Monografia de quimica

TRANSGENICOS

VERDADES Y MENTIRAS SOBRE ESTA BIOTECNOLOGIA

Alumna: Rocío Couto Davrieux
Presentación: Agosto 2007
Profesora: Liliana Suárez

INDICE:

• Introducción al tema: ¿Qué son los transgénicos? (Pág. 1,2)
• Biotecnología: su utilización en la agricultura y la ganadería (Pág. 2)
• Tecnología del ADN recombinante. (Pág. 3)
• Microorganismos trangénicos: desarrollo y aplicaciones (Pág. 3, 4)
• Plantas transgénicas: sistemas de transformación y mejoras (Pág. 4, 5)
• Animales transgénicos: métodos de obtención y utilización (Pág. 5, 6, 7)
• Conclusión del alumno

INTRODUCCION AL TEMA

¿Qué son los transgenicos?

El gran avance de la investigación biotecnológica en los últimos años ha permitido desarrollar técnicas que permiten introducir o eliminar un gen o determinados tipos de genes de forma específica en el genoma de un organismo, para producir seres vivos (animales, plantas, microorganismos) con nuevas y mejores características. Este tipo de manipulación ha dado lugar a los Organismos Genéticamente Modificados (OGM), generando una gran polémica en lo que se refiere a su introducción en alimentos destinados al consumo humano.
La controversia sobre las ventajas e inconvenientes que implica la obtención de especies mejoradas por manipulación genética se halla en todos los niveles, desde la comunidad científica hasta las personas que lo consumen, pasando por los responsables gubernamentales y por supuesto, las empresas con o sin intereses económicos en la cuestión.
La mejora de los cultivos y del ganado por intervención humana no es una novedad, hace miles de años, el hombre abandonó la vida nómada y adopto otra estrategia de alimentación: se basó en la "domesticación" de aquellas plantas o animales que mejor cubrían sus necesidades.
En el caso de los cultivos, se partió de especies silvestres y se fueron seleccionando aquellas que cumplían ciertas características (crecimiento rápido; resistencia a plagas, semillas grandes, frutos dulces, buena adaptación al medio, etc.) En muchos casos la selección fue accidental, a menudo debida a una mutación genética sufrida por la propia planta que le confería características deseables para el agricultor. Por ejemplo: el trigo, las semillas crecen en la espiga y caen de la planta siendo, capaces de germinar y dar lugar a más individuos de esa variedad.
La práctica de la ganadería fue posible gracias a la domesticación de animales silvestres que se caracterizaban por ser mansos, gregarios (formaban rebaños), tener una dieta sencilla (básicamente animales herbívoros y omnívoros) y por reproducirse en cantidad. Esta última característica permitía mejorar las propiedades del animal mediante cruzamientos entre individuos que presentaran características deseables, como mayor producción de leche o carne o más fuerza y resistencia.
El desarrollo exitoso de una sociedad se basa en su capacidad para producir, almacenar y distribuir alimentos, lo cual implica aumentar el rendimiento de los cultivos y del ganado. Durante siglos, la intuición fue la herramienta aplicada a la selección de cultivos o de animales que ofrecían mayores rendimientos. Los cambios importantes llegaron a principios del siglo XIX, impulsados por el avance de varias ciencias biológicas y por el incremento de la población, que demandaba un aumento paralelo de la producción de alimentos. El conocimiento de que las plantas tienen sexo, el redescubrimiento de las leyes de Mendel y los trabajos de Robert Bakewell, considerado el pionero de la mejora clásica animal, desbancaron la mejora empírica para dar paso a la aplicación del método científico.
En plantas, se incorpora la técnica del cruzamiento artificial entre variedades y especies distintas de una manera sistematizada (fito-mejoramiento), con el objeto de conseguir variedades que incorporen los genes que inducen las propiedades deseadas. En el ganado, se impulsó la sistematización de los procedimientos utilizados en la mejora de las propiedades del ganado. Robert Bakewell llevo a cabo cruzamientos entre animales de una línea de descendencia determinada para perpetuar los caracteres deseados. Sus métodos fueron aplicados durante largo tiempo.
Las condiciones tradicionales agrícolas y de explotación ganadera de principios del siglo XX, no hubieran podido satisfacer el aumento de la demanda de alimentos ocasionado por los cambios en los hábitos de la población y su continuo crecimiento, así como por el abandono de las zonas rurales hacia las ciudades. Resultaba imprescindible buscar alternativas que conllevaran un aumento en la producción. Para ello, y en el caso de la ganadería, se aplicaron programas concretos de mejora genética (selección y cruzamiento). En la agricultura, el aumento de producción se consiguió gracias a la mecanización junto con el cultivo de nuevas variedades híbridas de alto rendimiento, métodos de cultivo intensivo y el empleo masivo de fertilizantes, plaguicidas y herbicidas. Este proceso conocido como La Revolución Verde, contribuyó a la seguridad alimentaria y a la lucha contra el hambre en varias regiones.
Pero este incremento de la producción animal y vegetal trajo consigo otros problemas: en el ganado, aparecieron nuevas enfermedades derivados de la composición de su alimentación (la enfermedad de las vacas locas o encefalopatía espongiforme bovina) así como del empleo de sustancias para acelerar el crecimiento o prevenir infecciones, como los antibióticos y algunas hormonas. En cuanto a la agricultura: la sobre explotación del suelo, la pérdida de suelo cultivable por erosión, uso excesivo de abonos nitrogenados, pesticidas y plaguicidas ha contaminado tanto el suelo como el agua a dado lugar a un problema derivado del fitomejoramiento es que las variedades de alto rendimiento han desplazado a las variedades locales, de modo que se acentúa la pérdida de plantas de cultivo y por tanto se disminuye la variabilidad genética necesaria en la Mejora Genética Tradicional que se basa en encontrar variedades vegetales que contengan los genes determinantes de características deseables, para incorporarlas mediante cruzamientos al cultivo que deseamos mejorar.

