La bioingenieria y sus implicaciones cientificas eticas y sociales

LA BIOINGENIERÍA, también llamada ingeniería biomédica, se basa en la aplicación de los principios y conocimientos de la ingeniería al campo de la medicina. La unión de estas dos ciencias da lugar al diseño y construcción de productos y tecnologías sanitarias como lo son: equipos médicos, dispositivos de diagnóstico y de terapia, entre otros que buscan mejorar nuestra calidad de vida. La investigación que se lleva a cabo en el GBBA concierne principalmente el procesamiento de señales e imágenes médicas y la instrumentación electrónica.

Procesamiento de señales, El cuerpo humano manda constantemente información sobre cómo se encuentra su salud, esta información puede ser medida por distintos instrumentos médicos que miden la glucosa, el nivel de saturación del oxígeno, la presión sanguínea, entre otros. El procesamiento de señales consta de una serie de técnicas que buscan mejorar la utilidad de la cadena de datos y que así provean un mejor diagnóstico. Analiza estas medidas y provee información útil sobre la cual pueden tomarse decisiones. La bioingeniería busca nuevas maneras de procesar estas señales, de forma de algoritmos matemáticos, que son menos invasivas y dan resultados a tiempo real.

Procesamiento de imágenes, El procesamiento de imágenes busca aplicar las técnicas del procesamiento y síntesis para mejorar la calidad de imágenes que no pueden ser captadas por el ojo humano. Incluye: análisis, aumento y exhibición de imágenes obtenidas de radiografías, ultrasonidos, tomografías, entre otros. Provee la posibilidad de detectar y estudiar tumores, enfermedades vasculares, entre otras anomalías que ayuden a prolongar la vida de los pacientes.

Instrumentación electrónica, Entre las funciones de la bioingeniería se incluye el diseño y desarrollo de instrumentos y equipos electrónicos que trabajen sobre el cuerpo humano para conocer más del mismo y diagnosticar posibles enfermedades. Se trabaja sobre transductores, sistemas analógicos y digitales de registro y transmisión de datos, particularmente en aplicaciones clínicas de signos vitales tales como: ECG, respiración, SpO2, presión sanguínea, temperatura, peso, etc.

Los organismos genéticamente modificados o transgénicos

¿Qué son los organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos? Un organismo genéticamente modificado (OGM) es aquella planta, animal, hongo o bacteria a la que se le ha agregado por ingeniería genética uno o unos pocos genes con el fin de producir proteínas de interés industrial o bien mejorar ciertos rasgos, como la resistencia a plagas, la calidad nutricional, la tolerancia a heladas, entre otras características. Aunque comúnmente el término más nombrado es "alimento transgénico" para referirse a aquel que proviene de cultivos vegetales modificados genéticamente, es importante recalcar que también se emplean enzimas y aditivos obtenidos de microorganismos transgénicos en la elaboración y procesamiento de muchos de los alimentos que ingerimos. Los cultivos transgénicos Una de las principales aplicaciones de la ingeniería genética en la actualidad es incorporar nuevos genes a las plantas con el fin de mejorar los cultivos. El empleo de la ingeniería genética o transgénesis en el mejoramiento vegetal es lo que se denomina agrobiotecnología o biotecnología vegetal. Sus objetivos consisten en aumentar la productividad de los cultivos contribuyendo a una agricultura sustentable, que utiliza los recursos respetando al medio ambiente y pensando en las generaciones futuras. También la agrobiotecnología se propone mejorar los alimentos que derivan de los cultivos vegetales, eliminando sustancias tóxicas o alergénicas, modificando la proporción de sus componentes para lograr alimentos más saludables o aumentando su contenido nutricional. Otra aplicación de la biotecnología vegetal es el empleo de las plantas como birreactores o fábricas para la producción de medicamentos, anticuerpos, vacunas, biopolímeros y biocombustibles.

Los animales transgénicos. Un animal transgénico es un animal genéticamente modificado, que tiene un gen o grupo de genes que no le pertenecen con el fin de producir algo de interés

El genoma de los animales se puede modificar:

• Insertando genes de la misma especie o de una especie diferente (por ejemplo para que una vaca produzca en su leche la hormona de crecimiento humana).

• Alterando ciertos genes presentes en el animal de manera que esta modificación se transmita a la descendencia. En general esta estrategia se emplea para conocer la función de ese gen.

