Vectores Moleculares: Jugando con los genes

Pregúntale a un matemático y te hablará de un elemento de un espacio vectorial; un físico, por su parte, te hablará de la representación de una magnitud física con módulo y dirección; si le pides su opinión a un médico te dirá de los organismos que transportan un patógeno de un huésped a otro sin ser infectados ellos mismos (como los mosquitos del dengue). Los Biólogos Moleculares tienen otra acepción de la palabra “vector”, y la verdad es que es, por mucho, la más divertida de todas (reclamo de mewcero en 3, 2, 1…).

Para un biólogo los vectores son moléculas de DNA usadas como transporte para transferir nuevo material genético a una célula. Lo interesante de los vectores es que con ellos puedes insertar segmentos nuevos de DNA a organismos que anteriormente no los tenían, es decir, modificar genéticamente a los seres vivos, ¡lo cual te abre una infinita gama de posibilidades! Desde lograr hacer plantas más resistentes a las sequías para mejores cosechas hasta bacterias que produzcan insulina humana (un milagro para muchos pacientes de diabetes) o incluso bacterias que coman moscas (sí, bacterias que coman moscas). A la tecnología de modificar genéticamente organismos se le llama ingeniería genética.

Hay muchos tipos de vectores, como los plásmidos, cósmidos, cromosomas artificiales etc. A mi parecer, los más sencillos de comprender son los plásmidos, que son moléculas circulares de DNA relativamente pequeñas en las cuales se insertan los genes que se quieren transferir; de este modo, introduciendo el plásmido en una célula se introducen los genes. Aunque hay muchos tipos de vectores, todos tienen en común tres componentes:

° Origen de la replicación, es decir, una secuencia que le indica a la célula que tiene que duplicar el vector, pues estos se insertan en pequeñas cantidades y se requiere que haya suficientes para  que las células los pasen células hijas.

Esquema muy simplificado de la inserción de un plásmido. El plásmido se inserta en una bacteria que no lo tiene (en rojo el material genético de la bacteria), luego es replicado en la bacteria y, al dividirse, pasa a las células hijas.

° Un sitio múltiple de clonación, que es un segmento con numerosas secuencias pequeñas que tienen la particularidad de ser cortadas por unas enzimas especiales llamadas “de restricción”. ¿Para qué cortar? Para poder insertar los genes que queremos meter en el vector. Me explico: si tu cortas un sitio de clonación en un plásmido con determinada enzima de restricción, y con la misma enzima recortas el gen que quieres introducir, puedes pegar el gen en el plásmido justo en el sitio en que lo cortaste, y lo que hace esto muy útil es que no puedes pegar ahí otro gen que haya sido cortado con otra enzima, de tal modo que cortando con las enzimas adecuadas, puedes colocar el gen que quieras en el sitio que quieras y no en otro lugar.

° Un marcador selectivo, que es un gen que permite seleccionar fácilmente a los organismos en que la inserción del vector fue exitosa. Por ejemplo, si se agrega el gen de resistencia a la ampicilina como marcador selectivo en una colonia de bacterias, basta con hacer los cultivos en un medio con ampicilina para que sólo aquellas bacterias en que los genes fueron correctamente insertados sobrevivan.

Además, no solo puedes insertar genes, sino que cualquier bioparte que quieras. Una bioparte es un segmento de DNA que cumple cierta función determinada. Por ejemplo, hay biopartes encargadas de regular la expresión de los genes que están insertando con un vector, y los genes mismos son un tipo de biopartes.

Sin embargo, insertar genes en un nuevo organismo es todo un arte. No es tan sencillo como agarrar pedazos de DNA y aventarlos dentro de una célula. No. Para que funcionen, se necesita más que eso:

Primero que nada, tienes que conseguir insertar en gen en un vector. Para esto, debes extraer el DNA del organismo en que se encuentra el gen que quieres utilizar, ampliarlo por una técnica especial que copia sólo la parte que quieres del DNA llamada PCR, recortar el gen con enzimas de restricción, hacer un corte de restricción al vector e insertar el gen en él.