BIOTECNOLOGIA

La importancia de la biotecnología

La biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas (procesos de fermentación) o, como ya hemos comentado, en el mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. En términos generales, biotecnología se puede definir como el uso de organismos vivos o de compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos de valor para el hombre.
En el núcleo de las células vegetales y animales se encuentran los cromosomas, cada uno compuesto por una larga y única molécula de ADN. Los genes se encuentran localizados a lo largo de los cromosomas. Un gen es la unidad funcional básica de la herencia; esto significa que contiene la información genética que es responsable de la expresión de un rasgo o carácter en particular.
A partir de la segunda mitad del siglo XX comenzaron a desarrollarse técnicas de biología molecular que permitían analizar y manipular el ADN. Gracias a estas técnicas, en 1978 Boyer logró aislar el gen de insulina humano e insertarlo en bacterias, convirtiéndolas en productoras grandes cantidades de insulina. Ahí nace la biotecnología moderna. Desde entonces, la modificación genética de bacterias se ha empleado en la obtención de fármacos o vacunas, así como de productos de interés económico cuya preparación por síntesis química es más costosa (Ej. antibióticos, aditivos alimentarios, etc)
Implicaciones de la biotecnología en la agricultura y la ganadería:
La mejora tradicional de especies vegetales y ganaderas se ha basado en características visibles como por ejemplo la resistencia a la sequía, el tamaño de los cuernos o la cantidad de leche producida. Lógicamente, esos caracteres visibles vienen determinado por la información genética contenida en el ADN de la especie susceptible de ser mejorada (genotipo). Algunos caracteres estarán controlados por un solo gen y otros por más de uno, pero es posible identificar genes específicos mediante el empleo de marcadores moleculares.
Los marcadores moleculares son secuencias de nucleótidos cercanas a un gen determinado, por lo que, al estar juntos en el mismo cromosoma, tienden a mantenerse juntos en las siguientes generaciones. Los que se interesa identificar son aquellos que están asociados a caracteres de interés económico (mejor calidad de la carne, frutos más dulces), de forma que, al efectuar un cruzamiento, basta con encontrar el marcador para saber que el gen de interés está presente en la progenie. Este procedimiento, denominado selección asistida por marcadores moleculares, permite acelerar los procesos de selección y mejora, ya que no hay necesidad de esperar a que se manifieste. Por otro lado, la biotecnología ha abierto nuevos caminos que hacen posible evitar los métodos tradicionales de reproducción selectiva y transferir directamente rasgos deseables a animales y cultivos. Mediante la ingeniería genética es posible introducir en un organismo uno o más genes (transgenes) que no estaban presentes en la especie de forma natural. Estamos hablando ya de los organismos transgénicos. El gen o los genes extraños incorporados suelen proceder de una especie diferente y confieren al organismo transgénico nuevas capacidades de las que carecía la especie no modificada. La característica fundamental de los organismos transgénicos es que la información genética extraña se incorpora de forma estable al genoma del organismo, y se transmite por tanto a la descendencia; es una transformación permanente.