Los ratones fueron los primeros animales transgénicos que se obtuvieron en la década del "80, paralelamente con el advenimiento de la ingeniería genética. El primer ratón transgénico, publicado en la revista científica Nature en 1982, produce la hormona de crecimiento de rata por lo cual se ve bastante más grande que el ratón que no la tiene. El ratón transgénico produce mucha más hormona de crecimiento que el ratón salvaje. Este experimento constituyó una revolución porque mostraba que un gen de una especie puede introducirse en otra especie diferente, integrarse al genoma y expresarse. Los ratones transgénicos se utilizan fundamentalmente:

• Como herramientas de laboratorio para estudiar los genes, su función y cómo se regula su expresión, si se cambia el lugar o el tiempo de expresión de ese gen.

• Como modelos de enfermedades para el desarrollo de drogas y estrategias de tratamiento.

Otros animales transgénicos Hoy es posible obtener otros animales transgénicos, además de roedores. Los animales más grandes, como ovejas, cabras, cerdos y vacas pueden modificarse genéticamente gracias al desarrollo de las técnicas de clonación.

Los animales transgénicos se obtienen con los siguientes fines:

• Ayudar a los investigadores a identificar, aislar y caracterizar los genes y así entender cómo funcionan.

• Como modelos de enfermedades que afectan al hombre y así poder desarrollar nuevas drogas y nuevas estrategias de tratamiento.

• Como fuente de tejidos y órganos para trasplantes en humanos.

• Para mejoramiento del ganado y otros animales de importancia económica.

• Para producir leche con mayor valor nutricional o que contenga proteínas de importancia farmacéutica.

Ejemplos de animales transgénicos desarrollados en Argentina y en el mundo

Tracy fue la primera oveja transgénica del mundo, y vivió entre 1991 y 1998. Producía alfa-1-antitripsina en la leche que sirve para curar una enfermedad. Mansa es una ternera argentina que nació en 2002 en Argentina. Es la primera ternera clonada y transgénica. Produce la hormona de crecimiento humana en la leche. La Dinastía Patagonia son vacas transgénicas que producen en su leche insulina y la Dinastía Porteña son vacas que producen hormona de crecimiento bovina (bGH). Otro logro argentino lo constituye el trabajo realizado por el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) y la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM). Los investigadores desarrollaron a Rosita ISA, el primer bovino clonado con genes humanos que codifican dos proteínas presentes en la leche materna, de gran importancia para la nutrición de los lactantes: lactoferrina y la lisozima

La obtención de productos en la leche de animales transgénicos es particularmente interesante para proteínas que se requieren en gran cantidad o que son muy complejas. La producción en leche permite, además, una purificación relativamente simple de la proteína de interés. Recientemente se publicó en la revista Nature Biotechnology un artículo que da cuenta de un nuevo OGM que está en proceso de desarrollo. Se trata de vacas transgénicas que producirían más cantidad de la proteína caseína en la leche. Esto permitiría fabricar más queso con el mismo volumen de leche y más rápido porque el tiempo de coagulación sería menor

Microorganismos recombinantes Los productos de la biotecnología se aplican hoy a un gran número de industrias entre las que cabe mencionar no sólo la alimenticia, sino también la farmacéutica, textil, del papel, de detergentes, etc. Antes del advenimiento de la ingeniería genética ya se obtenían diversos productos derivados de bacterias, levaduras y hongos filamentosos. La incorporación de la ingeniería genética permitió optimizar la eficiencia del proceso de producción y/o la calidad del producto. Por un lado, fue posible modificar el control de vías metabólicas, por ejemplo para la sobreproducción de algún producto y, por otro, permitió fabricar proteínas bajo la forma de proteínas recombinantes

Las ventajas que presenta la producción de una proteína bajo la forma de proteína recombinante son:

• Permite obtener a partir de un microorganismo, cultivo de células, planta o animal una proteína completamente ajena, tal es el caso de la producción de insulina en bacterias, anticuerpos humanos en plantas y vacunas en levaduras.

• Se obtienen grandes cantidades del producto, fácil de purificar y más barato, en comparación con el purificado a partir de su fuente natural (en el caso de la insulina, se obtenía a partir de páncreas de animales).

• Se obtienen productos libres de patógenos y otros riesgos potenciales. Esto es particularmente importante en el caso de los productos farmacéuticos, para evitar la transmisión de enfermedades.

• Pueden producirse proteínas que no existen en la naturaleza, útiles en el diagnóstico y tratamiento de algunas enfermedades.

