5. Terapia Génica

La TERAPIA GÉNICA es un tratamiento médico que consiste en manipular la información genética de células enfermas para corregir un defecto genético o para dotar a las células de una nueva función que les permita superar una alteración. 

Con la ayuda de vectores adecuados, que son generalmente virus, se introduce el gen correcto y se integra en el ADN de la célula enferma mediante técnicas de recombinación genética. 

En principio existen tres formas de tratar enfermedades con estas terapias: 

·   Sustituir genes alterados.

Se pueden corregir mutaciones mediante cirugía génica, sustituyendo el gen defectuoso o reparando la secuencia mutada.

    Inhibir o contrarrestar efectos dañinos.

Se lleva a cabo mediante la inhibición dirigida de la expresión génica. Este proceso se desarrolla bloqueando promotores, interfiriendo con los mecanismos de expresión génica mediante RNAs anti-sentido que son complementarios de RNA-m y se unen a ellos bloqueándolos, o, más recientemente, mediante siRNA, "RNAs pequeños interferentes", que bloquean secuencias específicas de RNA, por lo que pueden inhibir cualquier gen bloqueando sus RNA-m.

·   Insertar genes nuevos.

Se realiza por supresión dirigida de células específicas. Se insertan genes suicidas que destruyen a la propia célula que los aloja o genes estimuladores de la respuesta inmune. También se puede introducir una copia de un gen normal para sustituir la función de un gen mutante que no fabrica una proteína correcta. 

Estos son los vectores utilizados en la terapia génica:

características para un vector:

• Que sea reproducible.
• Que sea estable.
• Que permita la inserción de material genético sin límite de tamaño.
• Que permita la transducción tanto en células en división como en aquellas que no están proliferando.
• Que posibilite la integración del gen terapéutico en un sitio específico del genoma.
• Que se integre una vez por célula, para poder controlar la dosis.
• Que reconozca y actúe sobre células específicas.
• Que la expresión del gen terapéutico pueda ser regulada.
• Que carezca de elementos que induzcan una respuesta inmune.
• Que pueda ser caracterizado completamente.
• Que sea inocuo o que sus posibles efectos secundarios sean mínimos.
• Que sea fácil de producir y almacenar.
• >Que todo el proceso de su desarrollo tenga un coste razonable.

VECTORES:

Virus

Todos los virus son capaces de introducir su material genético en la célula huésped como parte de su ciclo de . Gracias a ello, pueden producir más copias de sí mismos, e infectar a otras células.

Algunos tipos de virus insertan sus genes físicamente en el del huésped, otros pasan por varios orgánulos celulares en su ciclo de infección y otros se replican directamente en el citoplasma, por lo que en función de la terapia a realizar nos puede interesar uno u otro.

Retrovirus

El genoma de los retrovirus está constituido por ARN de cadena sencilla, en el cual se distinguen tres zonas claramente definidas: una intermedia con genes estructurales, y dos flanqueantes con genes y estructuras reguladoras. Cuando un retrovirus infecta a una célula huésped, introduce su ARN junto con algunas enzimas;que se encuentran en la matriz, concretamente una <, una transcriptasa inversa y una integrasa.

La acción de la retrotranscriptasa permite la síntesis del ADN genómico del virus a partir del ARN. A continuación, la integrasa introduce este ADN en el genoma del huésped. A partir de este punto, el virus puede permanecer latente o puede activar la replicación masivamente.

Para usar los retrovirus como vectores víricos para terapia génica inicialmente se eliminaron los genes responsables de su replicación y se reemplazaron estas regiones por el gen a introducir seguido de un gen marcador.

Adenovirus

adenovirus presentan un genoma de ADN bicatenario, y no integran su genoma cuando infectan a la célula huésped, sino que la molécula de ADN permanece libre en el núcleo;celular y se transcribe de forma independiente. Esto supone que el efecto posicional o la mutagénesis por inserción no se dan en estos vectores, lo cual no quiere decir que no tengan otros inconvenientes. Además, debido al hecho de que en su ciclo natural se introducen en el núcleo de la célula, pueden infectar tanto células en división como células quiescentes.

A los vectores de primera generación se les eliminó parte del gen E1, básica para la replicación, y a los de 2.ª, se les eliminaron otros genes tempranos en el ciclo del virus. En ambos casos, cuando se realiza una infección con una concentración elevada de virus, se produce la expresión de otros genes que provocan una respuesta inmune considerable.

Por ello, los últimos vectores basados en adenovirus prácticamente han sido desprovistos de la mayor parte de sus genes, con la excepción de las regiones repetidas de forma invertida, y la zona necesaria para la encapsidación.

Virus Adenoasociados (AAV)

son virus pequeños con un genoma de ADN monocatenario. Pueden integrarse específicamente en el cromosoma 19 con una alta probabilidad. Sin embargo, el VAArecombinante que se usa como vector y que no contiene ningún gen viral, solo el gen terapéutico, no se integra en el genoma. En su lugar, el genoma vírico recombinante fusiona sus extremos a través del ITR (repeticiones terminales invertidas), apareciendo recombinación de la forma circular y episomal que se predice que pueden ser la causa de la expresión génica a largo plazo.