TECNOLOGIA DE ADN RECOMBINANTE

La manipulación deliberada de las moléculas de ADN con el fin de transferir información genética desde un organismo a otro se denomina Ingeniería genética o tecnología de ADN recombinante.
Por lo general, se sigue el siguiente proceso:
El ADN del organismo donador se extrae y se corta el gen de interés o transgén mediante enzimas de restricción
El transgén se une a otro fragmento de ADN mediante enzimas para formar una nueva molécula de ADN recombinado. Esta molécula acostumbra a llevar los siguientes componentes básicos:
- Secuencia promotora o promotor fundamental para que el gen se pueda expresar de forma correcta. El enzima ARN polimerasa (responsable de la producción de ARN mensajero), se adhiere al promotor e inicia la trascripción del transgen, es decir, la síntesis del ARN mensajero.- - Secuencia de terminación; la cual indica a la maquinaria celular que se ha finalizado la secuencia génica.
- Si es necesario, se puede agregar a esta construcción de ADN un gen marcador. Este gen nos permitirá identificar aquellas células que han integrado de forma exitosa el transgén.
Esta construcción se transfiere y mantiene dentro de una célula hospedadora. La introducción del ADN en la célula hospedadora se denomina transformación. Aquellas células que han tomado la construcción de ADN (células transformadas) se identifican y se aíslan de aquellas que no contienen la construcción.