Proteínas recombinantes empleadas en la industria farmacéutica y en la industria alimenticia.La industria farmacéutica ha optado por el camino de la ingeniería genética o metodología del ADN recombinante. Mediante esta metodología es posible obtener enormes cantidades de una proteína, aislada de todos los componentes celulares del organismo de origen. Esto se consigue por introducción y expresión del gen de interés en un organismo hospedador fácil de cultivar. Este organismo se denomina entonces "organismo genéticamente modificado" o "transgénico" y la proteína obtenida, "proteína recombinante". Actualmente los organismos empleados con este fin son microorganismos (bacterias y levaduras) y células de mamífero cultivadas in vitro, pero también es posible fabricar proteínas recombinantes en plantas y en la leche de animales como vacas y cabras

La primera proteína recombinante aprobada como medicamento fue la insulina, en 1982, para el tratamiento de pacientes con diabetes melitus. Hasta ese entonces los pacientes debían inyectarse insulina extraída del páncreas de vacas o cerdos; hoy varios laboratorios farmacéuticos producen insulina humana, tanto a partir de bacterias como a partir de levaduras, y sin ningún riesgo para la salud. Los antígenos y los anticuerpos también pueden producirse como proteínas recombinantes, y son empleados en la confección de kits o sistemas de diagnóstico de diversas enfermedades. La tabla muestra la gran cantidad de proteínas recombinantes que hoy se comercializan y emplean como fármacos en humanos

De los genes a la ingeniería genética

Cuando los científicos comprendieron la estructura de los genes y cómo la información que portaban se traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica. Justamente, de eso se trata la ingeniería genética, que se podría definir como un conjunto de metodologías que permite transferir genes de un organismo a otro y expresarlos (producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. El ADN que combina fragmentos de organismos diferentes se denomina ADN recombinante. En consecuencia, las técnicas que emplea la ingeniería genética se denominan técnicas de ADN recombinante. Así, es posible no sólo obtener proteínas recombinantes de interés sino también mejorar cultivos y animales. Los organismos que reciben un gen que les aporta una nueva característica se denominan organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos. A su vez, la ingeniería genética es lo que caracteriza a la biotecnología moderna que implementa estas técnicas en la producción de bienes y servicios útiles para el ser humano, el ambiente y la industria.

Etapas para la obtención de un organismo transgénico

La siguiente tabla resume los pasos básicos de la ingeniería genética empleados para transformar un organismo, y se ejemplifica con un caso concreto:

Metodología

Caso: obtención de maíz Bt que produce una proteína recombinante que le confiere resistencia a determinados insectos

1.Identificar un carácter deseable en el organismo de origen 1. Identificar el carácter "resistencia a insectos" en el organismo de origen, la bacteria del suelo Bacillus thuringiensis (Bt)

2.Encontrar el gen responsable del carácter deseado (gen de interés), aislarlo y caracterizarlo. 2. Encontrar al gen que lleva las instrucciones para esta característica, aislarlo y caracterizarlo.

3.Combinar dicho gen con otros elementos necesarios (vector) para que éste sea funcional en el organismo receptor 3. Combinar este gen con otros elementos genéticos para que sea funcional en una planta: especialmente una secuencia promotora (y ligarlo a un vector adecuado para transformar plantas)

4.Transferir el gen de interés, previamente introducido en el vector adecuado, al organismo receptor. 4. Transferir este gen a células de maíz (organismo receptor).

5. Crecer y reproducir el organismo receptor, ahora modificado genéticamente. 5. Identificar las células de maíz que recibieron el gen (células transformadas) y regenerar, a partir de estas células, una planta adulta resistente a insectos.

Técnicas de Ingeniería Genética o del ADN Recombinante La obtención de un organismo transgénico mediante técnicas de ingeniería genética implica la participación de un organismo que dona el gen de interés y un organismo receptor del gen que expresará la nueva característica deseada. Por ejemplo, para el caso particular de la producción de una variedad de maíz que resista el ataque de insectos, el organismo dador es la bacteria del suelo denominada Bacillus thuringiensis (Bt) de la cual se extrae el gen que determina la síntesis de la proteína insecticida, y el organismo receptor del gen es la planta de maíz.

Las etapas y técnicas involucradas en este proceso serían:

1.1. Corroborar que existe un gen que codifica para la característica de interés. Cuando se encuentra una característica en un organismo que resulta interesante para transferir a otro organismo debe verificarse que es producto de un gen. Se identifica el gen de interés por medio de cruzamientos a partir de una característica que se expresa, y se verifican las proporciones mendelianas. Si la característica se atribuye a una proteína, que es producto directo de un gen, será más sencillo transferir esa característica a un organismo que no la tiene.

