1. Técnicas de ingeniería genética

La Organización Mundial de la Salud define los organismos modificados genéticamente (OMG) como “organismos cuyo material genético (ADN) ha sido alterado en formas que no ocurren de forma natural”.1 La legislación europea, más específica, define los OMG como organismos cuyo material genético “ha sido alterado en formas que no ocurren de forma natural durante los procesos de reproducción o recombinación ”.2

Normalmente, la ingeniería genética consiste en la manipulación del material genético (genoma) de un organismo en el laboratorio, insertando uno o más segmentos de ADN o modificando una o más de sus bases (unidad elemental que representamos con letras). Esta reprogramación hace que las células del organismo genéticamente modificado produzcan una nueva proteína, o modifica la estructura y función de una proteína ya existente. La modificación genética (ingeniería genética) confiere nuevas propiedades o "rasgos" que no se encuentran de forma natural en el organismo.

Algunas de las manipulaciones consideradas como ingeniería genética son:

  • Transferencia de genes entre organismos que pueden tener o no relación entre sí.

  • Modificación de la información de un gen (edición de genes)

  • Cambio de posición, eliminación o multiplicación de genes dentro de un organismo.

  • Unión de fragmentos de genes ya existentes, o construcción de genes nuevos.

 

Al incorporarse en el ADN de un organismo, los genes modificados alteran las características funcionales - rasgos - de este. Los rasgos más comunes en los cultivos MG (modificados genéticamente) que se comercializan en la actualidad son la expresión de proteínas que matan a los insectos que intentan comérselos, o de proteínas que hacen al cultivo tolerante a un herbicida. Sin embargo, teóricamente, las proteínas nuevas expresadas por los cultivos MG podrían ejercer una gran variedad de funciones.

¿Qué es el ADN?

 

ADN es la abreviatura de ácido desoxirribonucleico. Las moléculas de ADN se encuentran en el núcleo de la célula. En cada molécula de ADN puede haber desde decenas hasta varios miles de segmentos, llamados genes. Los genes contienen las instrucciones que guían el desarrollo y funcionamiento de todos los seres vivos y virus conocidos.

 

La principal función del ADN es el almacenamiento de información biológica. La información almacenada en el ADN se expresa en forma de características físicas o rasgos como la altura, piel oscura, pelo rojo u ojos azules.

 

Existen cuatro subunidades de la molécula de ADN, llamadas "bases". Estas son las "letras" del alfabeto genético. La información se almacena en el ADN mediante una secuencia de estas letras, de la misma manera que la información de esta página está almacenada en una secuencia formada por las 27 letras de nuestro alfabeto.

 

Cada gen contiene una secuencia específica de estas "letras genéticas" y podría entenderse como unas instrucciones, una receta o un código para una proteína o un grupo de proteínas concreto. El genoma de un organismo es el conjunto de todos los genes que se necesitan para construir, directa o indirectamente, todos los componentes de las células de ese organismo.

 

La mayoría de genes codifica información para producir proteínas, que pueden funcionar de una de estas cuatro maneras:

  • Como bloques de construcción del cuerpo del organismo, formando estructuras físicas como las paredes celulares o los órganos.

  • Como enzimas, proteínas que catalizan las reacciones bioquímicas necesarias para el mantenimiento de la vida.

  • Como moléculas de regulación y señalización intracelular, controlando la función de los genes, rutas metabólicas, células y órganos.

  • Como moléculas reguladoras u hormonas peptídicas que controlan diversos procesos fisiológicos desde el exterior de la célula.

 

Las últimas estimaciones indican que los humanos tienen unos 21.000 genes diferentes que codifican proteínas, más o menos los mismos que la mosca de la fruta; sin embargo, las especies que utilizamos en agricultura, como el arroz, trigo, maíz y soja, contienen de 30.000 a 50.000 genes. Evidentemente, para determinar las características de un organismo es más importante la información que contienen los genes que la cantidad de genes que haya.

 

Sólo una pequeña parte del ADN contiene genes que codifican proteínas, ya estemos hablando de humanos, animales o plantas (aproximadamente del 3 al 5%). Hasta hace poco, el ADN no codificante se consideraba no funcional, hasta el punto de que algunos científicos se referían a él como "ADN basura", pero ahora se ha descubierto que el "ADN basura" no es ni mucho menos inútil, y que contiene miles de elementos vitales para el control de la función de los genes.

 

También se creía que cada gen codificaba una proteína; sin embargo, dado que se estima que las proteínas en humanos y en otros mamíferos realizan más de 200.000 funciones diferentes, es evidente que debe de haber formas de obtener más de una proteína de cada gen. Ahora se sabe que la mayoría de genes (al menos el 60%) codifican más de una proteína.

