Biotecnología e Ingeniería Genética

INTRODUCCIÓN

El planeta es una masa de materia viviente, todo nuestro entorno esta tapizado de organismos de diversos tamaños y complejidad, de constitución pluricelular como es el caso de "organismos superiores" y también por una sola célula como microorganismos ejemplo : bacterias, hongos , protozoos, virus, etc. estos últimos pueden jugar un papel fundamental en nuestras vidas desempeñando funciones positivas para nosotros Ejemplo : en nuestro organismo generación de vitaminas que no encontramos en alimentos( vitamina K generada en el colon por la flora bacteriana) o ser altamente peligrosos incluso generando la muerte.

Los microorganismo, son seres vivos que a simple vista no podemos observar solo utilizando instrumentos específicos como microscopios.

Son la herramienta fundamental para el desarrollo de la ciencia de la vida (Biotecnología), son tan simples pero a la vez tan complejos en cuanto al metabolismo y forma de adaptación.

Existen microorganismos que pueden sobrevivir en ambientes extremos y temperaturas extremas desde agua hirviendo hasta los que habitan hielos, pasando por los que existen en el interior de la corteza terrestre. Algunos son capaces de sintetizar y formar parte de su metabolismo metales pesados e inclusive hidrocarburos ( estos microorganismos utilizados para la biorremediación de suelos)., madera, plástico, etc.

Biotecnología actualmente es la ciencia de la vida, es una nueva revolución industrial, mediante la utilización o manipulación de organismos vivos, o de compuestos obtenidos de los mismos, con productos de valor para los seres humanos, se pueden lograr desde combustibles a medicinas, pasando por plásticos, alimentos, vacunas, recursos minerales, etc.

Muchos años de evolución la capacitan. Los ejemplos más antiguos que pueden considerarse como procesos biotecnológicos son la obtención de la cerveza, el vino y otras bebidas alcohólicas.

Muchas civilizaciones del pasado descubrieron que el azúcar y las materias primas azucaradas podían sufrir transformaciones espontáneas que generaban alcohol. El proceso fue controlado gradualmente, hasta que en el siglo XIX el químico francés Louis Pasteur demostró que la fermentación estaba producida por microbios. Pasteur demostró también que otros microorganismos, diferentes en apariencia, eran responsables de otros procesos, como la producción de vinagre.

El trabajo de Pasteur no sólo revolucionó la tecnología de la elaboración de la cerveza y el vino, excluyendo microorganismos que pudieran contaminar el proceso de fermentación y causar grandes pérdidas, sino que demostró también que había otros productos que podían ser obtenidos en la industria gracias a la intervención de los microorganismos. Uno de estos productos fue la acetona, un disolvente utilizado para la fabricación de pólvora explosiva. Durante la I Guerra Mundial, el químico Chaim Weizmann, verificó que la acetona era producida por la bacteria Clostridium acetobutylicum.

No siempre es fácil encontrar el organismo o célula adecuados para producir un determinado producto. Para ello se crean mediante la herramienta más poderosa de la biotecnología que es la ingeniería genética. En muchas ocasiones se tienden a confundir debido a que son dependientes una de la otra.

Productos biotecnológicos inundan nuestra vida. Es verdad que los más célebres y comercializados son los que refieren a la salud: insulina, linfocinas, interferón, hormona del crecimiento, eritropoyetina, factores de coagulación sanguínea, múltiples vacunas como la de hepatitis B y la de la malaria( ésta última aún en fase de ensayo clínico), antibióticos, vitaminas, etc. También hay insecticidas, combustibles renovables, cultivos y ganado resistente, plantas y animales mejorados en su producción, sistemas de control de la contaminación, colorantes, alimentos para ganado, etc. Y muchos más que pronto se comercializarán. La prueba del brillante futuro que aguarda a la biotecnología es el que empresas como Shell, Exón, Glaxo, Standard Oil, Unilever, y muchas otras, cuentan con su propia división biotecnológica.

La biotecnología no está exenta de interrogantes y debates moralistas debido a sus posibles indebidos usos, los proyectos como los de Células madre o el proyecto genoma humano que a sido de total oposición por sus futuras consecuencias como las que podrían ser : la clasificación de la especie humana por sexo , defectos genéticos, enfermedades de transmisión genética o que se puedan desarrollar, las posibles catástrofes ecológicas por la liberación incontrolada de algunos organismos , los efectos secundarios en productos alimenticios y farmacológicos , las armas biológicas usadas por grupos terroristas , etc.

En el presente informe tratare los siguientes puntos: Ingeniería genética, fermentación industrial, enfermedad: tratamiento y prevención, la biotecnología y su incidencia en diversas enfermedades, los proyectos mas controvertidos: Proyecto Genoma Humano y las células madres.

Objetivos:

Los objetivos básicos a los que se enfoca este informe son los siguientes:

Distinguir la diferencia entre biotecnología e ingeniería genética.

Comprender la forma básica en que actúa la ingeniería genética para la obtención de requerimientos específicos.

De que forma incide la biotecnología en las enfermedades para su posterior tratamiento y prevención.

Comprender por que son tan controvertidos algunos proyectos y de que manera estos nos pueden ayudar.

De que se trata Las células madre y su importancia en la medicina reparadora.

INGENIERÍA GENÉTICA

Primero que nada hay que diferenciar dos términos la biotecnología que es la utilización de microorganismos para la producción de un respectivo producto y la ingeniería genética no es otra cosa que introducir información genética nueva en un organismo para dotarlo de capacidades que antes no tenía para su posterior reproducción obteniendo sustratos modificados para un respectivo uso o función. Para ello hay diversos procedimientos, no sólo uno. Pero podemos afirmar que toda aplicación biotecnológica de la ingeniería genética consta de cuatro operaciones principales: obtención del gen en cuestión; introducción del mismo en el organismo elegido; su inducción para que elabore su proteína; y, al acabar, la recogida del producto.

Una molécula de ADN contiene miles de genes. No se posee técnica alguna que nos permita distinguir entre uno y otro. Por tanto, el aislar al gen debe partir de su producto. El más inmediato es el ARNm. Se seleccionan aquellas células en las que el gen se exprese en mayor cuantía, y de ellas se aísla el correspondiente ARNm. Existen diferentes métodos que permiten efectuarlo. Se convierte la información almacenada en el ARNm en un fragmento de ADN. Utilizando las transcriptasas inversas de los virus. Una vez efectuado, se emplean ADN polimerasas para convertir el filamento sencillo de ADN en un segmento de doble hélice. A éste se le denomina ADN copia o complementario (ADNc) y es el objetivo final de la primera etapa.

Una vez conseguido el ADNc correspondiente, se introduce en un plásmido. Normalmente se usa uno que confiera resistencia a un determinado antibiótico. Las enzimas que catalizan tal proceso son las enzimas de reducción, cada una con capacidad para reconocer una secuencia específica de bases en el ADN. Una de sus propiedades es de desfase de cuatro bases los filamentos del plasmidio en un mismo punto. Así quedan extremos "pegajosos", en los que se puede unir el ADNc. La posterior acción de una ligasa asegura dicha conexión y hace que la molécula recombinante sea estable.