MICROORGANISMOS TRANSGÉNICOS

Los microorganismos son demasiado pequeños para poder ser observados a simple vista, siendo necesario emplear el microscopio para visualizarlos; estos son: las bacterias, levaduras, protozoos, algas multicelulares, etc.
La introducción de ADN foráneo en un microorganismo da lugar a los microorganismos transgénicos. La mayoría de microorganismos transgénicos son bacterias unicelulares o levaduras.
Las bacterias y levaduras transgénicas se usan principalmente en la industria alimentaria, en la producción de aditivos alimentarios, aminoácidos, péptidos, ácidos orgánicos, polisacáridos y vitaminas. También se han aplicado en procesos de bioremediación y, en medicina, se emplean ampliamente para producir proteínas de interés como por ejemplo, la insulina.
Desarrollo de microorganismos transgénicos:
Fabricar un transgénico unicelular es más fácil que producir una planta o animal transgénico, ya que en éstos hay que asegurar la presencia del nuevo ADN en todas las células del organismo.
Para desarrollar una bacteria transgénica, el gen de interés se incorpora en un plásmido (ADN circular extracromosómico capaz de auto replicarse) y se incuba junto con la bacteria bajo condiciones específicas que favorecen la entrada del plásmido en el interior de la bacteria. Si la bacteria retiene el plásmido y la proteína que expresa el gen de interés no resulta tóxica para su desarrollo, se obtiene una bacteria transgénica, con nuevas características determinadas por el gen introducido. La bacteria más utilizada es la Escherichia Coli.
No obstante y a pesar que su fácil manipulación, las bacterias no son siempre la mejor elección para producir proteínas humanas. Algunas de éstas no son funcionales si no están glicosiladas, es decir, si no se añaden azúcares a la cadena de aminoácidos, y este proceso no lo pueden llevar a cabo las bacterias. En estos casos se utilizan levaduras transgénicas, que sí son capaces de glicosilar. La producción de levaduras transgénicas implica también el empleo de plásmidos, siendo la levadura Saccharomyces cerevisiae (responsable, entre otros procesos, de la fermentación del pan) la especie más empleada.
Aplicaciones de los microorganismos transgénicos
Los microorganismos transgénicos son una herramienta de fundamental importancia en investigación. La introducción en bacterias de plásmidos que contienen un gen concreto a estudiar se realiza de forma rutinaria en los laboratorios, ya sea con el objeto de tener un stock de dicho gen (mediante el crecimiento de colonias que permiten tener gran cantidad de células que lo contienen) o para expresar una proteína de interés. Estas bacterias transgénicas ayudan a los científicos a entender mejor algunos procesos bioquímicos, la regulación de genes y su función.
Producción de proteínas en medicina
Como ya se ha comentado, se han desarrollado bacterias E.Coli capaces de producir insulina humana, imprescindible para pacientes diábeticos. Antes del empleo de bacterias transgénicas, la insulina se obtenía de vacas y cerdos, pero, como su estructura difería ligeramente de la variedad humana, en algunos casos provocaba una reacción alérgica. Las bacterias transgénicas han eliminado este problema. Asimismo, la levadura Saccharomyces cerevisiae se ha modificado genéticamente para obtener insulina humana.
También se han desarrollado bacterias transgénicas para producir la hormona del crecimiento, que se emplea para tratar a niños con enanismo. Otros usos en medicina de los microorganismos transgénicos son la producción de vacunas, anticuerpos, etc.
Bioremediación
Existen microorganismos capaces de utilizar como nutrientes compuestos tóxicos o peligrosos, como hidrocarburos, detergentes, bifenilos policlorados, etc., de forma que su metabolismo los convierte en productos inocuos para el medio ambiente. El empleo de organismos vivos para degradar residuos se conoce como bioremediación. La mayoría de aplicaciones biotecnológicas aplicadas al medio ambiente utilizan microorganismos naturales, pero se están desarrollando microorganismos transgénicos para eliminar materiales difíciles de degradar. Por ejemplo, bacterias Pseudomonas transgénicas son capaces de degradar compuestos polihalogenados. La investigación en este campo busca los enzimas presentes en microorganismos naturales que son eficientes en el tratamiento de compuestos tóxicos y determinar como pueden mejorarse mediante ingeniería genética.
Industria alimentaria
Los microorganismos modificados genéticamente se emplean en la industria alimentaria para producir aditivos alimentarios como edulcorantes artificiales y aminoácidos con el propósito de incrementar la eficiencia y reducir su costo. Otros productos de estos microorganismos son enzimas recombinantes que se emplean en panadería, producción de cerveza, producción de queso. También se aplican en procesos de fermentación, como por ejemplo el empleo de levaduras transgénicas para desarrollar el sabor y aroma en la industria de la cerveza.

ANIMALES GENETICAMENTE MODIFICADOS

Un animal transgénico es el resultado de insertar un gen foráneo (transgen) en su genoma, con el fin de modificar alguna característica del animal, ya sea porque el transgen introduzca una nueva funcionalidad o porque bloquee la expresión de un gen particular del huésped. Dicho gen se construye mediante la tecnología de ADN recombinante, de forma que, además de su secuencia, incluye otras que le permiten incorporarse al ADN del huésped y ser expresado correctamente por las células de éste.

Los animales transgénicos se están utilizando para:
-Profundizar en el estudio del desarrollo y fisiología del animal
-Estudiar enfermedades y contribuir al desarrollo de tratamientos más efectivos
-Producir productos biológicos útiles
-Ensayar la seguridad de vacunas y productos químicos
-Incrementar en animales de granja la calidad y cantidad de sus productos
-Conseguir órganos que puedan utilizarse en transplantes

Métodos de obtención de animales transgénicos
El primer paso consiste en identificar y aislar el gen que se desea insertar en el genoma del animal con el fin que manifieste un carácter determinado o produzca la síntesis de una proteína. Para introducir el gen existen distintos métodos:

Microinyección
Se extraen los óvulos de hembras en la que se ha inducido una superovulación, y se fecundan in vitro. Bajo un microscopio, el óvulo fecundado se inmoviliza con una pipeta y se inyecta una pequeña cantidad de una solución que contiene muchas copias del transgén en el pro-núcleo masculino. Posteriormente, estos óvulos fecundados se introducen en madres adoptivas, previamente tratadas con hormonas que induzcan el momento adecuado de su ciclo ovárico para recibir el embrión y que progrese el embarazo.
Este método no permite controlar la integración del gen en el lugar adecuado del genoma, sino que la integración se efectúa al azar. A causa de ello, no todos los animales que nacen han incorporado el transgén (no son transgénicos), o lo han incorporado en un lugar erróneo, lo cual puede provocar que nazcan con deformidades. Los animales que se identifiquen como transgénicos serán la generación inicial, a partir de la cual y mediante cruzamientos se obtendrán una línea trangénica donde el transgén sea estable.