Muchos ensayos con VAA están en curso o en preparación, principalmente en el tratamiento de músculos y enfermedades oculares, los dos tejidos donde el virus parece ser particularmente útil. Sin embargo, se están comenzando a realizar pruebas clínicas, donde vectores basados en el VAA son utilizados para introducir los genes en elcerebro. Esto es posible porque VAA pueden infectar células que no están en estado de división, tales como las neuronas.

                                                            Herpes virus

Los herpesvirus son virus de ADN capaces de establecer latencia en sus células huésped. Son complejos genéticamente hablando, pero para su uso como vectores tienen la ventaja de poder incorporar fragmentos de DNA exógeno de gran tamaño (hasta unas 30 kb). Además, aunque su ciclo lítico lo realizan en el lugar de infección, establecen la latencia en neuronas, las cuales están implicadas en numerosas enfermedades del sistema nervioso, y son por ello dianas de gran interés.

Los vectores herpesvíricos puestos en marcha han usado dos estrategias principales:

- La recombinación homóloga entre el genoma del virus completo y el contenido en un plásmido que llevaba el transgén en la zona que codifica para genes no esenciales en lo que se refiere a replicación e infección.

- El uso de vectores con orígenes de replicación del virus así como las correspondientes secuencias de empaquetamiento, y su introducción en estirpes celulares bien coinfectadas con virus silvestres o bien portadoras del resto de genes del mismo implicados en la encapsidación y replicación, para permitir la formación de partículas virales recombinantes con las que realizar el tratamiento.

No obstante, el uso de vectores basados en el HSV (virus del herpes simple), sólo puede llevarse a cabo en pacientes que no hayan sido infectados previamente por él, pues pueden presentar inmunidad.

4. Ingenieria genética en animales

 El enorme avance de la investigación biotecnológica en los últimos años ha favorecido el desarrollo de técnicas que permiten introducir, eliminar o modificar de forma específica un gen, o determinados tipos de genes, en el genoma de un organismo para producir seres vivos (animales, plantas y microorganismos) con nuevas y mejores características. Este tipo de técnicas, se encuadran dentro de lo que se denomina Ingeniería Genética y los seres vivos que así se obtienen son los llamados Organismos Modificados Genéticamente. Existen dos estrategias básicas en la producción de animales trangénicos: - Persiguen conseguir un animal que tenga una función diferente a la de sus antecesores: lo cual se consigue añadiendo un fragmento clonado de ADN al genoma de un animal. - Producir animales que han perdido alguna funcion propia de los “wild type”: consiste en diseñar animales trangénicos a los que se les inducen perdidas de función, eliminando algun gen en concreto. Ambas tienen objetivos similares:
1. La expresión de productos genéticos que anteriormente no existan 
2. La sobre-expresión de genes que si que se encontraban previamente en el genoma 
3. La síntesis de proteínas en células, tejidos u órganos diferentes a los habituales 
4. La alteración de la regulación de sistemas enzimáticos o rutas metabólicas determinadas. Tanto en una estrategia como en la otra, es fundamental asegurar la habilidad para romper las cadenas e introducir, o extraer, los genes en lugares diana específicos ya que la eficacia del procedimiento depende de la posibilidad de reproducir las modificaciones que se persiguen y esto no se podrá conseguir si no somos capaces de garantizar la fiabilidad de la transferencia. 

 Ventajas de manipulación genética en animales 

De entre las aportaciones y aplicaciones de las técnicas de manipulación genética en animales, se destacan los siguientes: 

- La clonación de ganado más productivo, por ejemplo, las vacas que producen más leche y de mejor calidad o las ovejas que producen más lana. Obtiene, si, por tanto, mayor crecimiento, con menor consumo de energía. 

- Conservación de especies en peligro de extinción mediante el almacenamiento de semen congelado y embriones. Es importante destacar que este proceso es muy complicado y costoso y no garantiza el futuro de todas las especies que se pretendían salvar. 

- Clonación de animales extintos, un tema controvertido y aún hoy discutido. Realización del trasplante de órganos animales para los seres humanos. En la actualidad se está probando el trasplante corazones de cerdos inmuno-compatibles con el ser humano para los monos. Se debe tener en cuenta la alta probabilidad de transmisión de patógenos humanos para los seres humanos. 

- Producción de medicamentos (insulina, hormona del crecimiento y de factor de coagulación), que puede obtenerse a partir de leche de vacas, cabras y ovejas o transgénicos.

- Los aumentos en cantidad y variedad modificada por animales con características deseadas, haciendo posible obtener los mejores individuos para probar tratamientos sobre enfermedades humanas. 

 Ayuda en la comprensión de los mecanismos de proliferación y diferenciación celular. Producción de proteínas con interés terapéutico e industrial. 

- Reducción del número de animales utilizados en experimentos de laboratorio. Posibilidad de utilizar los animales más pequeños genéticamente modificados para reemplazar las especies genéticamente más cercanos a los seres humanos. 

- Riesgos de la manipulación genética en animales. 