1.2. Clonar el gen de interés. Clonar un gen significa tenerlo puro en el tubo de ensayos, o mejor aún, dentro de un vector (una molécula mayor de ADN que permite guardar fragmentos de ADN en forma estable y práctica por más tiempo). La tarea de clonar un gen involucra varias técnicas : i) Extracción de ADN; ii) Búsqueda de un gen entre la mezcla de genes del ADN; iii) Secuenciación; iv) Construcción del vector recombinante. El ADN de interés se inserta en plásmidos-vectores que son moléculas de ADN lineales o circulares en las cuales se puede "guardar" (clonar) un fragmento de ADN. Los más usados son los plásmidos de origen bacteriano.

Los plásmidos pueden extraerse de las bacterias e incorporarse a otras, a través del proceso de transformación. Los plásmidos fueron modificados por los investigadores para ser empleados como vectores (vehículos). Así, el gen de interés puede insertarse en el plásmido-vector e incorporarse a una nueva célula.

El desarrollo de estas técnicas fue posible en gran medida por el descubrimiento de las enzimas de restricción. Las enzimas de restricción reconocen secuencias determinadas en el ADN. De esta manera, conociendo la secuencia de un fragmento de ADN, es posible aislarlo del genoma original para insertarlo en otra molécula de ADN. Hay muchas enzimas de restricción obtenidas a partir de bacterias y que sirven como herramientas para la ingeniería genética.

Las enzimas de restricción reconocen secuencias de 4, 6 o más bases y cortan generando extremos romos o extremos cohesivos. Estos extremos, generados en diferentes moléculas de ADN, pueden sellarse con la enzima ADN ligasa y generar así una molécula de ADN nueva, denominada recombinante.

Para tener gran cantidad y fácil disponibilidad del ADN de interés, el vector se inserta dentro de bacterias (E. coli), las cuales crecen fácil y rápidamente. O sea, la bacteria se utiliza como "multiplicadora" del vector, y por ende del inserto de interés. Esta es una etapa de "amplificación" del ADN para poder tener gran cantidad para secuenciarlo, caracterizarlo, y luego poder hacer con él ADN recombinante.

En placas de Petri se cultivan las bacterias. Se originan colonias de bacterias iguales (clones). Las bacterias transformadas, que incorporaron el plásmido y el gen de interés, se seleccionan por medio de antibióticos y por reacciones con indicadores de color.

1.3. Caracterizar el gen de interés. A partir de conocer la secuencia del gen se puede, mediante bioinformática, comparar esta secuencia con las de genes ya conocidos para determinar a qué gen se parece, y se le asigna una posible función. Una vez predicha la función del gen clonado por medio de análisis informático, se debe proceder a confirmar la función real in vivo, o sea corroborar que en un sistema biológico funciona acorde a lo que se prevé. Para ello se suele transferir el gen a un organismo modelo, en el cual se pueda expresar el gen y medir su función. En el ejemplo del maíz, el gen Bt se puede transferir primero a las especies modelo Arabidopsis thaliana y Nicotiana tabacum

1.4. Modificar el gen de interés. Si así se desea se puede agregar, deletar o mutar secuencias dentro de la región codificante, y agregar secuencias (promotor, terminador, intrones) para que se pueda expresar en el sistema de interés. Por ejemplo: si se clona un gen Bt de una bacteria para luego ponerlo en maíz, se debe agregar un promotor que funcione bien en plantas, es decir, que permita que las células vegetales expresen la proteína Bt. El promotor es una región fundamental del gen ya que determina cuándo y dónde se expresará el gen.

EPÍGRAFE: Inserto preparado para ser transferido.

1. 5. Transformación de un organismo con el gen de interés. Una vez hecha la construcción genética con el gen y promotor deseado, se elige el método de transformación más indicado para el organismo que se desea hacer transgénico.1. 6. Caracterización del OGM. Una vez obtenido el OGM, se lo analiza desde el punto de vista molecular y biológico. Para el análisis molecular se debe demostrar, entre otras cosas, si tiene una (o más) copias del transgén, y cómo y en qué tejidos se expresa el gen. Para analizar en qué tejido, momento y cantidad se expresa el gen se analiza la presencia del ARN mensajero y de la proteína recombinante codificados por el transgén. Para la caracterización biológica, el OGM se analiza desde el punto de vista del objetivo (en este ejemplo, si el maíz resulta efectivamente resistente a los insectos) y desde el punto de vista que sea necesario acorde al OGM en cuestión. Si será utilizado como alimento y se lo cultivará a campo, entonces se deberá hacer el análisis de riesgo alimentario y ambiental.