 

Es más, cada vez se descubre que más y más proteínas se encuentran en múltiples lugares dentro de las células y órganos, y llevan a cabo más de una función. Ahora sabemos que muchas funciones en la célula son realizadas por conjuntos de proteínas actuando en grupo. Por tanto, podemos concluir que a partir de un número limitado de genes es posible obtener una gran cantidad de funciones en los órganos y células.

 

Por último, es preciso señalar que existen muchos genes que no codifican proteínas, sino que producen copias de sí mismos de varios tamaños utilizando ácido ribonucleico (ARN). Estas moléculas de ARN llevan a cabo funciones estructurales, reguladoras y catalíticas, y participan en procesos celulares vitales, como la fabricación de proteínas o el control de la función de otros genes. Por ejemplo, las moléculas de ARN pueden controlar qué cantidad de una proteína concreta se producirá a partir de un determinado gen.

 

En resumen, ahora es evidente que la organización de los genes en el ADN no es aleatoria y que el control de sus funciones consiste en una red de interacciones altamente compleja y exquisitamente equilibrada, que los científicos aún no pueden comprender por completo. También es obvio que, dado que los genes de un organismo constituyen una red interconectada, una perturbación en la organización o función de los genes puede afectar a múltiples sistemas, que se traduzca en consecuencias serias en cuanto a funciones celulares y salud del organismo.

 

Por otra parte, es importante tener en cuenta que, dada la complejidad de estos sistemas, una sola alteración puede tener efectos impredecibles. Esto se ve reflejado en el hecho de que la alteración de una sola base (cada una de las "letras") de la secuencia de un solo gen puede suponer un paso significativo que dé lugar a un cáncer, una enfermedad que requiere la alteración de la función de múltiples genes, proteínas y sistemas celulares.

 

Exceptuando algunos casos, todas las células de un ser vivo (humano, animal, planta) contienen todo su genoma, es decir, toda la información genética que especifica, directa o indirectamente, todos los aspectos de la estructura y función del organismo.

 

Cuando las células se multiplican y reproducen, todo su genoma se duplica ("replicación del ADN") antes de que la célula se divida. El genoma completo pasa a ambas células "hijas". La síntesis de todos los tipos de proteínas a partir de la información contenida en los genes requiere una serie de etapas:

  1. Los genes correspondientes se copian en un ácido ribonucleico mensajero (ARNm), un proceso que se conoce como transcripción.

  2. Después de la transcripción, el ARNm es sacado del núcleo, a la parte de la célula conocida como citoplasma.

  3. Una vez en el citoplasma, la información genética del ARNm es decodificada o "traducida" para construir las proteínas deseadas.


Este proceso se resume en lo que se conoce como el dogma central de la biología molecular: el ADN da lugar al ARN que da lugar a las proteínas.

Teoría y práctica de la ingeniería genética

 

De la misma manera en que la cinta magnética puede utilizarse para almacenar información electrónica, como música o vídeo, el ADN almacena información genética. Y al igual que un ingeniero de sonido corta y pega cinta la cinta magnética para conseguir la grabación completa de una canción, un biotecnólogo o ingeniero genético usa las técnicas de modificación genética o ingeniería genética para cortar y pegar ADN. Usan estas técnicas para aislar, modificar y desplazar el ADN y la información genética que contiene entre organismos poco o muy relacionados entre sí.

 

La idea principal de la ingeniería genética es que cortando y pegando el ADN de un organismo, se pueden introducir en este nuevas funciones, características o rasgos. Se supone que el organismo resultante será idéntico al original no modificado, salvo que tendrá el nuevo rasgo que es conferido por el gen introducido por el ingeniero genético.

 

Es un concepto simple y elegante, pero la práctica de la ingeniería genética no es así de simple ni elegante. El proceso de la ingeniería genética no es preciso ni predecible. Los genes no funcionan como unidades aisladas, sino que interactúan entre sí y con su entorno, de maneras complejas que aún no pueden comprenderse o predecirse con claridad. Los métodos utilizados en ingeniería genética pueden alterar el genoma del organismo huésped o el funcionamiento de sus genes de formas inesperadas, dando lugar a cambios impredecibles e indeseados en la función y estructura del organismo genéticamente modificado. A su vez, esto puede provocar la presencia inesperada de toxinas o alérgenos, o cambios en el valor nutricional, y el organismo modificado puede tener efectos dañinos o no esperados en el medio ambiente.

Referencias: 

1. Organización Mundial de la Salud (OMS). 20 questions on genetically modified foods. 2002. Disponible en: http://www.who.int/foodsafety/publications/biotech/20questions/en/index.html.

2. Parlamento y Consejo Europeo. Directiva 2001/18/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 12 de marzo de 2001, sobre la liberación intencional en el medio ambiente de organismos modificados genéticamente y por la que se deroga la Directiva 90/220/CEE del Consejo. Off J Eur

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