Transferencia del gen empleando retrovirus como vectores
En este método se emplea virus capaces de transportar el transgén hasta las células embrionarias e insertarlo en su genoma. Al igual que la microinyección, la inserción se efectúa al azar, por lo que para tener líneas puras es necesario proceder a una selección de la progenie.

Transformación de células madre embrionarias
Este método es menos aleatorio que los anteriores y se utiliza para dirigir los transgenes a lugares específicos del genoma. El proceso consiste en transformar la célula madre en cultivo con el transgén utilizando los vectores adecuados. Las células madres transformadas se inyectan en embriones en fase de blastocito, y se implanta en una madre adoptiva.

Utilización de animales geneticamente modificados

• Fisiología y desarrollo
  Los animales transgénicos se pueden diseñar específicamente para permitir el estudio de la regulación de los genes y cómo afectan al funcionamiento corporal y a su desarrollo. La introducción de genes de otras especies que alteren la expresión de un factor determinado, ya sea aumentando o suprimiendo su producción, y el estudio de los efectos biológicos derivados de esa modificación, permiten obtener información sobre el papel biológico de dicho factor en el organismo. Por ejemplo: enfermedades que tengan que ver con el desarrollo físico.
  


• Estudio de enfermedades
  Muchos animales transgénicos se diseñan para aumentar la comprensión del papel de los genes en el desarrollo de una enfermedad, o para imitar enfermedades humanas con el fin de investigar nuevos tratamientos. Existen modelos transgénicos para una amplia variedad de enfermedades humanas, como cáncer, fibrosis quística, artritis reumatoide y Alzheimer. El inconveniente radica en que estos animales no sean, probablemente, ni adecuados ni relevantes como modelos humanos.
  


• 
  
  Productos biológicos
  Se pueden crear animales transgénicos que produzcan productos biológicos útiles (medicinas, proteínas, etc.) mediante la introducción de la porción de ADN que codifica ese producto en particular.
  


• 
  
  Ensayo de seguridad de vacunas y productos químicos
  Se han desarrollado ratones transgénicos para ensayar la seguridad de las vacunas antes de suministrarlas a humanos. También se emplean animales transgénicos con genes que les hacen más sensibles a la toxicidad de fármacos o productos químicos presentes en el ambiente, de forma que los ensayos se realizan con menos animales y se obtienen resultados con mayor rapidez.
  


• 
  
  Donación de órganos
  Se han desarrollado cerdos transgénicos con el fin de producir órganos para trasplantes de forma que no exista rechazo por el sistema inmunológico del paciente. Para ello se ha insertado un gen que expresa una proteína humana en la superficie de las células del animal, de modo que dichas células no son desconocidas para el sistema inmune humano y por tanto se evita el rechazo.
  


• 
  
  Incrementar en animales de granja la calidad y cantidad de sus productos
  La ingeniería genética en animales de granja se ha dirigido a mejorar la productividad animal: se han desarrollado vacas que producen más leche , ovejas que producen más lana y peces con mayor tasa de crecimiento
  La producción de peces genéticamente modificados es objeto de mucho interés desde el punto de vista comercial, siendo los rasgos de mayor interés el crecimiento, la resistencia a las enfermedades y la mejor tolerancia ambiental. La manipulación genética de animales de granja es objeto de preocupación en algunos sectores a causa del sufrimiento que puede conllevar al animal la introducción de un transgen. Por ejemplo, los cerdos transgénicos a los que se les ha introducido el gen de la hormona del crecimiento de la vaca para incrementar su producción de carne, sufren de artritis, úlceras, enfermedades del riñón y problemas de fertilidad.

La modificación genética se ha extendido a gran número de especies como por ejemplo el gusano de seda para segregar colágeno o fibras de colores novedosos y cualidades únicas u orugas portadoras de espidroína, la proteína responsable del ultra resistente hilo de las arañas, con lo cual se dispondría de abundante materia prima para tejer paracaídas y chalecos anti-balas