Qué es la Ingeniería Genética

¿Qué es la Ingeniería Genética?


 Una explicación sencilla sería decir que es el área de la biológica molecular que trabaja sobre la manipulación de los genes (ADN), y en la actualidad es utilizada por la Biotecnología para desarrollar mejoras (de calidad y cantidad) en los alimentos, para desarrollar vacunas y muchas utilidades más como la clonación humana.
Si dividimos el ADN en fragmentos mediante el uso de las enzimas de restricción, los mismos quedarán rebordeados por una sustancia pegajosa que hace que se puedan unir fragmentos de diferente procedencia dando origen al ADN recombinante. El proceso que acabamos de describir es lo que comúnmente hace la Ingeniería Genética.

¿Cuál es el origen de la ingeniería gentetica?

En una conferencia sobre plásmidos bacterianos que tuvo lugar en Hawaii, en el otoño de 1972 se encontraron Herbert Boyer (bioquímico de la Universidad de California en San Francisco) y Standley Cohen (profesor de medicina en la Universidad de Standford). Este encuentro fortuito hizo posible el nacimiento de la tecnología del ADN recombinante, es decir el proceso por el cual el material genético de un organismo es introducido en el genoma de otro organismo para que este último lo replique y exprese. Este descubrimiento abrió las puertas a una industria multimillonaria que al día de hoy sigue en crecimiento.
El laboratorio de Boyer había conseguido aislar una enzima (llamada “de restricción”) que podría ser usada para cortar fragmentos de ADN en segmentos cohesivos precisos es decir, en segmentos que llevarían el material genético necesario para la expresión de una proteína determinada. Además los fragmento producidos por la digestión con enzimas de restricción podían ser acoplados a otras hebras de ADN que tuviesen extremos que coincidiesen con los cortes. Por otra parte, Cohen y sus colaboradores habían desarrollado un método para introducir plásmidos con genes de resistencia a antibióticos a una bacteria determinada.
También desarrollaron otro método para aislar y clonar genes que forman parte de un plásmido bacteriano.
Es por ello que ambos científicos decidieron combinar sus técnicas para fundar los cimientos de la biotecnología. Cohen y Boyer supieron ver que tenían entre manos una tecnología muy poderosa, una tecnología que les permitiría seleccionar cualquier gen, por ejemplo el gen de la insulina humana, insertarla en un plásmido y transferirlo al genoma de una bacteria como E. coli. Estas bacterias servirían como minifábricas, que permitirían la producción a gran escala de proteínas, que podrían tener una amplia gama de aplicaciones.
Tras varias mejoras de la técnica, múltiples patentes, y un considerable trabajo de marketing, Boyer y Cohen dieron lugar a una industria gigantesca. En este punto Boyer supo ver que las posibilidades económicas eran muy buenas y decidió fundar su propia empresa: Genentech. Esta empresa es la que convirtió a Boyer en el primer biólogo molecular multimillonario, algo que le supuso la enemistad de sus colegas científicos por creer estos que estaba traicionando el espíritu de la ciencia.

Mitosis

   En biología, la mitosis es un proceso que ocurre en el núcleo de las células eucarióticas y que precede inmediatamente a la división celular consistente en el reparto equitativo del material hereditario (ADN) característico. La mitosis es igualmente un verdadero proceso de multiplicación celular que participa en el desarrollo, el crecimiento y la regeneración del organismo. Este proceso tiene lugar por medio de una serie de operaciones sucesivas que se desarrollan de una manera continua, y que para facilitar su estudio han sido separadas en varias etapas:

1. Interfase:
   
   La célula está ocupada en la actividad metabólica preparándose para la mitosis. Los cromosomas no se distinguen claramente en el núcleo, aunque una mancha oscura llamada nucleolo, puede ser visible. La célula puede contener un centrosoma con un par decentriolos los cuales son sitios de organización para los microtúbulos.

   
   

   Profase:

   Se produce en ella la condensación del material genético para formar unas estructuras altamente organizadas, los cromosomas. Los cromosomas replicados están formados por dos cromátidas, unidas a través del centrómero por moléculas de cohesinas.
   
   Uno de los hechos más tempranos de la profase en las células animales es la duplicación del centrosoma; los dos centrosomas hijos migran entonces hacia extremos opuestos de la célula controlando la formación de unas estructuras fibrosas, los microtúbulos, mediante la polimerización de tubulina soluble.