Segundo, debes garantizar su expresión. No por haber conseguido que un gen entre a un organismo significa que éste lo va a utilizar correctamente. Puede darse el caso de que no lo utilice para nada, o peor aún, que lo use de forma descontrolada y loca. Para regular la expresión de los genes debemos utilizar otro tipo de biopartes llamadas promotores, cuya función es regular la expresión de un gen. Hay promotores que se activan mediante estímulos químicos, como el famoso caso de los operones (de los cuales probablemente les hable en entradas posteriores); otros muy sofisticados se regulan por otros estímulos como la incidencia de luz sobre la célula. Con la gran variedad existente de promotores puedes jugar con la expresión de genes bajo diferentes condiciones: hacer que cuando le agregues cierta sustancia al medio de cultivo de unas bacterias un gen se active y otro se apague, o que ambos se activen, o ambos se apaguen… en fin, las posibilidades son muy grandes.

Esquema del uso de un plásmido. Primero se tiene el vector molecular con su marcador selectivo, su origen de la replicación y un sitio múltiple de clonación con sitios de corte para tres enzimas diferentes (generalmente se tienen sitios para más). Se tiene también el DNA genómico de un organismo con tres genes que se quieren pasar al plásmido. Estos genes se recortan utilizando una de las tres enzimas de restricción para las que tiene sitio el plásmido, se cortan dichos sitios también en el plásmido y se insertan los genes en él. El resultado es un plásmido con los tres genes insertados. Recuerda que es válido también para otros vectores moleculares, y que además de genes se pueden insertar otras biopartes. Observa cómo utilizando adecuadamente las enzimas de restricción se pueden insertar los genes en el orden que se quiera.

Aparte de alimentos transgénicos o bacterias que produzcan insulina humana, hay otras aplicaciones de la ingeniería genética quizás no tan útiles pero definitivamente muy divertidas. He aquí algunos ejemplos de cosas divertidas que pueden hacerse con vectores moleculares:

Conejos fluorescentes

No es fotoshop, es un conejo al que le insertaron un gen y expresa la proteína verde fluorescente (GFP), obra de Eduardo Kac, un artista contemporáneo llamado a sí mismo "Bio artista".

Bacterias devora moscas.

Un grupo de jóvenes japoneses logró desarrollar bacterias E. coli capaces de comer moscas. En la liga viene más información.

http://2011.igem.org/Team:Kyoto

Pececitos de colores.

A estos ejemplares de pez cebra (Danio rerio) se les insertaron genes de proteínas fluorescentes diferentes. El resultado: peces de colores.

Al ser este un tema muy controversial en el sentido ético, quiero dar mi punto de vista. Muchas personas le tienen miedo a la modificación genética de los organismos vivos. Algunos dicen que es jugar a ser Dios, otros que es alterar el curso de la evolución y que es completamente antidarwinista, mientras que otros catastrofistas piensan que si modificamos genéticamente a los organismos terminaremos extinguiendo a la mayoría de las especies del planeta. Francamente yo soy mucho más optimista: no veo por qué sea jugar a ser Dios, si no lo es hacer una herramienta de madera o domesticar a un perro, que al final de cuentas es lo mismo: modificar a un organismo; ¿antidarwinista? La modificación genética es una posibilidad de variación y selección más, y se supone que así evolucionamos los seres vivos, además, aún así fuese antidarwinista (que según yo no lo es), estar en contra de ello sólo por esto es darle un tinte dogmático a la obra de Darwin, lo cual en ciencia no se vale; y por último, las especies van y vienen en el planeta, además no creo que los organismos modificados desplacen a los silvestres siempre que se tomen las precauciones necesarias: lo que en verdad mantengo la esperanza de que los organismos transgénicos extingan es el hambre en el mundo.

