguas. A medida que los humanos avanzaban hacia sociedades agrícolas, utilizaron la selección artificial con un número creciente de especies de plantas y animales.

Domesticaron a los animales criándolos generación tras generación, apareándose solo con la descendencia que exhibiera los rasgos deseados. Estos rasgos dependían del propósito del animal. Por ejemplo, los caballos domesticados modernos se utilizan comúnmente en muchas culturas como transporte y como animales de carga, parte de un grupo de animales comúnmente llamado bestias de carga.

Por lo tanto, los rasgos que los criadores de caballos podrían haber buscado son la docilidad y la fuerza, así como la robustez en frío o calor, y la capacidad de criar en cautiverio.

Las sociedades antiguas también utilizaban la ingeniería genética de formas distintas a la selección artificial. Hace 6.000 años, los egipcios usaban levadura para leudar pan y levadura fermentada para hacer vino y cerveza.

La ingeniería genética moderna ocurre en un laboratorio en lugar de por reproducción selectiva, ya que los genes son copiado y movido de una pieza de ADN a otra, o de la célula de un organismo a la de otro organismo ADN. Esto se basa en un anillo de ADN llamado plásmido.

Plásmidos están presentes en células bacterianas y de levadura, y están separados de los cromosomas. Aunque ambos contienen ADN, los plásmidos generalmente no son necesarios para que la célula sobreviva. Mientras que los cromosomas bacterianos contienen miles de genes, los plásmidos contienen solo tantos genes como los que se contarían con una mano. Esto los hace mucho más sencillos de manipular y analizar.

El descubrimiento en la década de 1960 de endonucleasas de restricción, también conocido como enzimas de restricción, condujo a un gran avance en la edición de genes. Estas enzimas cortan el ADN en lugares específicos de la cadena de pares de bases.

Los pares de bases son los enlazados nucleótidos que forman la hebra de ADN. Dependiendo de la especie de bacteria, la enzima de restricción estará especializada para reconocer y cortar diferentes secuencias de pares de bases.

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Los científicos descubrieron que podían usar las enzimas de restricción para cortar trozos de los anillos del plásmido. Luego pudieron introducir ADN de una fuente diferente.

Otra enzima llamada ADN ligasa une el ADN extraño al plásmido original en el espacio vacío dejado por la secuencia de ADN que falta. El resultado final de este proceso es un plásmido con un segmento de gen extraño, que se llama vector.

Si la fuente de ADN era una especie diferente, el nuevo plásmido se llama ADN recombinanteo un quimera. Una vez que el plásmido se reintroduce en la célula bacteriana, los nuevos genes se expresan como si la bacteria siempre hubiera poseído esa estructura genética. A medida que la bacteria se replica y se multiplica, también se copiará el gen.

Si el objetivo es introducir el nuevo ADN en la célula de un organismo que no es una bacteria, se requieren diferentes técnicas. Uno de estos es un pistola de genes, que lanza partículas muy diminutas de elementos de metales pesados ​​recubiertos con el ADN recombinante en el tejido vegetal o animal.

Otras dos técnicas requieren aprovechar el poder de los procesos de enfermedades infecciosas. Una cepa bacteriana llamada Agrobacterium tumefaciens infecta las plantas, lo que hace que crezcan tumores en la planta. Los científicos eliminan los genes que causan la enfermedad del plásmido responsable de los tumores, llamado Tio plásmido inductor de tumores. Reemplazan estos genes con los genes que quieran transferir a la planta para que la planta se "infecte" con el ADN deseable.

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Los virus a menudo invaden otras células, desde bacterias hasta células humanas, e insertan su propio ADN. A vector viral lo utilizan los científicos para transferir ADN a una célula vegetal o animal. Los genes que causan la enfermedad se eliminan y se reemplazan por los genes deseados, que pueden incluir genes marcadores para indicar que se produjo la transferencia.

El primer caso de modificación genética moderna fue en 1973, cuando Herbert Boyer y Stanley Cohen transfirieron un gen de una cepa de bacterias a otra. El gen codificado para la resistencia a los antibióticos.

Al año siguiente, los científicos crearon la primera instancia de un animal modificado genéticamente, cuando Rudolf Jaenisch y Beatrice Mintz insertaron con éxito ADN extraño en embriones de ratón.

Los científicos comenzaron a aplicar la ingeniería genética a un amplio campo de organismos, para un número creciente de nuevas tecnologías. Por ejemplo, desarrollaron plantas resistentes a los herbicidas para que los agricultores pudieran rociar las malas hierbas sin dañar sus cultivos.

También modificaron alimentos, especialmente verduras y frutas, para que crecieran mucho más y duraran más que sus primos no modificados.

La ingeniería genética es la base de la biotecnología, ya que la industria de la biotecnología es, en un sentido general, un campo vasto que implica el uso de otras especies vivas para las necesidades humanas.

Sus antepasados ​​de hace miles de años que criaban perros selectivamente o ciertos cultivos estaban haciendo uso de la biotecnología. También lo son los granjeros y criadores de perros de hoy en día, al igual que cualquier panadería o bodega.

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La biotecnología industrial se utiliza para fuentes de combustible; aquí es donde se origina el término “biocombustibles”. Los microorganismos consumen grasas y las convierten en etanol, que es una fuente de combustible consumible.

Las enzimas se utilizan para producir productos químicos con menos desperdicio y costo que los métodos tradicionales, o para limpiar los procesos de fabricación mediante la descomposición de los subproductos químicos.

Desde tratamientos con células madre hasta mejores análisis de sangre y una variedad de productos farmacéuticos, la biotecnología ha cambiado el rostro de la atención médica. Las empresas de biotecnología médica utilizan microbios para crear nuevos medicamentos, como anticuerpos monoclonicos (estos medicamentos se usan para tratar una variedad de afecciones, incluido el cáncer), antibióticos, vacunas y hormonas.

Un avance médico significativo fue el desarrollo de un proceso para crear insulina sintética con la ayuda de la ingeniería genética y microbios. El ADN de la insulina humana se inserta en las bacterias, que se replican, crecen y producen la insulina, hasta que la insulina se puede recolectar y purificar.

En 1991, Ingo Potrykus utilizó la investigación de biotecnología agrícola para desarrollar un tipo de arroz que está fortificado con betacaroteno, que el cuerpo se convierte en vitamina A, y es ideal para cultivarse en países asiáticos, donde la ceguera infantil por deficiencia de vitamina A es un factor particular. problema.

La falta de comunicación entre la comunidad científica y el público ha provocado una gran controversia sobre los organismos modificados genéticamente o OMG. Hubo tanto miedo y clamor por un producto alimenticio genéticamente modificado como el arroz dorado, como se le llama, que a pesar de tener las plantas listas para su distribución a los agricultores asiáticos en 1999, esa distribución aún no ha ocurrió.