La siguiente tabla resume algunas enzimas producidas como proteínas recombinantes en bacterias y en hongos genéticamente modificados, y que actualmente se usan en la industria alimenticia:

Ingeniería genética y biotecnología Siempre que se habla de biotecnología moderna o de ADN recombinante se hace referencia a la ingeniería genética, ya que esta disciplina provee las técnicas y herramientas para el desarrollo de la construcción de ADN de interés industrial. Así, por ejemplo, todas las enzimas producidas en forma recombinante, los fármacos y las vacunas recombinantes, las plantas transgénicas y los animales transgénicos son productos biotecnológicos donde la ingeniería genética fue una herramienta fundamental para su desarrollo. Otros ejemplos son el gen de la insulina humana con un promotor bacteriano para que la hormona se produzca en bacterias, el gen de tolerancia al herbicida glifosato (gen epsps) con un promotor vegetal para que funcione en la soja, maíz y algodón transgénicos el gen de la hormona de crecimiento humano con un promotor de glándula mamaria bovina para que la hormona se produzca en la leche de la vaca etc. El desarrollo de la biotecnología moderna está íntimamente ligado con todas las ramas de la genética desde sus inicios. Desde el poder entender cuáles son las unidades responsables de transmitir la herencia, hasta el poder transformarlas para el mejor aprovechamiento por el hombre

El ADN y la biotecnología moderna Cuando los científicos comprendieron la estructura del ADN, de los genes, y cómo la información que portaban se traducía en funciones o características, comenzaron a buscar la forma de aislarlos, analizarlos, modificarlos y hasta de transferirlos de un organismo a otro para conferirle una nueva característica. Justamente, de eso se trata la ingeniería genética, a la que podríamos definir como un conjunto de metodologías que nos permite transferir genes de un organismo a otro, y que dio impulso a la biotecnología moderna. La ingeniería genética permite clonar (multiplicar) fragmentos de ADN y expresar genes (producir las proteínas para las cuales estos genes codifican) en organismos diferentes al de origen. Así, es posible obtener proteínas de interés en organismos diferentes del original del cual se extrajo el gen, mejorar cultivos y animales, producir fármacos, y obtener proteínas que utilizan diferentes industrias en sus procesos de elaboración.

Las enzimas de restricción: las "tijeras moleculares" de los ingenieros genéticos La clave de la transgénesis, la obtención de un organismo genéticamente modificado, está en extraer genes de interés de un organismo e introducirlos en otro, de modo de obtener un producto con características mejoradas. Pero ¿cómo se hace para "cortar" ADN de un organismo e insertarlo en otro? Los genetistas necesitaban herramientas para hacerlo, y así descubrieron las enzimas de restricción, las "tijeras moleculares" que cortan el ADN. De esta forma, es posible extraerlo del genoma de un organismo. También descubrieron las enzimas ligasas que "pegan" el fragmento de ADN aislado dentro del ADN del nuevo organismo. Ambos tipos de enzimas son esenciales en las técnicas de ingeniería genética

Las enzimas son proteínas que cumplen una función esencial en el metabolismo celular: son catalizadores biológicos (aceleradores de reacciones químicas) que hacen posible que las reacciones se lleven a cabo en un tiempo adaptado a las necesidades vitales del organismo. Entre sus características fundamentales se encuentra la de ser específicas, es decir que cada tipo de enzima actúa sobre un sustrato particular o una secuencia particular de una molécula, y no sobre otra. Esta especificidad enzimática resulta fundamental en la actividad de las enzimas de restricción que cortan secuencias particulares y determinadas del ADN.

Las enzimas de restricción son proteínas cuya función es cortar las hebras de ADN. Se podría decir que son "tijeras moleculares" que cortan ADN. Lo hacen en forma específica. Esto significa que cada enzima reconoce un sitio particular del ADN, es decir que reconoce una secuencia particular de nucleótidos. Esa secuencia específica para cada enzima se denomina "sitio de restricción". Una vez que la enzima reconoce estos sitios, se posiciona sobre la molécula de ADN y corta dentro o en torno de esa secuencia.

Acorde a como realizan el corte, las enzimas se pueden clasificar en:

• Enzimas que generan "extremos romos" (parejos)

• Enzimas que generan "extremos cohesivos" (desparejos). Estos extremos "colgantes" de simple cadena pueden pegarse con otros extremos de cadena simple que tengan la secuencia complementaria. Las enzimas encargadas de unir los extremos de ambas cadenas se denominan ligasas.

Las enzimas de restricción reconocen secuencias de 4, 6 o más bases y cortan generando extremos romos o extremos cohesivos.

