CLONACION

CLONACION:, proceso mediante el cual puede aislarse un gen de entre todos los genes diferentes que existen en un organismo, lo que permite realizar su caracterización. La clonación molecular es la base de la mayoría de los procedimientos de ingeniería genética y su estrategia básica consiste en trasladar el gen deseado desde un genoma grande y complejo hasta otro pequeño y sencillo.

La clonación molecular se puede dividir en varios pasos. En primer lugar, debe aislarse el ácido desoxirribonucleico (ADN) del que se parte. Si se trata de ADN genómico debe digerirse previamente con enzimas de restricción para obtener una mezcla de fragmentos de tamaño adecuado para la clonación. También puede clonarse ADN sintetizado por transcripción inversa (ADN copia o ADNc), a partir de la población de ARN mensajeros de una célula, o incluso ADN sintetizado mediante la reacción en cadena de la polimerasa (RCP). El segundo paso consiste en unir los fragmentos de ADN a un vector de clonación con la enzima ADN ligasa. Los vectores de clonación que se utilizan son plásmidos o bacteriófagos (virus capaces de infectar bacterias). Los cósmidos son otros vectores de clonación construidos artificialmente que presentan características de ambos. Posteriormente, estas construcciones de ADN deben introducirse y mantenerse en un organismo hospedador, generalmente una bacteria.

Una vez realizados todos estos pasos se obtiene una batería de bacterias que contiene todos los genes presentes en un organismo. Cuando se parte de ADN genómico digerido o fragmentado con enzimas de restricción, cada bacteria contiene un fragmento del genoma original. Esta batería de bacterias recibe el nombre de genoteca genómica. Si se parte de ADNc obtenido del total de los ARN mensajeros de una célula, cada bacteria contendrá una única copia de ADNc y, por tanto, un único gen, con la ventaja de que en este caso se ha eliminado la información no codificadora (intrones) presente en el ADN.

Antes de proceder al estudio de los genes es necesario identificar las bacterias que contienen el gen o genes de interés. En primer lugar, deben identificarse aquellas bacterias que han recibido los vectores de clonación de aquellas que no recibieron las construcciones. Cuando el vector de clonación es un plásmido, normalmente se utiliza un marcador del vector (generalmente la resistencia a un antibiótico), de tal manera que sólo las bacterias que contengan el plásmido podrán crecer en el medio que contenga dicho antibiótico. En el caso, por el contrario, de que las células contengan un fago, basta con buscar la presencia de placas de lisis. En segundo lugar, deben identificarse las bacterias que presenten los genes de interés para separarlas del resto. Para ello, se recurre a diversas estrategias que van desde la hibridación con sondas de ácidos nucleicos (tanto en genotecas genómicas como en genotecas de expresión), hasta el empleo de técnicas de inmunodetección para genotecas de expresión, que permiten detectar la proteína producida por el gen deseado mediante anticuerpos específicos. Entonces, se toma esta bacteria y se hace crecer para producir un clon de bacterias idénticas. Como el vector que contiene el ADN insertado se replica siempre que la célula bacteriana se divide, se produce la cantidad suficiente de ADN insertado clonado necesaria para caracterizar el gen. De esta manera, es posible estudiar los genes que codifican proteínas y que tienen un interés especial, o aquellos cuya inactivación, consecuencia de una mutación, origina una enfermedad específica. Por ejemplo, se puede determinar su secuencia y la naturaleza de la mutación que da lugar a una enfermedad.

En algunos casos, el gen se puede expresar en la célula bacteriana para producir la proteína específica (a partir de una genoteca de expresión), que se puede emplear en el tratamiento de enfermedades como la diabetes mellitus (insulina) o el enanismo (hormona del crecimiento). Recientemente, se han podido introducir genes funcionales clonados en los individuos, para tratar una enfermedad de forma más directa. Es probable que el empleo de estos procedimientos de tratamiento genético con ADN clonado aumente en el futuro.