Se introduce el plásmido recombinante en la bacteria. El hospedador más frecuente es Escherichia coli. Si bien es cierto que no todas las bacterias resultan infectadas, solo algunas. También es posible que no todos los plásmidos insertados contengan una copia del ADNc. Pero algunas células, tal vez muchas, sí que portarán el recombinante adecuado. Una vez en el interior de la célula bacteriana, el plásmido (trozo de material extracromosomal con la característica de transferir resistencia a un medio o sustancia determinada) se reproduce (mediante conjugación bacteriana), y con él el ADNc. Cuando la bacteria se divide, lega copias a las dos bacterias hijas, aunque también es posible que sólo una se quede con todas. De entre todas las bacterias, se identifica cuales portan plásmido recombinante. Se adiciona un respectivo antibiótico o antibióticos ante el que el plasmidio insertado confiere resistencia. Las bacterias con plásmidos recombinantes, algunas portarán un ADNc que no es el del gen buscado. Mediante anticuerpos marcados radiactivamente se identifica que las cepas producen la proteína deseada.

El gen se debe expresar en el microorganismo. Aquí aparece una dificultad: el control génico en procariotas es muy diferente del de eucariotas: un gen eucariota incluye tanto intrones (secuencias no codificantes, presumiblemente reguladoras) como exones (segmentos codificantes) en su ARNm; así, las secuencias reguladoras no serían entendidas como tales por la bacteria, que las transcribiría tal y como, resultando una proteína inadecuada. Por ello, el ARNm que se debe usar es ARNm maduro. También se suelen insertar, con él, secuencias de control bacteriano que indiquen que el microorganismo ha de expresar la proteína que sigue a dicha secuencia, de manera ininterrumpida.

Algunas bacterias tienen modos de exportar sustancias al exterior a través de sus cubiertas, y así se puede inducir a que lo hagan con los productos recombinantes. Pero a veces hay que lisar (romper) la bacteria y extraer, de entre la enorme mezcla química que es su contenido plasmático, la proteína adecuada.

La ingeniería genética resultó profundamente modificada con el descubrimiento de la estructura de los genes eucariotas, a base de intrones y exones. Así, fragmentando el ADNc en varios trozos y reempalmándolo al azar, es posible construir proteínas completamente inéditas. El análisis de dichas proteínas es hoy relativamente sencillo, una máquina secuencia una proteína en pocos días puede hacer, hay otra maquina que fabrica genes trabando eslabones de ADN en un orden específico; y actúan a una velocidad de 20 nucleótidos a la hora. Se fabrico de modo artificial, el gen de la hormona del crecimiento, el cual consta de 584 pares de bases. Esto es especialmente útil si tenemos en cuenta que lo que se obtiene de una ARNm, pese a que sea maduro, no son versiones fisiológicas de las proteínas, sino más bien precursores de las mismas, los cuales han de perder aún algún fragmento; la utilidad del mismo suele ser señal transportadora, zona protectora, etc. Así, el secuenciador artificial de genes, a partir de los datos obtenidos por el secuenciador de proteínas, es la máquina que permite fabricar genes artificiales; al insertarlos en los microorganismos, producen, sin más, la proteína.

Otra alternativa, es emplear microorganismos eucariotas, como Saccharomyces cereviseae (una levadura). Así, la principal utilidad de las máquinas secuenciadoras de genes, mientras se superan inconvenientes de velocidad, es la fabricación de pequeñas porciones de ADN complementario del de ciertos virus, que luego puede ser empleado como sonda para la detección del agente infeccioso en muestras diagnósticas de tejidos, etc. Esos mismos fragmentos pueden bloquear, uniéndose al ADN vírico, su expresión, por lo que constituirían medicamentos.

Una utilidad de la ingeniería genética es el empleo de enzimas en lugares, y para propósitos, muy diferentes. Así, un producto biológico puede aparecer en un detergente, en un proceso industrial metalúrgico, etc. Pero muchos de los enzimas tienen el inconveniente de desnaturalizarse en condiciones relativamente duras. La ingeniería genética permitirá modificarlos para lograr versiones más resistentes, más adecuadas a las condiciones químicas, térmicas, de pH, etc, en las que va a actuar en la industria. Para conseguirlo, una de las técnicas más útiles es la mutagénesis puntual dirigida. Si bien es cierto que con ella todavía no se ha conseguido mejorar significativamente ninguna enzima industrial, sí que se han logrado claros éxitos de laboratorio como mutar un gen en un punto específico, de modo que la proteína difiera ligeramente de su versión natural.

La mutagénesis puntual dirigida consiste en lo siguiente. Se separan los dos filamentos de la doble hélice de ADN. Con ayuda de un secuenciador de ADN se prepara un cebador (un corto fragmento de ADN, complementario de un trozo de la cadena que codifica la proteína a alterar, salvo que contienen una sustitución específica). Como son casi complementarias, ambas cadenas encajan sin que la variación les moleste en lo más mínimo. El resto de la secuencia del gen natural se elaborará mediante acción enzimática natural a partir del cebador. La doble hélice resultante contiene un filamento natural y otro mutado. Se inserta en una bacteria. Cuando la bacteria se divide, produce una hija normal y otra portadora de la mutación dirigida. Luego, sólo separa, mediante técnicas de purificación, la variante artificial de la proteína de su versión natural.

Otra utilidad de la ingeniería genética es la identificación inequívoca de un individuo a partir de su patrón genético. Cuando se toma el ADN de una célula y se somete a la acción de enzimas de restricción, se obtiene una colección de fragmentos de todos los tamaños posibles. Una sonda (una secuencia de ADN marcada radiactivamente) específica se unirá a determinados fragmentos en determinadas posiciones. Si el procedimiento se lleva a cabo en zonas del ADN que sean polimórficas, esto constituye una especie de "huella" identificativa, que es distinta de la de otro individuo, pues otro ADN, sometido a la acción del mismo conjunto de enzimas de restricción, rendirá una serie de fragmentos diferente de la anterior, uniéndose la sonda entonces a otros, en otras posiciones. Esta huella genética es de amplio uso en criminología, pruebas de paternidad, etc., y su fiabilidad es altísima; se denomina análisis del polimorfismo de los fragmentos de restricción, o PLFR.

Pero al PLFR tiene también aplicación médica, ya que determinadas huellas genéticas está asociadas a probabilidad de contraer enfermedades como diabetes, alzheimer, cáncer, etc. De ahí su utilidad para el diagnóstico genético. Actualmente hay una verdadera carrera entre laboratorios para elaborar sondas con valor clínico.

Y, finalmente, la PLFR puede contribuir a elaborar el mapa genético de una especie dada. De hecho, es la técnica que más está haciendo avanzar al Proyecto Genoma Humano. Otra técnica, muy prometedora, es la YAC (de yeast artificial chromosome, o cromosoma artificial de levaduras). Consiste en que, gracias al descubrimiento de las proteínas que estabilizan e identifican este tipo de corpúsculos en esta clase de organismos, es posible fabricar cromosomas artificiales con el ADN deseado e introducirlos en las levaduras. Su comportamiento se similar al de los otros cromosomas y tienen la ventaja de admitir grandes cantidades de ADN. En unos pocos miles de YAC’s será posible incluir todo el ADN de la especie humana. Luego sólo habrá que analizar sus productos, clasificarlos, identificar similitudes y diferencias en las proteínas que se elaboren a partir de ellos, y superponer los resultados.

FERMENTACIÓN INDUSTRIAL

La fermentación es la gran cantidad de microorganismos que producen algún tipo de sustancia. La especie y cepa elegida será aquella que se adapte mejor a las condiciones de cultivo a gran escala y, a la vez, produzca la mayor cantidad de sustancia requerida. También se ha de poder recolectar con facilidad. En realidad, la mayor parte de los microorganismos que son capaces de fabricar un determinado producto no lo hacen en cantidades significativas para la escala industrial, así que hay que emprender una labor de "mejora" (aquí, mejora es un término claramente antropocéntrico, pues el que el organismo no esté adaptado a las condiciones industriales no significa que tampoco lo esté a su entorno; más bien al contrario). Es un procedimiento análogo a la domesticación.