Los extremos, generados en diferentes moléculas de ADN, pueden sellarse con la enzima ADN ligasa y generar así una molécula de ADN nueva, denominada recombinante

Manipulación genética

Clonación de genes La clonación de genes es una técnica mediante la cual se selecciona un gen que interesa por alguna razón, generalmente porque produce alguna proteína de interés para el hombre (antibióticos, vacunas, proteínas terapéuticas, hormonas, etc.), se introduce en una célula sencilla, normalmente bacteriana o de algún protista sencillo, como las levaduras, y se hace que esa célula se divida muchas veces y que fabrique la proteína que nos interesa; luego se purifica la proteína y se puede distribuir para su uso.

Las fases del proceso son las siguientes:

• Obtener del fragmento de ADN que contiene el gen que se quiere clonar

• Insertar dicho gen en otra molécula de ADN que sirva de transportador (vector), generalmente ADN de virus y bacterias

• Introducir el vector de clonación con el gen que nos interesa en una célula de otro organismo (célula hospedadora); la célula hospedadora suele ser una célula bacteriana por su sencillez y rapidez de multiplicación

• Multiplicar la célula hospedadora para obtener muchas copias del gen

• Hoy en día existe una técnica para clonar genes que es la PCR (Polymerase Chain Reaction), en la que a partir de un fragmento de ADN cualquiera, se obtienen muchas copias por la acción de la enzima ADN polimerasa, responsable de la replicación del ADN.

Terapias génicas

Consisten en manipular genéticamente células enfermas para que ellas mismas puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la enfermedad: con la ayuda de un vector adecuado se introduce el gen correcto y se integra en el ADN de la célula enferma.

Una de las principales vías de investigación actuales es la de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas.

Cáncer: melanoma, riñón, ovario, colon, leucemia, pulmón, hígado, próstata. Fibrosis quística. Hipercolesterolemia. Hemofilia. Artritis reumática. Diabetes. SIDA

Riesgos de la Ingeniería Genética

• productos de consumo humano poco experimentados sobre sus posibles consecuencias para nuestra salud

• manipulación de otros seres vivos, lo que plantea cuestiones de tipo ético monopolización de la información con la intervención de grandes multinacionales farmacéuticas y químicas que invierten enormes cantidades de dinero con la esperanza de obtener mayores beneficios

• explotación de recursos del tercer mundo sin que a cambio les lleguen las ventajas de esta tecnología del siglo XXI

• peligro de manipular virus y bacterias patógenos creando seres vivos incontrolados que pueden llegar a afectar a nuestra propia especie.

Definición de células madre

Son aquellas células dotadas simultáneamente de la capacidad de autorrenovación (es decir, producir más células madre) y de originar células hijas comprometidas en determinadas rutas de desarrollo, que se convertirán finalmente por diferenciación en tipos celulares especializados.

En el contexto de la actual investigación, se pretende obtener células madre que se mantengan como tales en cultivo en el laboratorio, y que bajo determinados estímulos puedan conducir a poblaciones de células diferenciadas.

Células madre para terapia génica somática En algunas enfermedades no bastará con realizar autotrasplantes, sino que habrá que corregir defectos genéticos. Las células madre embrionarias de ratón (y quizá las humanas), son excelentes para manipulación genética, y pueden realizar recombinación homóloga, por lo que se podría ensayar incluso terapia génica sustitutiva, reemplazando genes anómalos por versiones correctas.

Imaginemos el caso de un paciente aquejado de anemia falciforme o talasemia (enfermedades genéticas que afectan a la hemoglobina). Se realiza la transferencia de núcleo somático a óvulos, se desarrolla el blastocisto artificial, se aíslan las células madre y se manipulan por ingeniería genética para corregir el defecto. Una vez asegurados de que el gen se ha insertado correctamente (por recombinación homóloga) y se puede expresar, se induce la diferenciación de las ES hasta células sanguíneas o sus precursores pluripotentes, que podrían recolonizar la médula ósea, y se curaría la enfermedad de modo permanente.

También se puede intentar la manipulación genética de células madre no embrionarias: células madre neuronales de fetos humanos fueron manipuladas genéticamente, y demostraron su capacidad de secretar productos terapéuticos, por lo que muestran un potencial para corregir defectos metabólicos en neuronas y glía.