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10 comentarios el “Vectores Moleculares: Jugando con los genes

      • Claro que sí! Vectorcitos matemáticos que son entes que tienen magnitud y dirección, o mejor aún, entes que viven en un espacio vectorial y que puedes hacer muchas cosas tan divertidas con ellos 🙂

  1. Dejando de lado el debate de los vectores (a lo cual apoyo más el punto de vista matemático, ya que un vector puede estar en n-dimensiones y una molécula está restringida en 3), no estoy en contra de utilizar la ingeniería genética para hacer cultivos resistentes o mejorar la calidad de vida del ser humano…

    Lo que no me parece es “experimentar con la vida”, ¿qué culpa tiene el conejo para que lo vuelvan fosforescente? si no mal recuerdo, creo que también insertó su ADN en una planta para darle un color rojo sangre…

    También existe otro “bio artista” que se hizo crecer una oreja en uno de sus brazos… bueno eso no me molesta que lo haga, al fin y al cabo es su cuerpo… Pero no tenemos el derecho de modificar sin una justificación válida a los seres vivos, el hecho de decir que es “artístico y científico” no nos da el derecho de modificar organismos vivos por caprichos o por ego humano.

    Esa es mi opinión.

    • Muy buena opinión, pero precisamente por eso es un tema controversial. Podemos decir que no tenemos derecho a modificar genéticamente a los seres vivos sin justificación alguna, pero ¿Quién dice que no? ¿Qué nos da o nos quita ese derecho? No me malentiendas, no estoy poniéndome de ningún lado, sólo estoy cubriendo todos los puntos posibles. Por mi parte, me parece muy ocioso (y muy poco artístico) hacer un conejo fluorescente, además de ser un brutal desperdicio de dinero y material que podría utilizarse para algo más científico; pero sobre la modificación genética de seres vivos con fines científicos o para mejorar la calidad de vida humana estoy, al igual que tú, más que a favor. Por ejemplo, hay algunas cepas de Danio rerio (pez cebra) que fueron genéticamente modificadas para expresar ciertas proteínas fluorescentes y son muy utilizados para estudios del desarrollo del sistema nervioso en vertebrados. De nuevo surge la pregunta ¿tenemos derecho a modificar genéticamente a los seres vivos para nuestro propio beneficio, ya sea directo (alimentos transgénicos) o a largo plazo (investigación científica básica)? Mi respuesta es sí. ¿Qué nos da ese derecho? Dejo la moneda al aire, pero mi perspectiva tiene que ver con el hecho de que el humano es parte de la naturaleza y con mi ética personal.

  2. Interesantísima entrada, y con muchas cosas en tela de juicio (en el sentido de bio-ética).

    1. ¿Tienes conocimiento, HThalion, de si estas manipulaciones genéticas tienen efectos secundarios, como hacer a los receptores más propensos a algunas enfermedades, o acortar su esperanza de vida? Quiero decir, ¿el conejo pudo tener una vida conejística “normal”, excepto que era ahora el alma de toda fiesta electrónia? Supongo que si se reproducen en sus gametos también le mandan la información genética a sus hijos, ¿no?

    2. ¿El proceso de pasar esos genes a las células de un organismo se hace cuando éste está en formación? Quiero decir, en el caso del conejo, ¿en el cigoto? ¿O se puede hacer a un conejo adulto, y sólo hay que esperar a que sus viejas células mueran y le den paso a las células con el material genético fosforecente?

    3. Sobre la bioética. Uno de los comentarios de arriba decía que qué culpa tiene el conejo para ser fosforescente. Ninguna. Pero tampoco no la tiene. El conejo no hace nada, no sabe nada. El conejo no tiene ni idea de que le pasa. No importa (ni en el sentido ético, moral, religioso o racional) lo que “piense” o “sufra el conejo, mientras no sea inncesario. Incluso volver fosforiloco a un conejo aunque sea por “arte” (palabra cada día más desvirtuada, por lo que veo) debe tener su tremenda importancia.

    4. Jugar a ser Dios sería agarrar un bonche de NADA y sacar todo un Universo, con sus leyes y sus seres, vivos y no vivos, sus partículitas y sus estrellas y soles. Todo. Los ingenieros genéticos sólo están agarrando el barro (que un Creador habría puesto ahí) y están haciendo vasijas. O mejor aún: agarran agua y tierra y hacen lodo. O toman Oxígeno e Hidrógeno, hacen agua y luego consiguen los elementos y compuestos para hacer tierra y luego hacen lodo. Pero sigue siendo un proceso propio de alfareros. O se lo están untando en peleas de barro, quién sabe.