Ha habido dos grandes líneas en la mejora: la ingeniería genética que busca introducir las características deseadas en el ADN del organismo y las técnicas tradicionales, mediante tanteo y error en la selección, consisten en elegir, de entre el ingente número de cepas naturales que hay de un microorganismo dado, aquellas que sean más rentables para el propósito específico (una de las mejores muestras industriales de Penicillium, el microorganismo que produce penicilina. También hay un camino intermedio, que consiste en aumentar el número de variantes o cepas, mediante la inducción de mutaciones (rayos UV, rayos X, gas mostaza, lo que sea, ya que la supervivencia de los mohos trae sin cuidado); evidentemente, el proceso es aleatorio pero aumenta la probabilidad de lograr un resultado favorable.

El paso del laboratorio a la producción industrial, una vez obtenida la cepa deseada, es delicado. En los ensayos el cultivo estuvo en frascos de un litro, y ahora pasa a tanques de 100.000 l. Surgen nuevos problemas, como el aporte de los mejores nutrientes, la prevención de la contaminación y el control de las condiciones óptimas de fermentación (especialmente aerobiosis o anaerobiosis, temperatura, contaminación biológica y enfermedades, pH, etc.). Y las soluciones no pueden ser sólo ajustar todo ello a las mejores condiciones de crecimiento del organismo, sino que se han de tener en cuenta factores de rentabilidad económica, con un análisis de coste-beneficio. Por ejemplo: evitar el envejecimiento del cultivo, se procede a vaciar el tanque por completo y desechar los microorganismos cada cierto tiempo, sustituyéndolos por otros nuevos. Evidentemente, acompañado de la esterilización de los recipientes industriales.

Completado el proceso de fermentación, el tanque está lleno de un espeso caldo de células, nutrientes no consumidos, productos y desechos. Hay que proceder, por tanto a la purificación. De poco habrán valido los esfuerzos anteriores, y obtener una cepa de muy alto rendimiento, si alguna sustancia interfiere con el producto y lo degrada antes de recolectarlo, o si hace muy cara su purificación. Etc. En muchos casos hay que romper las células para liberar el producto, lo que complica enormemente la tarea. Sin embargo, al nivel de investigación es posible obtener la sustancia deseada unida a un fragmento proteínico, que puede servir para que la bacteria o el moho la excreten al exterior; falta trasladarlo al ámbito industrial. Este es un campo en plena efervescencia, donde es frecuente que a diario lleguen nuevos métodos a los despachos científicos y a las industrias de la mano de agentes de venta comerciales.

Enfermedad:

Diagnóstico, Tratamiento Y Prevención

Antibióticos

A finales del siglo pasado, Pasteur y Koch establecieron firmemente la teoría microbiana de la enfermedad, y con ella el diagnóstico y el tratamiento científico (algo que hoy nos puede parecer obvio, pero que en su momento fue revolucionario; antes de ella, las causas atribuidas eran de lo más peregrino, incluyendo influencias sobrenaturales, defectos del carácter de los enfermos, castigo divino por pecados propios o de los antepasados, etc.).

El principal medio para tratar las enfermedades infecciosas durante el último medio siglo han sido los antibióticos. Contamos con unos cien de utilidad terapéutica. Antes de los antibióticos se recurría principalmente a hierbas. Pero nuestro arsenal ha aumentado. Hace unos pocos años, técnicas que hoy son rutinarias (por ejemplo. vacunación) resultaban de ciencia ficción. Muchas de las que hoy parecen lejanas pueden estar a la vuelta de la esquina. Y con ellas, puede venir de la mano el diagnóstico, la curación y la prevención de enfermedades, especialmente aquellas producidas por infecciones, o las derivadas de trastornos metabólicos o, incluso, el propio cáncer.

La biotecnología del antibiótico es un importante capítulo dentro de la biotecnología médica. Las cuatro principales clases de antibióticos con que contamos penicilinas, tetraciclinas, cefalosporinas y eritromicinas.

Tras la identificación de la penicilina, se abrió la investigación del microbio en profundidad por dos razones. La primera, búsqueda de más agentes antibióticos para tratar mejor las enfermedades. La segunda, a causa de las resistencias que comenzaban a detectarse. De hecho, la resistencia a los antibióticos sigue siendo una preocupación. Debido a que en enfermedades comunes, el organismo de un individuo respondía bien al tratamiento antibiótico, dejado de hacerlo a los pocos años. De hecho, el propio uso de un antibiótico estimula la existencia de cepas resistentes. En 1945 se descubrió un hongo del género Cephalosporium que producía la amplia gama de sustancias que mataban a las bacterias. De entre ellas, se obtuvo la cefalosporina. Su utilidad, podía matar a las bacterias que comenzaban a mostrar resistencia a la penicilina. Se podía lograr lo mismo con penicilinas semisintéticas (modificadas químicamente). Ambas, penicilina y cefalosporina, son -lactamas, sustancias que interfieren con la construcción de las paredes bacterianas. El alarmante aumento de resistencias hace que no cese la búsqueda de nuevos antibióticos.

Un antibiótico diferente es la estreptomicina. Se trata de un amino glucósido, que actúan impidiendo a ciertas bacterias la síntesis de proteínas mediante la destrucción de sus ribosomas. Descubierto en 1944 por Selman Waksman a partir del Streptomyces griseuscon esto se revolucionó el tratamiento de la tuberculosis.

La mayoría de los antibióticos no son proteínas, por lo que no constituyen productos genéticos directos. En realidad, se forman a partir de un precursor y una ruta metabólica que lo procesa. Así, se puede recurrir a la ingeniería genética para producir antibióticos modificados, alterando las enzimas que los fabrican, aunque supone una tarea más ardua que hacerlo con una proteína concreta.

Un ejemplo clásico de esta modificación biotecnológica ha sido la realizada sobre el grupo de la penicilina. Inicialmente, las primeras cepas de Penicillium eran muy poco productivas (una milésima parte de la que sintetizan las cepas industriales actuales). Se mejoró su rendimiento selección tras inducir mutaciones. Este es un proceso totalmente azaroso. La ingeniería genética es mucho más eficaz, en el sentido de que produce directamente aquello que queremos. En un término medio se sitúa la técnica de fusión celular, que incluye azar y selección dirigida. Precisamente mediante esta técnica se han logrado algunas de las actuales cepas industriales. Consiste la fusión celular en unir los genomas de dos células microbianas que habitualmente se dividan por simple bipartición. Esto significa que los individuos resultantes, aunque tengan los mismos genes que los genomas parentales, pueden presentar combinaciones de ellos totalmente nuevas o que raramente existen en la naturaleza. Así, seleccionando cepas prometedoras, eliminando sus envueltas y uniéndolas en una sola, podemos activar genes que habitualmente permanecen silenciosos. Año tras año se descubren que en los actinomicetales (el grupo bacteriano del cual se obtiene la mayor parte de los antibióticos), sustancias nuevas con propiedades terapéuticas.

Anticuerpos monoclonales.