   
   

   
   

   Prometafase:

   La membrana nuclear se separa y los mircrotúbulos invaden el espacio nuclear. Esto se denomina mitosis abierta, y ocurre en una pequeña parte de los organismos multicelulares. Los hongos y algunos protistas como las algas o las tricomonas, realizan una variación denominada mitosis cerrada, en la que el huso se forma dentro del núcleo o sus microtúbulos pueden penetrar a través de la membrana nuclear intacta

   .Cada cromosoma ensambla dos cinetocoros hermanos sobre el centrómetro, uno en cada cromátida. Un cinetocoro es una estructura proteica compleja a la que se anclan los microtúbulos. Aunque la estructura y la función del cinetocoro no se conoce completamente, contiene varios motores moleculares, entre otros componentes. Cuando un microtúbulo se ancla a un cinetocoro, los motores se activan, utilizando energía de la hidrólisis del ATP para "ascender" por el microtúbulo hacia el centrosoma de origen. Esta actividad motora, acoplada con la polimerización/despolimerización de los microtúbulos, proporcionan la fuerza de empuje necesaria para separar más adelante las dos cromátidas de los cromosomas.

   
   

   Metafase:

   A medida que los microtúbulos encuentran y se anclan a los cinetocoros durante la prometafase, los centrómeros de los cromosomas se congregan en la "placa metafásica" o "plano ecuatorial", una línea imaginaria que es equidistante de los dos centrosomas que se encuentran en los dos polos del huso.11 Este alineamiento equilibrado en la línea media del huso se debe a las fuerzas iguales y opuestas que se generan por los cinetocoros hermanos.
   
   Dado que una separación cromosómica correcta requiere que cada cinetocoro esté asociado a un conjunto de microtúbulos (que forman las fibras cinetocóricas), los cinetocoros que no están anclados generan una señal para evitar la progresión prematura hacia anafase antes de que todos los cromosomas estén correctamente anclados y alineados en la placa metafásica. Esta señal activa el checkpoint de mitosis.

    Anafase:

   Es la fase crucial de la mitosis, porque en ella se realiza la distribución de las dos copias de la información genética original. Entonces tienen lugar dos sucesos. Primero, las proteínas que mantenían unidas ambas cromatidas hermanas son cortadas, lo que permite la separación de las cromátidas.
   
   A continuación, los microtúbulos no asociados a cinetocoros se alargan, empujando a los centrosomas hacia los extremos opuestos de la célula. Este movimento parece estar generado por el rápido ensamblaje de los microtúbulos.
   
   Estos dos estadios se denominan a veces anafase temprana (A) y anafase tardía (B). La anafase temprana viene definida por la separación de cromátidas hermanas, mientras que la tardía por la elongación de los microtúbulos que produce la separación de los centrosomas. Al final de la anafase, la célula ha conseguido separar dos juegos idénticos de material genético en dos grupos definidos, cada uno alrededor de un centrosoma.

   
   

   Telofase:

   

   
   

   
   

   
   

     Durante la telofase, los cromosomas hermanos se encuentran cada uno asociado a uno de los polos. La membrana nuclear se reforma alrededor de ambos grupos cromosómicos, utilizando fragmentos de la membrana nuclear de la célula original. Ambos juegos de cromosomas, ahora formando dos nuevos núcleos, se descondensan de nuevo en cromatina.

   
   

   
   

   
   

   Citocinesis:

   Técnicamente no es parte de la mitosis, sino un proceso aparte, necesario para completar la división celular. Tanto en células animales como en plantas, la división celular está dirigida por vesículas derivadas del aparato de Golgi, que se mueven a lo largo de los microtúbulos hasta la zona ecuatorial de la célula.
   
   Al final del proceso, cada célula hija tiene una copia completa del genoma de la célula original.
   
   

   
   

   Todas las etapas de la mitosis: 

   
   

   
   

   

   
   

Maurice Wilkins

El premio Nobel de Medicina de 1962, Maurice Wilkins, un científico británico cuyos experimentos propiciaron el celebrado hallazgo de la estructura del ADN, murió el 5 de octubre en un hospital londinense a los88 años.