    5. Créeme, HThalion, yo también espero que la manipulación genética pueda curar enfermedades terribles y acabar con el hambre del mundo. Pero no faltan los tontos (no me censuren por esta palabra tan suavecita, que iba a poner peores cosas) (los mismos que apoyan la soberanía alimentaria y esas cosa) que le tienen miedo a los aliméntos transgénicos porque les huele a clembuterol o fertilizantes artificiales o aguas negras (¡?), así como quienes se oponen a la energía nuclear (la más limpia que existe) porque le temen a Hiroshima o a un Chernobyl. Y no solo aquí, incluso en los mejores países.

    6. Espero que pronto se puedan hacer bacterias que coman mosquitos. Conozco varios estados de este país donde hace falta una buena purga 🙂

    7. Todos saben que los tensores SON MEJORES QUE LOS VECTOES DE CUALQUIER TIPO!!! Por favor, ¡viven en los productos tensoriales de espacios tangentes en los puntos de las variedades!

    • 1. Depende de qué genes hayan sido modificados. A lo que tengo entendido en casos como inserción de proteínas fluorescentes como GFP (en el caso de este conejo) no hay ningún daño al GMO. Hay otros casos en los que puede ser beneficioso para el organismo, como las plantas transgénicas más resistentes a condiciones adversas que crecen más grandes, o para nosotros (e inocuo para el organismo) como las bacterias que producen insulina. En otros casos la modificación puede ser dañina para el OGM como muchas cepas de pez cebra, ratón y otros organismos modelo que se muta un gen para hacer estudios científicos.

      2. En el caso de animales en el cigoto o en una etapa muy temprana del desarrollo (por ejemplo, en pez cebra se hace antes de las primeras 4 divisiones celulares). No se puede hacer en organismos adultos, pues recuerda que mientras algunas de nuestras células están en constante renovación como las epidérmicas y las de la sangre, otras como las neuronas casi no se renuevan. En plantas desconozco el procedimiento, pero sé que se usa un aparato llamado “pistola de genes”.

      3. Como ya había expresado, desde mi punto de vista modificar genéticamente a los organismos no es malo, incluso si hay daño al GMO, pues si se hace por ciencia no está mal (yo he trabajado con cepas de pez cebra con mutaciones letales; terminan muriendo, pero el conocimiento que dejan vale la pena). En el caso del conejo fluorescente no hay daño al organismo, pero la verdad me parece un desperdicio tremendo de dinero y material. Hay conflictos también sobre las plantas transgénicas que podrían desplazar a la floa nativa, y a decir verdad este es un riesgo, pero yo soy de la idea de que si se toman precauciones no tienen por qué salirse de control.

      4. A mi punto de vista, creyentes o no, los científicos e ingenieros no juegan a ser Dios de ninguna manera. No puede haber algo malo en usar para nuestro bien el cerebro que tantos eones nos costó evolucionar. No tenemos poder creador, sino modificador, por lo que en el ámbito de religión no somos ni podemos ser dioses.

      5. Precisamente la finalidad de los transgénicos es tanto mejorar la producción como su calidad, poniendo fin a la era del clembuterol y ese tipo de cosas. El riesgo que tienen es, repito, que por ejemplo, las plantas transgénicas salgan de control y desplacen a la flora nativa, extinguiendo a algunas especies, cosa que si se toman precauciones no tiene por qué suceder. Yo soy optimista.

      6. No creo (repito, creo) que sea viable, por lo menos no a corto o mediano plazo. Recuerda que todo esto de modificaciones genéticas es muy caro y se lleva a cabo en laboratorios muy especializados. Creo que de momento tendremos que conformarnos con un raidolito.

      7. No.

    • Hola Nisha, antes que nada gracias a ti por leernos y me da mucho gusto que la información del Imperio te haya sido útil en la escuela. Sólo una cosa, respecto a la primera frase de tu comentario, yo considero que discutir sobre el tema y dar sus opiniones libremente es lo más sano del mundo, además de que nadie agredió al autor ni al contenido de esta entrada.
      Saludos, y espero que sigas con nosotros.

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