Se trata de anticuerpos idénticos entre sí, por lo que reconocen todos los de una clase al mismo antígeno. En los años 70, G. Köhler y C. Milstein encontraron el modo de obtenerlos. La principal dificultad técnica radica en lograr un número suficiente de anticuerpos monoclonales. Cada linfocito B produce un único tipo de anticuerpos, por lo que todos los sintetizados por él son iguales entre sí, monoclonales. Pero ese tipo de células muere pronto en cultivos, no bastando su breve período de actividad para lograr las cantidades requeridas. El truco consiste en fusionar linfocitos B con células tumorales. El hibridoma (célula resultado de la fusión de dos) tiene las propiedades buscadas: vive largo tiempo y sintetiza anticuerpos, todos iguales entre sí, monoclonales. Existen diferentes métodos para "convencer" a las células para que se fusiones (mezclándolas con virus con lo que las membranas se modifican y unirse.

Una de las primeras aplicaciones de los anticuerpos monoclonales fue la obtención de interferón. Así, se inyecta interferón humano en ratones, lo que despierta reacción inmune. Luego se obtienen linfocitos B reactivos contra el interferón del bazo del ratón. Se mezclan con células de mieloma en presencia de polietilenglicol, eliminando los linfocitos B y las células de mieloma no fusionadas. Luego se seleccionan los hibridomas reactivos y se obtienen grandes cantidades de anticuerpos monoclonales que reconocen al interferón, y que pueden emplearse en su obtención y purificación.

La mayor parte de las aplicaciones actuales de los anticuerpos monoclonales proceden del campo del diagnóstico.

Las posibilidades a concretar son la estimulación de las defensas naturales del enfermo, la mejora en el éxito de trasplantes de órganos, mayor precisión en la aplicación de los medicamentos (disminuyendo las dosis generales y, por tanto, los efectos secundarios, a la par que la dosis efectiva, la que llega a su destino, aumenta espectacularmente), purificación de fármacos, etc.

Interferón: la alarma natural antivírica

En 1957, a. Isaac y a J. Lindeman les llamó la atención que los pacientes aquejados con algún tipo de infección vírica, raramente contraían otra enfermedad también vírica. Esto es especialmente llamativo si se tiene en cuenta que las infecciones bacterianas preparan el camino para más infecciones bacterianas. Concluyeron que el organismo sintetiza una sustancia que interfiere con los virus, llamándola interferón. Hoy se conoce más de una docena de interferones humanos. En 1980, C. Weissmann et al. Clonaron el gen de un interferón humano, logrando una drástica disminución de costes de producción y su obtención muy pura, lo que abrió las puertas a su investigación y empleo.

Las fabulosas expectativas iniciales no se han visto colmadas, aunque no se puede negar su actual eficacia en tratamientos contra la hepatitis B, varicela, infecciones víricas de vías respiratorias, ciertas leucemias, condilomas y el sarcoma de Kaposi.

Biotecnología y su incidencia en diversas enfermedades

Muchas enfermedades víricas no cuentan aún con vacuna eficaz, y la biotecnología es la principal esperanza contra ellas. Entre las más notables están, hepatitis (en sus diferentes variantes), gripe, herpes simple, parotiditis, sarampión, resfriado común y varicela. Las técnicas habituales, de inocular el virus en animales de laboratorio, purificarlos y dañarlos antes de inyectarlos a humanos no funcionan bien con éstas y con muchas otras. La alternativa es clonar alguna proteína vírica adecuada; con éste método se han obtenido buenas vacunas contra las hepatitis A y B.

Con tales metodologías, también es de esperar una sustancial mejora en la seguridad de las vacunas existentes que emplean virus completos atenuado, lo que siempre comporta un riesgo.

Pero hay una enfermedad vírica muy especial, el sida. Del VIH se sabe ya su estructura genética, y se investigan diversas proteínas como diana para vacunas.

Los virus no son los patógenos que más muertes causan, sino los protozoos. Además, éstos, inducen una pésima calidad de vida en los enfermos, que habitualmente viven en países tropicales, del Tercer Mundo. Así, el mayor beneficio que la biotecnología aportaría a la humanidad sería mitigar esa plaga. Entre tales males destaca la malaria. Aunque había retrocedido gracias al empleo de sustancias terapéuticas contra Plasmodium e insecticidas contra los vectores, hoy en dia a la enfermedad esta resurgiendo debido a las resistencias que van apareciendo. El problema que presenta la vacuna es la enorme capacidad que tiene Plasmodium de mutar sus antígenos, lo que inutiliza tanto las defensas naturales como las artificiales. La línea que suscita más entusiasmo (y controversia) es la vacuna de M. Patarroyo, que parece ser eficaz en algunos de los casos. Además de la malaria, también están los tripanosomas, con la enfermedad del sueño (T. gambianun y T. senegalense) y el mal de Chagas (T. cruzi), ambas mortales a menos que sean tratadas. Otros tripanosomas causan graves pérdidas ganaderas. Pese a su capacidad de mutar, se cuenta con sustancias biotecnológicas eficaces, aunque todavía en cantidad insuficiente. La lehismaniosis, causada por Lehismania donovani. La enfermedad puede revestir muchas formas, usualmente leves, aunque el kala-azar es mortal. No existe vacuna eficaz; el tratamiento, con compuestos a base de antimonio, tiene efectos secundarios indeseables, pero el uso de liposomas dirigidos con anticuerpos monoclonales da un gran resultado: por un lado hace más eficaz al fármaco, y por otro permite reducir las dosis y, por consiguiente, los efectos secundarios.

El tratamiento de enfermedades bacterianas también puede quedar sometido a avances biotecnológicos, como en el caso de la lepra, una enfermedad en auge actualmente, y que ya comienza a dar síntomas de resistencia a la dapsona, el fármaco que constituye la base del cualquier tratamiento eficaz.

ADN pegajoso y diagnóstico médico

Es evidente la importancia de un diagnóstico rápido para un correcto tratamiento de unA enfermedad. Los anticuerpos monoclonales son el instrumento actualmente más desarrollado. Pero hay un método que puede ser más eficaz. Se trata de sondas de ADN que puedan adherirse por complementariedad a determinadas regiones de otro ADN. De este modo, además de diagnosticar, se podrían identificar estructuras genéticas de cualquier tipo, detectar defectos genéticos, elegir órganos adecuados para donación, mejorar semillas o ganado, etc. Se trataría de un método miles de veces más sensible que los actuales, pero también más rápido y barato.

La técnica fundamental para la rápida elaboración de tantas sondas de ADN como se necesiten, a un precio asequible, es la PCR. Consiste en la amplificación selectiva de un fragmento de ADN a partir de un molde bicatenario, unos fragmentos cebadores, nucleótidos y una ADN-polimerasa especial, resistente a altas temperaturas. Consiste la técnica en calentar la disolución que contiene el molde bicatenario, de modo que se desnaturalice; posteriormente se rebaja la temperatura para que los cebadores se unan a los extremos de las cadenas simples; posteriormente se sube la temperatura para que la polimerasa se active y cada cadena simple constituya una cadena doble; finalizado lo cual se vuelve a subir la temperatura para que las cadenas dobles recién constituidas se desnaturalicen y se conviertan en cadenas simples para reiniciar el ciclo. Gracias a la PCR se ha logrado clonar un fragmento de ADN de un insecto atrapado en ámbar con una antigüedad de 150.000.000 años.

Otros métodos de diagnóstico

Uno de los que más ha avanzado gracias a la tecnología, es la bioluminiscencia. Se basa en la mezcla de la sangre con la sustancia a analizar, un enzima que intervenga sobre ella con gasto de NADH, el propio NADH y luciferasa (dependiente de NADH). Tras mezclar los tres primeros componentes, la cantidad de NADH habrá variado desde una concentración inicial conocida. La concentración final se puede valorar en función de la luz emitida al añadir luciferasa.