 

Proyecto Genoma Humano, programa internacional de colaboración científica cuyo objetivo es obtener un conocimiento básico de la dotación genética humana completa (véase Genética). Esta información se encuentra en todas las células del cuerpo, codificada en el ácido desoxirribonucleico (ADN). El Proyecto Genoma Humano ha identificado los aproximadamente 25.000 genes presentes en el núcleo de las células humanas y ha establecido la localización que ocupan estos genes en los 23 pares de cromosomas del núcleo.

 

Los datos obtenidos a partir de la secuenciación y cartografiado del genoma humano ayudarán a los científicos a relacionar las enfermedades hereditarias con genes concretos situados en lugares precisos de los cromosomas. Estas investigaciones proporcionarán un conocimiento sin precedentes de la organización esencial de los genes y de los cromosomas. Muchos científicos creen que la identificación de la dotación genética humana revolucionará el tratamiento y prevención de numerosas enfermedades humanas, ya que penetrará en los procesos bioquímicos básicos que las sustentan.

La idea de iniciar un estudio coordinado del genoma humano surgió de una serie de conferencias científicas celebradas entre 1985 y 1987. El proyecto tomó impulso en Estados Unidos en 1990 con la ampliación de la financiación de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y del Departamento de Energía (DOE). Uno de los primeros directores del programa en Estados Unidos fue el bioquímico James Watson, que en 1962 compartió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina con los biofísicos británicos Francis Crick y Maurice Wilkins por el descubrimiento de la estructura del ADN. Varios países pusieron en marcha programas oficiales de investigación como parte de esta colaboración, entre ellos Francia, Alemania, Japón, Reino Unido y otros miembros de la Unión Europea. En 1999 Celera Genomics, una empresa privada fundada por el científico Craig Venter, inició, utilizando una metodología distinta, la secuenciación del genoma humano. Tanto el consorcio público como Celera Genomics completaron la primera fase del proyecto y, en febrero de 2001, publicaron, de manera simultánea aunque en revistas distintas, los primeros borradores del mapa genético de los seres humanos. En mayo de ese mismo año Francis Collins, John Sulston, Jean Weissenbach, Craig Venter y Hamilton Smith, cuyos equipos lideraron la investigación mundial sobre el genoma humano, recibieron el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica. En abril de 2003, científicos del consorcio público completaron la secuenciación del genoma humano, dos años antes de la fecha original de finalización del proyecto.

 

 

ESTRUCTURA DEL ADN

El elemento más importante del cromosoma es la molécula continua de ADN. Esta molécula de doble cadena con forma de escalera retorcida está formada por compuestos químicos enlazados llamados nucleótidos. Cada nucleótido consta de tres partes: un azúcar llamado desoxirribosa, un grupo fosfato y una de cuatro posibles bases: adenina, timina, guanina o citosina. Estos componentes están enlazados de manera que el azúcar y el fosfato forman los lados paralelos de la escalera de ADN; las bases de ambos lados se unen por parejas para formar los travesaños; la adenina se enlaza siempre con la timina, y la guanina siempre con la citosina.

El código genético viene determinado por el orden que ocupan las bases adenina, timina, guanina y citosina en la escalera de ADN. Por lo general, cada sección de esta escalera tiene una secuencia única de pares de bases. Como un gen no es más que una de estas secciones, posee también una secuencia única, que puede utilizarse para diferenciar unos genes de otros y fijar su posición en el cromosoma.

 

GENOMA HUMANO

 

Se llama genoma a la totalidad del material genético de un organismo. El genoma humano tiene unos 20.000 o 25.000 genes distribuidos en los 23 pares de cromosomas de la célula. Un cromosoma humano puede contener más de 250 millones de pares de bases de ADN, y se estima que el genoma humano está compuesto por unos 3.000 millones de pares de bases.