"Proyecto Genoma Humano"

El Proyecto Genoma Humano es una investigación internacional que busca seleccionar un modelo de organismo humano por medio del mapeo de la secuencia de su DNA. Se inició oficialmente en 1990 como un programa de quince años con el que se pretendía registrar los 80.000 genes que codifican la información necesaria para construir y mantener la vida. Los rápidos avances tecnológicos han acelerado los tiempos esperándose que se termine la investigación completa en el 2003. El año pasado fue el cincuentenario del descubrimiento de la estructura de la doble hélice por parte de Watson & Crick (1953), se ha producido el mapeo casi completo del mismo.

Los objetivos del Proyecto son:

1.-Identificar los aproximadamente 100.000 genes humanos en el DNA.

2.-Determinar la secuencia de 3 billones de bases químicas que conforman el DNA.

3.-Acumular la información en bases de datos.

4.-Desarrollar de modo rápido y eficiente tecnologías de secuenciación.

5.-Desarrollar herramientas para análisis de datos.

6.-Dirigir las cuestiones éticas, legales y sociales que se derivan del proyecto.

Este proyecto ha suscitado análisis éticos, legales, sociales y humanos que han ido más allá de la investigación científica propiamente dicha. (Declaración sobre Dignidad y Genoma Humanos, UNESCO). El propósito inicial fue el de dotar al mundo de herramientas trascendentales e innovadoras para el tratamiento y prevención de enfermedades. Como se expresó, el genoma es el conjunto de instrucciones completas para construir un organismo, humano o cualquiera. El genoma contiene el diseño de las estructuras celulares y las actividades de las células del organismo. El núcleo de cada célula contiene el genoma que está conformado por 24 pares de cromosomas, los que a su vez contienen alrededor de 80.000 a 100.000 genes, los que están formados por 3 billones de pares de bases, cuya secuencia hace la diferencia entre los organismos. Se localiza en el núcleo de las células. Consiste en hebras de DNA estrechamente arrolladas y moléculas de proteínas asociadas y organizadas en estructuras llamadas cromosomas. Si desenrollamos las hebras y las adosamos medirían más de 5 pies, sin embargo su ancho sería ínfimo, cerca de 50 trillonésimos de pulgada. El DNA que conforma el genoma, contiene toda la información necesaria para construir y mantener la vida desde una simple bacteria hasta el organismo humano. Comprender como el DNA realiza la función requiere de conocimiento de su estructura y organización. Otros cambios son tan sutiles que solo pueden ser detectados por análisis molecular, se llaman mutaciones. Muchas mutaciones están involucradas en enfermedades como la fibrosis quística, anemias de células falciformes, predisposiciones a ciertos cánceres, o a enfermedades psiquiátricas mayores, entre otras. Desde un punto de vista no científico, el mapa del genoma humano es una herramienta genética que permite estudiar la evolución del hombre y que cambiará drásticamente la medicina actual tal como la conocemos. Será un cambio de paradigma. Permitirá el tratamiento de enfermedades hasta ahora sin cura. Las investigaciones estuvieron a cargo fundamentalmente de Estados Unidos (Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano -NHGRI- de Maryland) y Gran Bretaña (Centro Sanger en Cambridge), pero también acompañaron Francia, Alemania, Japón y China. Hoy el mapa del genoma está casi completado. Se abre también el camino para la manipulación genética, motivo por el cual se han dictado documentos tendientes a acotar ese aspecto. La empresa privada Celera Genomics de Rockville (EEUU), es la que lidera los procesos. La investigación duró diez años e insumió cerca de 2.000 millones de costo

La fiabilidad del mapa de 3.000 millones de pares de bases llegará a un 99,99%. Además se conocerá el número preciso de genes del organismo calculado entre 60.000 y 100.000. Actualmente el 85% del genoma está detalladamente mapeado. El mito del ser humano inmortal y perfecto se asocia a la aplicación práctica de los conocimientos del mapa del genoma humano. Como se puede apreciar, la búsqueda de la raza perfecta buscada hace años por Hitler resulta ser una aspiración de la raza humana ahora encarnada en el proyecto del genoma humano. El conocimiento del genoma permitirá que se creen nuevas drogas terapéuticas que desplazarán a las anteriores en la medida que los presupuestos permitan comprarlas. De este modo se podrá polarizar la industria farmacéutica. Las nuevas drogas prometen tener menores efectos colaterales que las actuales. Se puede comparar la medicina tradicional como a un técnico que pone a punto un programa de computación ajeno con otro que conoce el código del mismo. Hoy ya con el conocimiento del genoma humano, conocemos el código, antes sólo podíamos configurar el programa. Será pues el mayor avance médico de la humanidad. Se le podrá informar a una persona, que puede comer alimentos grasos porque carece de predisposición genética a la obesidad y a enfermedades cardíacas, pero que debe huir del alcohol porque es genéticamente propenso al alcoholismo. Además el grado de certidumbre que otorga el conocimiento del código genético resultaría más creíble para la persona en cuestión, ya que sabe que lo que se le informa será absolutamente cierto. Es una predicción absoluta, de su futuro. Podríamos hablar de genomancia o sea la adivinación del futuro mediante el código genético.