Se ha puesto a punto este método para triglicéridos, alcohol, diversas hormonas y ácidos biliares (indicador de daño hepático).

Hormonas y proteínas

La ingeniería centra su atención en tres tipos de sustancias: las que ya contamos con una fuente de producción, pero que se busca abaratar o mejorar la producción; las de reconocido valor médico pero cuya producción es aún insuficiente para la demanda; las que quizá puedan ser útiles pero se ha de contar con cantidades mayores previamente, para poder ensayarlas. Entre las hormonas polipeptídicas encontramos ejemplos paradigmáticos de los tres casos insulina, hormona del crecimiento y factor de crecimiento nervioso, respectivamente. Y las deficiencias a la hora de sintetizar hormonas polipeptídicas están entre las enfermedades hereditarias más comunes que afectan a la población.

Las endorfinas, como agentes analgésicos, podrían ser más seguras y útiles que las drogas de origen vegetal que se emplean contra el dolor.

Entre las hormonas esteroides, se emplean microorganismos como parte del proceso de obtención, logrando que el producto final cortisona, estradiol, testosterona, etc. sea más barato y seguro.

De la misma manera la albúmina (usada en operaciones quirúrgicas y en el tratamiento de golpes y quemaduras) y varios factores de coagulación sanguínea son objetivos biotecnológicos declarados.

Enfermedades hereditarias

Cada persona porta, como promedio, casi una docena de genes defectuosos, habitualmente silenciosos. Pero pueden manifestarse como enfermedad genética (siempre si son dominantes como la Corea de Huntington, en homocigosis si son recesivos como la fibrosis quística y en los machos si están ligadas al sexo como la distrofia muscular de Duchenne). Se conocen dos centenares de problemas hereditarios más o menos comunes. A veces la biotecnología puede aportar los enzimas que faltan, bien directamente el producto, bien el gen para que sea el cuerpo quien fabrique lo necesario (terapia de sustitución génica). En este último caso, el obstáculo mayor es, no la inserción del gen, sino que se someta a un mecanismo de control de su expresión que sea adecuado. El primer intento con cierto éxito se llevó a cabo en 1990.

Cáncer

Se agrupan porque afectan a los adultos y ancianos de sociedades industriales. Ambas tienen una serie de causas muy diversificadas, aunque sus manifestaciones son comunes. En el caso del cáncer, el problema radica en el descontrol de la proliferación en algún grupo celular. En el caso de enfermedades cardiovasculares, un fracaso en los parámetros hemodinámicos, que conduce a falta de nutrientes en algún tejido. Es una tarea descorazonadora seguir todas las advertencias respecto al estilo de vida para no sufrir cáncer o enfermedades cardiovasculares. La evitación de un tipo de riesgo parece conllevar necesariamente otro.

Para la curación del cáncer hay abiertas diferentes líneas biotecnológicas, que, si bien se incrementa a velocidad de vértigo la cantidad de dichas líneas, la celeridad con la que se incorporan a la terapéutica normal no es tanta. Uno de los primeros objetivos fueron los interferones nadie ha demostrado que puedan curar forma alguna de cáncer. Sí que alivian algunos como linfomas, melanoma y de mama. Uno de los mayores problemas a la hora de su síntesis es que muchos de ellos cuentan con azúcares en su estructura; para que las bacterias los incluyan en el interferón necesitarían un amplio equipo enzimático al efecto. Por fortuna, los interferones que carecen de glúcidos pueden ser sintetizados sin mayor obstáculo.

Otras sustancias a la que se ha concedido mucha atención son interleucina-2, factor de necrosis tumoral, linfotoxina y factor activador de macrófagos. Y la lista es inmensa si tenemos en cuenta que el grupo de las linfocinas, al que pertenecen, incluye a más de un centenar de miembros.

Otra línea de investigación es la que trata de averiguar en qué se diferencian exteriormente las células tumorales de las normales, lo que permitiría poner a punto anticuerpos monoclonales dirigidos específicamente contra ellas. Pero no es fácil: no se debe olvidar que las células tumorales también son células humanas. Aun así se han podido elaborar algunos anticuerpos monoclonales contra tipos tumorales concretos (entre los que están los tres más mortíferos, mama, digestivo y pulmón), si bien ninguno de ellos es completamente específico. Los anticuerpos monoclonales pueden poner en marcha el sistema inmune del paciente contra el tumor, pero su utilidad mayor sería la de dirigir fármacos contra las células cancerosas (método del "reciario"). Mientras tanto, sólo se podrán emplear drogas relativamente no tóxicas. Un ejemplo de este método es el empleo de ricina. Bajo su forma natural es un veneno tan potente que una única molécula basta para matar una célula; así, se ha tenido que recurrir a biotecnología para modificarla (eliminando una de las cadenas, la de permeabilidad de la membrana, y dejando sólo la tóxica unida a un anticuerpo. Otro ejemplo en esta línea es el de la doxorubicina.

Finalmente, un camino prometedor es el de la selección de linfocitos del propio paciente, su modificación y devolución al cuerpo, donde atacarían a las células tumorales. En concreto, se ha descubierto un tipo de linfocitos, los LIT, específicos contra ellas. Tal tratamiento se ha probado en un cierto número de pacientes, con un 10% de curaciones, lo cual es prometedor para una terapia tan novedosa, aunque impide que sea la única.

Enfermedades cardiovasculares

Se produce una enfermedad de este tipo cuando aparece coagulación anormal en venas o arterias, al desequilibrarse el sistema natural que regula tal proceso. Un enzima producido por las bacterias del género Stretococcus, la estreptocinasa, se emplea para disolver coágulos en extremidades y pulmón. Pero plantea dos problemas: como toda sustancia bacteriana despierta respuesta inmune, lo cual rebaja su actividad; y es inespecífico, por lo que conlleva el riesgo de provocar hemorragias. Por ello, como fármaco de elección, se prefiere la urocinasa, un enzima humano con similar actividad. El inconveniente es que se obtiene de la orina o de cultivos de células renales, ambos procesos muy costosos, lo que ha motivado muchas investigaciones con su clonación como objetivo; se logró, finalmente, en 1990, pero envuelta en un halo de secreto comercial.

Más específicos son los plasminógenos activadores hísticos, sustancias que se unen al coágulo y estimulan con ello la acción de otros constituyentes sanguíneos para disolverlo, sin reducir la facultad de coagulación general, es decir, sin el riesgo que plantean los enzimas anteriores.

Trasplante de órganos

Se ha de convencer a los organismos de que acepte un cuerpo extraño, de que no ponga en marcha el sistema inmune contra él. Para ello se cuenta con un arsenal químico, en el que sobresale la ciclosporina A, compuesto que afecta a los linfocitos T, elaborado por el hongo Tolypocladium inflatum, el cual fue descubierto en una muestra de suelo en Noruega. Sin ciclosporina, al año de ser trasplantados de hígado o corazón, sobreviven el 35% y el 50% respectivamente. Con ella, las cifras son 70% y 80%.

La ciclosporina también puede colaborar en el tratamiento de varias enfermedades auto inmunes, entre las que se puede incluir a la propia diabetes.

Pero los fármacos que, como la ciclosporina, inducen tolerancia inmunológica artificial, tienen el inconveniente de debilitar la resistencia contra diversas infecciones, especialmente víricas. El interferón, administrado simultáneamente, pude contribuir a reducir el riesgo.