Wilkins, que obtuvo el Nobel de física y medicina en 1962, el mismo año que los descubridores de la doble hélice del ADN, Francis Crick y James Watson, falleció acompañado de su familia tras muchos años dedicados a la ciencia prácticamente en la sombra.

La comunidad científica expresó su pesar ante la desaparición del físico, que pasó siete años verificando la hipotética estructura de doble hélice del ADN construida por sus dos colegas.

Además, fueron sus experimentos en cristalografía de Rayos-X los que posibilitaron el descubrimiento de Crick y Watson.

Wilkins, y después Rosalind Franklin, demostraron que los Rayos-X podían utilizarse para investigar el ADN.

El modesto trabajador en la sombra

"Maurice Wilkins desempeñó un papel clave en uno de los descubrimientos más importantes de la historia...", afirmó Adrian Hayday, profesor de Inmunobiología en el londinense King's College.

"El éxito de Watson y Crick en la elucidación de la estructura del ADN es universalmente conocido y reconocido -añadió-. Pero su dependencia de los resultados experimentales logrados primero por Wilkins y después por Franklin, es a menudo pasada por alto".

En esta línea se pronunciaron otros científicos, que destacaron lamodestia de Wilkins y su dedicación a la ciencia.

"Fue un científico muy importante que probablemente no obtuvo el reconocimiento que merecía por descubrimientos que han revolucionado la ciencia", dijo Stephen Minger, profesor de Ciencias Biomédicas en la universidad londinense.

El maestro de Crick

Fue Wilkins quien obtuvo por primera vez una imagen de Rayos-X del ADN, quien enseñó a Crick sobre el ácido desoxirribonucleico y quien inspiró a Watson.

"Después, también fue él quien verificó que la estructura de doble hélice era correcta", señaló el científico Matt Ridley.

Nacido en 1916, Wilkins estudió Física en la Universidad de Cambridge, antes de trasladarse a la de Birmingham.

Durante la segunda Guerra Mundial, trabajó en la Universidad de California, donde participó en el proyecto 'Manhattan' de la bomba atómica.

Después de la guerra, fue profesor de Física en la Universidad escocesa de Saint Andrews -donde estudia el príncipe Guillermo de Inglaterra- y en 1963 pasó a enseñar en King's College de Londres, donde hizo sus importantes experimentos y produjo imágenes de la forma de la molécula del ADN.

El profesor Francis Crick, que junto a Watson es celebrado como descubridor del llamado "secreto de la vida", murió de cáncer de colón el pasado julio en San Diego, California, también a los 88 años.

Francis Crick

Primogénito en una familia de zapateros, Harry y Elizabeth Crick, Desde pequeño tuvo interés en la ciencia y aprendió todo lo que podía de los libros. De niño, era llevado a la iglesia Congregacionalista por sus padres, y a la edad de 12 años le dijo a su madre que ya no quería asistir,

Prefirió la investigación científica a las creencias de cualquier dogma,Asistió a la escuela.y después de los 14 años recibió una beca para estudiar Matemáticas, Física y Química en la Mill Hill School de Londres,Estudió física en el University College London, después de ser rechazado por la Universidad de Cambridge, licenciándose en ciencias en 1937 a los 21 años. Sus contemporáneos en investigación sobre el ADN, o Ácido Desoxiribo Nucleico Rosalind Franklin y Maurice Wilkins asistieron a la Universidad de Cambridge, en Newnham y St. Johns, respectivamente.

para su doctorado trabajó en un proyecto para medir la viscosidad del agua a altas temperaturas,

para su doctorado trabajó en un proyecto para medir la viscosidad del agua a altas temperaturas, al que luego describió como aburrido. con el inicio de la Segunda Guerra Mundial, un incidente en el que una bomba cayó sobre el techo del laboratorio, destruyendo su aparato experimental, truncó su carrera de físico.

En la Segunda Guerra Mundial, se incorpora en 1939 y trabaja en minas submarinas magnéticas y acústicas por encargo de la Marina Real Británica. Trabajó en el diseño de una nueva mina, que fue efectiva contra los rastreadores de minas alemanes. Al terminar la guerra, se interesó por la biología y la química. Después de la guerra, en 1947, Crick comenzó a estudiar Biología y formó parte de una migración importante de científicos del área de la Física a la investigación biológica. Durante casi dos años, Crick trabajó estudiando las propiedades físicas del citoplasma en el Cambridge Strangeways Laboratory.