Anticuerpos monoclonados (MAb)

Los seres humanos y los animales producen anticuerpos con capacidad de reconocer una amplia variedad de determinantes antigénicos (epitopes); estos anticuerpos confieren protección contra agentes infecciosos. En las últimas décadas, los anticuerpos también pasaron a desempeñar un papel terapéutico. Los anticuerpos que se sintetizan contra un antígeno en particular se denominan anticuerpos monoclonales (MAb [monoclonal antibodie]), una clase muy específica producida por clones de una célula híbrida que se preparara experimentalmente mediante la fusión de linfocitos B con una célula tumoral. En los estudios en cáncer se utilizaron MAb unidos a material radiactivo, drogas y células killer inmunológicas; cuando se inyectan en el paciente, destruyen las células que expresan el antígeno en cuestión. Asimismo, los MAb se consideran agentes que modifican las respuestas biológicas. Para la creación de un hidridoma inmortal es necesario utilizar animales.

Producción de MAb. El procedimiento para la creación de MAb fue descrito por Kohler y Milstein en 1975. La idea principal consistía en usar una línea de células de mieloma que había perdido la capacidad de secretar anticuerpos. Estas células se fusionaron con células B normales, productoras de anticuerpos. La fusión generó un clon de células (hibridoma) con capacidad de sobrevivir indefinidamente en cultivos y de producir un único tipo de anticuerpo, durante largos períodos. Cuando los hibridomas son inyectados en un ratón, las células se multiplican y producen abundante líquido ascítico en el que se detecta una elevada concentración de anticuerpos. El método por el que se obtiene MAb a través de la inyección de un hibridoma en ratones es simple y relativamente económico. Este procedimiento permite obtener grandes cantidades de MAb que pueden utilizarse directamente. Sin embargo, es necesaria la observación diaria de los animales; además, los MAb obtenidos con esta técnica tienen varias proteínas murinas y otros contaminantes que deben ser eliminados.

Una alternativa al uso de animales reside en lograr el crecimiento del hibridoma en un medio tisular; no obstante, el proceso es más sofisticado y más costoso. Uno de los procedimientos más simples para la producción de MAb in vitro consiste en hacer crecer los hibridomas en grupos y luego purificar los anticuerpos a partir del medio de cultivo. Empero, esta estrategia permite obtener niveles bajos de MAb; por su parte, algunos MAb se desnaturalizan durante la concentración o la purificación.

Otro sistema consiste en utilizar membranas semipermeables que permiten el crecimiento de las células en densidades elevadas en el cultivo. El propósito es aislar las células y los MAb producidos en una cámara pequeña que se encuentra separada por una barrera o membrana del amplio compartimiento con el medio de cultivo. En el cultivo se pueden incorporar numerosos factores que optimizan el crecimiento del hibridoma. La concentración de anticuerpos que se obtienen con este procedimiento es semejante a la que se logra con el uso de animales; sin embargo, tiene la ventaja de que no presenta los contaminantes característicos del fluido ascítico. Este método es el preferido para la producción industrial porque elimina la necesidad de animales y permite obtener grandes cantidades de MAb.

Los procedimientos efectuados in vitro son efectivos en casi el 90% de los casos; sin embargo, en una minoría son ineficaces, dado que los hibridomas no crecen bien o se pierden en estas condiciones experimentales. Por lo general, en los métodos in vitro se requiere el uso de suero fetal bovino, que tiene sus inconvenientes. Por su parte, la pérdida de la glicosilación adecuada puede asociarse con ineficacia, con aumento de la antigenicidad del anticuerpo, con modificaciones de las funciones biológicas y eliminación más rápida en el organismo.

Evolución de los MAb Las características fundamentales de los MAb incluyen su especificidad e inmortalidad. Sin embargo, los que se producen en ratones incluyen secuencias antigénicas que pueden inducir la formación de anticuerpos. La producción de anticuerpos quiméricos redujo sustancialmente -pero no eliminó- esta complicación. Los anticuerpos humanizados (sin secuencias murinas) representan un gran avance en este sentido, dado que se considera que esta nueva generación de MAb tiene mayor eficacia y seguridad.