Además, la selección previa del órgano a trasplantar mediante sondas de ADN o anticuerpos monoclonales que elijan aquel con un MHC lo más compatible posible con el del receptor, permitiría reducir la cantidad de fármaco administrado, y con ello sus indeseables efectos secundarios.

Proyectos más controvertidos y prometedores de la biotecnología médica

Proyecto Genoma Humano (PGH)

Origen del PGH fue Antes de los años 80, ya se había realizado la secuenciación de genes sueltos de muchos organismos, así como de "genomas" de entidades subcelulares como algunos virus y plásmidos, y aunque "flotaba" en el entorno de algunos grupos de investigación la idea de comprender los genomas de algunos microorganismos, la concreción del PGH comenzó en los EEUU en 1986 cuando el Ministerio de Energía (DOE), planteó dedicar una buena partida presupuestaria a secuenciar el genoma humano, como medio para afrontar sistemáticamente la evaluación del efecto de las radiaciones sobre el material hereditario. Posteriormente se unió a idea de formar el Instituto Nacional de la Salud (NIH), organismo público con más experiencia en biología

Luego se establece la Organización del Genoma Humano (HUGO), como entidad destinada a la coordinación internacional, a evitar duplicaciones de esfuerzos, y a diseminar el conocimiento. El comienzo oficioso del PGH corresponde a 1990, y se calcula que terminará el 2005. Sus objetivos eran elaborar en una primera etapa mapas genéticos y físicos con suficiente resolución, mientras se ponían a punto técnicas más eficientes de secuenciación, de modo que en la fase final se pudiera abordar la secuenciación de todo el genoma humano.

El PGH es el primer gran esfuerzo coordinado internacionalmente en la historia de la Biología. Se propone determinar la secuencia completa (más de 3000 •106 pares de bases) del genoma humano, localizando con exactitud los 100.000 genes aproximadamente y el resto del material hereditario de nuestra especie, responsables de las instrucciones genéticas de lo que somos desde el punto de vista biológico. Proyecto Genoma abarca diversas iniciativas para conocer al máximo detalle los genomas no sólo de humanos, sino de una serie de organismos modelo de todos los dominios de la vida, todo lo cual se espera que dé un impulso formidable en el conocimiento de los procesos biológicos (desde la escala molecular hasta la evolutiva) y de la fisiología y patología de los seres humanos, y que se traduce en la multitud de aplicaciones técnicas y comerciales como en : Diagnóstico y terapia de enfermedades, biotecnologías, instrumental, computación, robótica, etc.

Hacia mediados de la década de los años 80 la metodología del ADN recombinante y sus técnicas asociadas como vectores de clonación, enzimas de restricción, transformación artificial de células procariotas y eucariotas, bibliotecas de genes, sondas moleculares, secuenciación, genética inversa, PCR, etc. habían alcanzado una madurez suficiente como para que se planteara la pertinencia y viabilidad de un proyecto coordinado de caracterización detallada (hasta nivel de secuencia de nucleótidos) del genoma humano y de genomas de una serie de organismos modelo.

La principal justificación del PGH en la sociedad es la promesa de avances importantes en Medicina. Aunque el estudio de las enfermedades en humanos se ha venido haciendo mayoritariamente en ausencia de su comprensión genética, la disponibilidad de técnicas poderosas fomenta el estudio de la secuenciación sistemática, lo que suministra un formidable impulso sobre todo para las enfermedades poligénicas y multifactoriales. Una de las consecuencias más inmediatas del PGH ya experimentada es la de disponer de sondas y marcadores moleculares para el diagnóstico de enfermedades genéticas, como el cáncer y enfermedades infecciosas. Se espera que a su vez la investigación genómica permita diseñar nuevas generaciones de fármacos, que sean más específicos y que tiendan a tratar las causas y no sólo los síntomas. La terapia genética, aunque aún en sus balbucientes inicios, puede aportar soluciones a enfermedades, no sólo hereditarias, sino cáncer y enfermedades infecciosas.

Uno de los principales objetivos es desarrollar a corto plazo tecnologías de vanguardia. Es decir, la necesidad de impulsar poderosas infraestructuras tecnológicas que deben de proporcionar a las instituciones, empresas y países implicados un lugar de privilegio en la investigación biomédica y en multitud de aplicaciones industriales (diagnósticos, terapias, instrumental de laboratorio, robótica, hardware, software, etc.).

Gran parte de la investigación genética de la actualidad y por ende PGH, ha sufrido una serie de retos sociales y éticos, en buena medida similar a problemas ya habituales en la discusión filosófica, social o política. Pero debido a la magnitud y tipo de información que se va a derivar, y sobre todo, atendiendo a determinados contextos donde esa información se podría usar, y recordando pasadas experiencias traumáticas de discriminación y barbarie con el pretexto de datos genéticos, no es extraño que junto al interés que puede acompañar a todo gran programa científico, haya surgido la necesidad de abordar una reflexión interdisciplinar sobre los previsibles impactos de esta Nueva Genética y el modo en que la sociedad debería gestionar y controlar sus resultados.

Uno de los principales preocupaciones sobre este proyecto es la difusión de datos genéticos personales a terceras personas o a entidades (empresas, compañías de seguros, etc.) podría suponer un grave atentado a la intimidad y poner en peligro expectativas de la persona afectada, condicionando delicadas decisiones en diversos ámbitos familiar, educativo, de salud, laboral, de seguros, etc.

Sondeos génicos en ámbitos clínicos

El PGH nos acerca a un nuevo tipo de práctica clínica, la que se ha dado en llamar Medicina Genómica y Predictiva: Es importante para la determinación de anomalías genéticas, incluso antes de que se manifieste el fenotipo de la enfermedad. Esto revoluciona el diagnóstico y el pronóstico justamente aquí aparece una problemática y es la de alguien llamado el "enfermo-sano", "enfermo saludable" o "aún-no-paciente", con la potencialidad nada desdeñable de originar ansiedad en los afectados. Otro tema de preocupación deriva del valor predictivo probabilístico de las pruebas (por más que se haya implantado cierta idea de su supuesta precisión y certeza). ¿Cómo se manejarán predicciones sustentadas en probabilidades mayores o menores de que algo ocurra o no en un cierto período de tiempo?

Por estas y otras razones se ha dicho que este es un "conocimiento tóxico o peligroso". Las principales posibilidades de diagnóstico genético son:

Sondeo prenatal: Desirne si un feto tiene riesgo de desarrollar enfermedades genéticas. Se introdujo a finales de los años 60, cuando se puso a punto la técnica de cultivo de células de fluido amniótico, aunque hasta la llegada de la era del ADN recombinante, el número de afecciones detectadas era bajo. Técnicas más usadas son:

Amniocentésis: a menudo guiada por ecografía (se practica entre las semanas 16 y 18 de gestación). Se extraen unos 10 ml de fluido amniótico, y tras cultivo, se realizan análisis de cariotipo, enzimáticos y genéticos. Debido a la necesidad de cultivo, los resultados no aparecen antes de la vigésima semana. Su riesgo de inducción de aborto es de 1/200 a 1/300.

Extracción de vellosidades coriónicas (transcervical o transabdominal): Se puede realizar a la 10ª-12ª semana de embarazo. Se han mostrado efectos secundarios como un 2-4% de inducción de abortos. El procedimiento requiere bastante pericia técnica, es caro.