El ADN analizado en el Proyecto Genoma Humano procede, por lo general, de muestras de sangre o de tejido obtenidas de varias personas anónimas. Celera Genomics, por su parte, ha utilizado el ADN de 6 individuos de distintos grupos étnicos. La diferencia entre el genoma de dos individuos se ha estimado entre el 0,05 y el 0,1 por ciento. Esto significa que aproximadamente 1 de cada 1.000 o de cada 2.000 nucleótidos son distintos entre una persona y otra. Por lo tanto, las diferencias entre muestras de ADN de distintos individuos son muy pequeñas en comparación con sus similitudes.

 

CELULAS MADRE

Las células madre de un embrión son capaces de transformarse en células de cualquier tejido u órgano, pero también hay células madre en los tejidos adultos, aunque su capacidad de diferenciación es mucho más limitada. Las células madre unipotenciales dan origen a un único tipo celular diferenciado, mientras que las células madre pluripotenciales se pueden diferenciar en varios tipos celulares que realizan funciones especializadas. Gracias a esta capacidad de diferenciarse en cualquier tipo de célula, las células madre pueden regenerar tejidos dañados por diversos tipos de enfermedades o traumatismos, o simplemente por envejecimiento. Ésta es la razón del gran interés que ha despertado este tipo de células, lo que ha propiciado que sean objetivo actual de muchas investigaciones.

 

ORIGEN DE LAS CELULAS MADRE

Cuando una célula germinal masculina fecunda un óvulo, el proceso origina una célula madre. Algunos científicos consideran que el cigoto constituye en sí mismo una célula madre, mientras que otros creen que debe experimentar algunas divisiones que den origen a las células madre. Estas células producirán entonces células del tejido óseo, células sanguíneas, células musculares o de la piel y, en resumen, todas las células especializadas que forman parte de los tejidos del cuerpo humano. No obstante, en los individuos adultos hay un pequeño número de células madre que permanece en cada órgano del cuerpo, sobre todo con objeto de reparar los daños que se puedan producir en esos tejidos. Así, aunque todas las células pueden dividirse para originar copias idénticas, sólo las células madre pueden originar distintos tipos de células especializadas. Existen células madre, tanto en tejidos del adulto que están en continuo proceso de división (por ejemplo las células madre de la médula ósea que originan todos los tipos de células que circulan por la sangre), como en tejidos en los que no existen divisiones, como el tejido muscular o el cerebro. En el tejido muscular, por ejemplo, las células madre se encuentran embebidas en las fibras musculares y se activan en caso de que el tejido sea dañado. También se han encontrado células madre en el cerebro, que juegan un papel crucial en el mantenimiento de las funciones cerebrales. Gracias a su capacidad para reparar los tejidos dañados ya se está estudiando su posible utilización en la terapia de algunas enfermedades cerebrales de difícil tratamiento, como la enfermedad de Alzheimer que daña las neuronas, especialmente las relacionadas con la memoria, o en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, que afecta a los nervios que controlan la musculatura.

Pero para explorar los usos médicos de estas células, los científicos necesitan líneas celulares de células madre. Esas líneas son colonias de células madre que crecen y se multiplican en cultivo, es decir, en un medio de cultivo de laboratorio que contiene los nutrientes necesarios para su desarrollo. Estas líneas celulares constituyen una fuente inagotable de material para investigar. Sin embargo, las células madre también envejecen y las células madre viejas no son tan versátiles como las jóvenes; esto hace que las células madre embrionarias sean las más requeridas en las investigaciones.

Los científicos están trabajando en dos tipos de aplicación de las células madre. En una primera aproximación, se trata de desarrollar células que puedan ser trasplantadas para combatir una enfermedad específica. Por ejemplo, pacientes con una enfermedad hepática podrían recibir células madre de hígado. En un futuro próximo, quizá un tratamiento médico regular podría incluir dosis ocasionales de células madre que pudieran prevenir los daños que se ocasionen en cualquier tejido. El segundo tipo de investigación se centra en el conocimiento de cómo utiliza el propio organismo este tipo de células, ya que quizá funcionen como almacenes celulares que proporcionan