En 1951 comienza a trabajar con James Watson y consagra todo su tiempo a la estructura de la molécula ADN, ya identificada por los biólogos como llave para el inicio de la comprensión de la genética,asándose en análisis cristalográficos por rayos X de Rosalind Franklin, sobre las competencias específicas en genética y en procesos biológicos de Crick y en cristalografía de Watson, proponen la estructura en doble hélice de la molécula de ADN, publicada el 25 de abril de 1953 en la revista Nature.La estructura de la molécula en doble hélice que es el ADN dio al mundo la llave para entender todos los secretos de la vida: toda la vida en la tierra existe únicamente gracias a este omnipresente ADN, desde la bacteria más pequeña hasta el hombre. Este descubrimiento le valió el premio Nobel de Medicina en 1962 junto a James D. Watson y al británico de origen neozelandés Maurice Wilkins, cuyos trabajos sirvieron de base.

Mientras numerosos equipos de científicos hacían esfuerzos, baldíos por carecer de microscopios lo suficientemente potentes, para tratar de leer la estructura de la molécula, Crick y Watson descubrieron que haciendo cristalizar la molécula y sometiéndola a haces de rayos X de los que se estudiaba a continuación los distintos modos de difracción era posible reconstruir la forma de la molécula y entender su funcionamiento.

Rosalind Franklin: La Madre de la Genética

Rosalind Elsie Franklin fue una biofísica y cristalógrafa inglesa autora de importantes contribuciones a la comprensión de las estructuras del ADN.
Considerado como el logro médico más importante del siglo XX, el modelo de la doble hélice del ADN abrió el camino para la comprensión de la biología molecular y las funciones genéticas.
Rosalind Franklin obtuvo una fotografía de difracción de rayos X que reveló, de manera inconfundible, la estructura helicoidal de la molécula del ADN.

Esa imagen, conocida hoy como la famosa fotografía 51, fue un respaldo experimental crucial para que el investigador estadounidense James Watson y el británico Francis Crick establecieran, en 1953, la célebre hipótesis de la “doble helice” que es característica de la estructura molecular del ADN (ácido desoxirribonucleico).
Rosalind Franklin fue discriminada debido a ser mujer,  fallecio en 1958 y no alcanzo a ser elegible para candidata del Premio Nobel otorgado posteriormente a Crick, Watson y Wilkins en 1962 ya que una de las reglas del Premio Nobel era prohibir las candidaturas póstumas.

  

James Watson

Bioquímico y genetista norteamericano, nacido en Chicago (Ill.). Tras graduarse en zoología por la Universidad de Chicago (1947) y doctorarse por la Universidad de Indiana (1950), donde se interesó por los efectos producidos por los rayos X sobre la multiplicación de los bacteriófagos, James Dewey Watson prosiguió sus estudios en el Consejo Nacional de Investigación de Copenhague (1950-51), donde se realizaban investigaciones sobre la estructura de las grandes moléculas biológicas. En un simposio celebrado en Nápoles en 1951, Watson tuvo un encuentro con Wilkins y vio por primera vez el modelo estructural del ADN (ácido desoxirribonucleico) obtenido con la técnica de difracción de rayos X, lo que le llevó a interesarse por la química estructural de los ácidos nucleicos. En Cambridge colaboró con Crick en la investigación de la estructura del ADN y en 1953 adelantó que los componentes esenciales de este ácido -cuatro bases orgánicas- debían estar enlazados por pares: adenina con timina y guanina con citosina. Así pudo postular con Crick el modelo molecular de doble hélice para el ADN, en que una molécula podía duplicarse, puesto que las dos cadenas de la hélice eran complementarias.

   James Dewey Watson trabajó luego en el Instituto Tecnológico de California, en Pasadena (1953-55) y en la Universidad de Harvard, donde llegó a ser profesor de bioquímica y biología molecular (1961). Finalmente ayudó a descifrar el «código genético» contenido en las secuencias del ADN y descubrió el ARNm (ácido ribonucleico mensajero), que transfiere el código ADN a las estructuras celulares formadoras de proteínas.