Extracción y purificación de sangre periférica materna muestras de células fetales: Se basa en usar anticuerpos para identificar y purificar células fetales (eritroblastos) de la sangre de la madre, con posterior extracción de su material nuclear, que de esta forma es susceptible a los análisis genéticos, es un método prometedor.

Estudios en el laboratorio.

1. Tradicionalmente, las pruebas se reducían al cariotipo el que sólo revela grandes anomalías cromosómicas y a la medición de algunas enzimas

2. Las actuales técnicas amplían el rango, ya que la detección no depende del fenotipo (ni siquiera molecular), sino del genotipo, que se puede sondear con las poderosas herramientas de la Ingeniería Genética y con la información del PGH (sondas FISH para detectar anomalías cromosómicas, sondas y PCR para alelos mutantes de genes, sondas para genes de predisposición, etc.).

El objetivo del diagnóstico prenatal es suministrar información a las parejas sobre la situación del feto, actual o futura. Obviamente, el horizonte es el del recurso al aborto en el caso de "malformación" o posibilidad de enfermedad grave futura. En un futuro se plantea rastreo de toda la población de embrazadas permitiendo la "clasificación de los bebes" generando los siguientes dilemas:

• Mala auto imagen de los niños que se "hayan saltado" el control de calidad. Posibilidad de que esos individuos queden "marcados" (estigmatización social).

• Posibles reclamaciones judiciales de los padres al sistema sanitario por un falso negativo que se haya traducido en un "nacimiento incorrecto o injusto".

• Pleitos entre miembros de la familia por nacimientos defectuosos, etc.

Uno de los casos extremos de uso del diagnóstico prenatal es el aborto selectivo por mera cuestión de sexo.

Sondeo neonatal: El sondeo neonatal de enfermedades curables (como el que se realiza rutinariamente desde hace años por medios no genéticos para la fenilcetonuria) su finalidad es preparar adecuadamente las medidas terapéuticas oportunas.

Ejemplos de sondeos neonatales:

• Fenilcetonuria.

• Hipotiroidismo congénito.

• Galactosemia.

• Anemia falciforme.

• Tay-Sachs.

Los dilemas proceden del sondeo de enfermedades incurables o de difícil terapia, el problema estriba en el desasosiego que se le puede crear al individuo. Por otro lado ¿tienen los padres derecho a conocer en un hijo menor de edad una propensión genética incurable que sólo se desarrolla en la edad adulta? Muchos moralistas y juristas responden negativamente. De todas formas, al llegar a la edad reproductora, el individuo debería acceder a esa información, con objeto de tomar opciones pro creativa en las que no transmita el gen mutante a la descendencia.

Otra problemática es la fiabilidad de las pruebas, y la tasa de falsos positivos y falsos negativos. Los falsos positivos inducen intranquilidad en el paciente, que luego a menudo es difícil eliminar con el resultado negativo de una segunda prueba.

Pruebas genéticas predictivas

La implantación de pruebas predictivas para individuos sanos es aún tema muy controvertido. La mayor parte de las paradojas éticas proceden precisamente de la novedad que supone predecirle a un individuo, con años de conocimiento, una probabilidad mayor o menor a sufrir una enfermedad. Si la enfermedad en cuestión es incurable e inhabilitante, esa información puede ser más peligrosa que el mismo factor genético de riesgo, pudiendo ser psicológicamente devastadora para el individuo.

Actualmente existen tests predicativos para enfermedades monogénicas de manifestación tardía como la corea de Huntington, Alzheimer hereditario, poliquistosis renal, hemocromatosis y cáncer hereditario de ovario.

Pronto se podrán realizar pruebas de susceptibilidad a enfermedades multifactoriales. Si esto es así, será un poderoso factor de cambio en la práctica clínica, ya que pasaríamos de tratar simplemente los síntomas del enfermo a intentar prevenir la enfermedad en las personas con susceptibilidad genética. Un primer problema es cómo va a entender la persona que ha hecho la consulta un resultado probabilístico para una situación en la que intervienen otros factores genéticos y ambientales.

Es difícil prever qué efectos tendría la introducción de pruebas predictivas para enfermedades más o menos comunes, pero necesitamos un período de reflexión y debate, ya que estamos ante una tecnología con una gran potencialidad de cambiar el modo en que pensamos la salud y la enfermedad, nuestra manera de hacer planes para el futuro, de hacer elecciones reproductoras, etc. Otro tema esencial será garantizar la no discriminación y la intimidad genética.

La salud y enfermedad en la era de la Medicina Genómica

La manera que tenemos los humanos de enfrentarnos a la enfermedad, a la vejez y a la muerte, está sometida a una serie de influencias sociales y culturales, cambiantes a lo largo del tiempo. A pesar de que las mejoras en salud y esperanza de vida han dependido en buena parte de las mejoras en medidas preventivas y sociales (más higiene, cambios en la dieta, urbanización con redes independientes de aguas potables y residuales, etc.), tendemos a darle más importancia a la idea de que cada enfermedad tiene una causa determinada y que puede ser remediada a partir de medicamentos específicos, según el tratamiento antibiótico de muchas enfermedades bacterianas. Las promesas de la Medicina genómica acentúan esa visión de las enfermedades, incluidas las crónicas, como susceptibles de tratamientos basados en medicamentos y terapias dirigidas a dianas moleculares específicas.

Células Madre

Las células madre, o células troncales, es un tipo especial de células que tienen la capacidad de dividirse indefinidamente y llegar a producir células especializadas.

Las células normales de un individuo adulto (hombre y los mamíferos superiores) no tienen capacidad de multiplicarse, salvo las células de médula ósea y las de la piel. Si engordamos, no es que tengamos más células, en realidad tenemos la misma cantidad de células, pero éstas han aumentado de tamaño.

Por ejemplo si una lagartija pierde la cola, le vuelve a crecer. En los mamíferos no ocurre así. Si un individuo pierde un miembro, no lo vuelve a desarrollar. Las células normales adultas no tienen, pues, capacidad de reproducirse. Las que tienen capacidad de reproducirse y generar nuevos tejidos reciben el nombre de células madre.

Ejemplo el desarrollo de un embrión sirve para entender mejor qué son las células madre.

Desarrollo embrionario

Un óvulo fecundado por un espermatozoide es una célula capaz de generar un nuevo individuo completo. Se trata, pues, de una célula totipotente: capaz de producir un espécimen completo con todos sus tejidos.

Entre los días primero al cuarto del desarrollo embrionario, la célula original va dividiéndose en varias células más. Cada una de estas células, si es separada del resto, es capaz de producir un individuo completo. Son también células totipotentes.

A partir del cuarto día del desarrollo embrionario humano se forma el blastocito. El blastocito está formado por dos capas:

Capa externa: forma la placenta y los tejidos necesarios para el desarrollo fetal.

Capa interna: formará todos los tejidos del cuerpo humano.

Las células de un blastocito ya no son totipotentes, puesto que una sola de estas células ya no es capaz de generar un individuo completo. Sí que son capaces de generar todos los tejidos de un individuo adulto, pero no pueden generar la placenta ni otros tejidos necesarios para el desarrollo del embrión. Estas células internas del blastocito se denominan células pluripotentes.

Estas células pluripotentes del interior del blastocito generarán, a su vez, células madre especializadas con una función concreta, como por ejemplo:

Células madre de médula ósea que producen células sanguíneas: glóbulos rojos, glóbulos blancos, plaquetas.

Células madre de la piel.

Clonación

Recientemente el gobierno inglés ha permitido la investigación con embriones humanos para obtener células madre. Se suele utilizar un proceso semejante al usado en la clonación animal:

Se coge un óvulo femenino al que se le extrae el núcleo Se extrae el núcleo de una célula adulta del individuo a clonar.

Se implanta el núcleo extraído de la célula adulta en el óvulo

A partir de aquí tenemos un óvulo que podrá crecer hasta convertirse en un individuo clónico, enteramente igual, en lo físico, al individuo del que se extrajo la célula adulta.

Si en las primeras fases del desarrollo del embrión se extraen células totipotentes o pluripotentes y logramos especializarlas, podríamos obtener cualquier tejido para trasplantes.

Células madre adultas

En un individuo adulto encontramos células madre en la médula ósea y en la piel. Estas células se reproducen y generan células especializadas de sangre y de piel respectivamente. En otros tejidos se han encontrado también células madre especializada, capaz de reproducirse y de generar tejidos especializados y sólo esos tejidos. Estas células madre especializadas son muy escasas y difíciles de aislar.

En un principio se pensó que las células madre especializadas sólo podían general células especializadas del mismo tipo. Sin embargo se ha observado que estas células pueden llegar a generar células con una especialización diferente de la original. Así células madre neuronales de la médula espinal han producido diferentes tipos de células sanguíneas. Estudios en ratas han obtenido células hepáticas partiendo de células madre de médula espinal. Cada día salen a la luz nuevos ejemplos de células madre especializadas que producen células especializadas diferentes de las esperadas. Esto demuestra que las células madre son mucho más flexibles de lo que se pensaba.

De aquí se derivan grandes expectativas de terapias innovadoras. Parece que las células madre adultas tienen un gran potencial y quizá más facilidades que las células madre embrionarias puesto que se puede partir de células del propio individuo y, por tanto, con la misma carga genética. Esto solventa, además, los serios problemas morales de manipular células embrionarias.

Investigar con células madre adultas

Por otro lado, se podrían obtener células madre del propio individuo adulto y especializarlas igualmente para obtener otros tejidos o reconstruir los órganos necesarios. Un buen suministro de células madre propias podría ser el cordón umbilical obtenido en el momento del parto y conservado congelado.

Se recogen células madre de un individuo adulto. Otra posibilidad es guardar congelado el cordón umbilical del bebé al nacer que puede servir como suministro muy válido de células madre.

Se cultivan las células madre en el medio adecuado hasta obtener el tejido que se necesite.

Se trasplanta al individuo enfermo el tejido cultivado o las células necesarias para regenerar el órgano enfermo.

Aplicaciones

El estudio de las células madre nos permitirá conocer los mecanismos de especialización celulares. Qué mecanismos hacen que un gen sea activo y haga su trabajo y qué mecanismos inhiben la expresión de ese gen. El cáncer, por ejemplo, es un caso de especialización celular anormal.

Las células madre pueden servir para probar nuevos medicamentos en todo tipo de tejidos antes de hacer las pruebas reales en animales o en humanos.

Las células madre tendrán aplicaciones en terapias celulares, medicina regenerativa o ingeniería tisular. Muchas enfermedades son consecuencia de malas funciones celulares o destrucción de tejidos. Uno de los remedios, en casos muy graves, es el transplante. Las células madre pluripotentes estimuladas a desarrollarse como células especializadas ofrecen frecuentemente la posibilidad de reemplazar células y tejidos dañados. Así se podrán emplear para casos de Parkinson y Alzheimer, lesiones medulares, quemaduras, lesiones de corazón o cerebrales, diabetes, osteoporosis y artritis reumatoide.

Ejemplos de aplicaciones:

Dos bebés que nacieron con un defecto genético que les ocasionaba una severa inmunodeficiencia, se les extrajeron células madre de médula ósea. Se cultivaron las células, se reemplazó el gen defectuoso y se transfirieron de nuevo a los niños. Este experimento, en el que se emplearon células madre de los propios bebés, constituyó el primer éxito de curación mediante terapia genética.

La inyección de células madre en el líquido cefalorraquídeo de los animales pede lograr devolver el movimiento a unos roedores con parálisis. Se introducen células madre neuronales en los roedores paralizados por un virus que ataca específicamente a las neuronas motoras y se comprobó que la mayoría recuperaba la habilidad de apoyar las plantas de una o de dos de sus patas traseras.

Las investigaciones son muy prometedoras y avanzan muy rápidamente, pero queda mucho por hacer para llegar a aplicaciones clínicas reales. Todavía falta por conocer los mecanismos que permiten la especialización de las células madre humanas para obtener tejidos especializados válidos para el transplante.

Conclusión

Como conclusión las aplicaciones de la biotecnología son muy amplias, cual es su limite es muy incierto, ya que cada dia se van descubriendo nuevas técnicas para diversas áreas que como ya mencione van desde la medicina hasta la industrias de todo tipo.

La biotecnología es la nueva revolución industrial, que ha demostrado su gran importancia en nuestra vida apartir de por ejemplo la curación de enfermedades, fabricación de fármacos, industria de todo rubro, etc.

Gracias a ella y a su rama mas poderosa la ingeniería genética podemos hoy en dia identificar a un individuo apartir de su patrón genético, este es un uso exclusivo en la criminología, pruebas de paternidad mediante un examen sanguíneo, identificación de enfermedades a contraer a futuro como diabetes, cáncer, etc. esta es la llamada prueba de análisis polimorfico de fragmentos de restricción PLFR, tiene una gran incidencia en la elaboración del mapa genomico humano. Otra técnica prometedora es YAC que se basa en la fabricación de genes artificiales.

La utilización de sondas que son secuencias de ADN marcada radiactivamente, función que cumplen es la de identificar defectos genéticos, elegir órganos adecuados en caso de transplantes, etc.

Los proyectos mas conocidos y debatidos son los : Proyecto genoma humano y la utilización de células madre como terapia genética , sus frutos son muchos y sus expectativas muy amplias, no tienen un final , estamos ante la futura medicina genómica que reenlazará a la medicina convencional surgiendo la terminología "enfermos aun no pacientes" ya que no será necesario por ejemplo una operación o esperar a que una enfermedad se manifieste, si mediante exámenes y técnicas , inyección, fármacos se puede erradicar la enfermedad, incluso en el caso de muerte celular de tejidos importantes para nuestro organismo o defectos en ellos que como en la actualidad se usa los transplantes, en un futuro no serán necesario solo la implantación de células madres generadoras de tejido especializado lo curaran.

Una interrogante que queda en el aire, ¿ No le estaremos dando la razón a Hitler?, fue él el primero en implantar la idea de la raza perfecta, (no hay que olvidar que tuvo un proyecto denominado" Los hijos de Hitler") Su pensamiento no fue tan siniestro como en un principio se suscito, ya que esta es justamente una de las razones de debate ético y moral con respecto a los alcances de la biotecnología que es la selección de futuros individuos por características fenotipicas especiales y genéticas, en lo que se refiere a realizar abortos "terapéuticos" con el fin de no dar oportunidad de nacer a bebes defectuoso que en un futuro podrían generar una enfermedad.

Pero aun así la biotecnología es nuestra esperanza futura de vida en la erradicación de enfermedades.

Bibliografía

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Prentis, Steve. "Biotecnología, una nueva revolución industrial". Editorial Salvat, 1993

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Grace, Eric S. "La biotecnología al desnudo: promesas y realidades". Editorial Anagrama, 1998

Ninette Montecinos Gómez