 Desventajas de manipulación genética en animales 

Según algunos científicos, la manipulación del genoma de los animales con el propósito de adquirir individuos con ciertas características presenta riesgos graves para la salud humana. Los riesgos más controvertidos son los siguientes: 

- La falta de consecuencias a largo plazo de la introducción de OMG en entornos abiertos. 

 - Las reacciones alérgicas causadas por el consumo de carne, leche y huevos o cualquier otro alimento derivado de los organismos genéticamente modificados. 
- Reducción de la biodiversidad a través de la aplicación de técnicas de mejora y selección de los animales. A menudo el hombre favorece a ciertas características que no son seleccionadas por la naturaleza (selección natural). Esto pone en debate la supervivencia de los seres vivos y las amenazas de las especies. 

- Aspectos de consideración bioética sobre el sufrimiento animal.

3.     Ingeniería genética en vegetales. “Biotecnología”.

Como herramienta de conocimiento, la ingeniería genética ha revolucionado el estudio de los vegetales. “Sin ella no nos hubiéramos enterado de que una planta se da cuenta cuando la tocamos”, ejemplifica el catedrático de la UPM. “Mediante su ayuda hemos identificado nuevas hormonas vegetales y hemos dado grandes pasos en el conocimiento del desarrollo de las plantas. Igualmente hemos aprendido acerca de su inmunidad innata ante las enfermedades y de cómo ‘aprenden’ a adaptarse al medio ambiente”.

Gracias a la biotecnología es posible introducir en un cultivo un gen que le haga invulnerable a alguno de sus agresores, se pueden diseñar vegetales a la carta, especialmente adaptados a las condiciones climáticas y de suelo de cada región, y así aumentar sus rendimientos. “Sin la ingeniería genética no habrá forma de atender las crecientes necesidades de alimentos”, (García Olmedo).

Para transferir ADN a una planta se utilizan diversos vectores, que sirven de vehículo transmisor, de alguna forma “engañan” a los mecanismos celulares que normalmente impedirían la incorporación de una información genética extraña. Los vectores más utilizados son plásmidos bacterianos, pequeñas moléculas circulares de ADN presentes en muchas bacterias, que tienen gran facilidad para migrar y recombinarse.  También se utilizan virus mutilados, en los que se ha eliminado la información genética dañina, que tienen una gran capacidad invasora y pueden incorporar su propia información genética al ADN de la planta. El gen extraño que interesa transferir se inserta en el virus mutilado o en plásmidos (vectores), generalmente de la bacteria Agrobacterium tumefaciens, que en la Naturaleza coloniza una amplia gama de plantas y transfiere su propio ADN a las células vegetales huésped, formando tumores que conocemos con el nombre de agallas. A continuación se infecta un cultivo de células vegetales con el virus recombinante o con cepas mutiladas de A. tumefaciens portadoras del plásmido con el transgen. También se puede introducir el ADN extraño en las células mediante microinyección, mediante electroporosis o mediante el bombardeo con microproyectiles recubiertos de plásmidos (vectores) recombinantes. Las células transformadas se desarrollan en un cultivo in vitro para regenerar plantas completas, que en teoría habrán incorporado el gen extraño y lo llevarán en todas sus células.

2. Historia

                Los criadores de ganado han aprovechado desde tiempos remotos este fenómeno para mejorar la calidad de sus animales. Pero hasta fines del siglo XIX, los métodos utilizados eran totalmente empíricos. Por ejemplo, Robert Bakewell, famoso criador inglés del siglo XVIII, obtenía excelentes resultados por el procedimiento de cruzar a sus animales con otros no emparentados para conseguir los rasgos deseados y cruzar posteriormente entre sí a los animales así obtenidos con el fin de estabilizar los caracteres conseguidos.

                            La genética no surgió como ciencia hasta 1900, pero sus fundamentos habían sido sólidamente establecidos 40 años antes por Gregor Mendel, monje moravo del monasterio de Brno. Entre 1851 y 1853, su orden lo envió a Viena a estudiar ciencias y, al regresar al monasterio, inició una serie de experimentos con la planta del guisante (Pisum). Estudió siete características específicas de esta planta, entre ellas, la forma de la semilla, el color de las flores y la longitud del tallo.Llevando detallados registros sobre más de 20.000 ejemplares, descubrió que estas características eran hereditarias en un coeficiente de 1:3. El cruzamiento de plantas de tallo largo con ejemplares de tallo corto daba como resultado plantas de uno u otro tipo, nunca de altura intermedia. Mendel supuso entonces que estas características eran transmitidas por factores hereditarios específicos que estaban localizados en las células germinales.

           

William James Beal

            Eljusto comienzo para la ingeniería genética se debe establecer en William James Beal. Éste botánico estadounidense desarrolló cruces de maíz valiéndose de sus conocimientos científicos, consiguiendo al finalizar su experimento en 1879 mejorar la producción de maíz en un 50%.

Oswald Avery

            En 1944 Oswald Avery al aporta las primeras pruebas solidas de que en el ADN están codificados los genes que determinan las cualidades de cada ser vivo. Este descubrimiento planteó una posibilidad nueva de cultivo en la que, en lugar de combinar a ciegas todos los genes de dos plantas hasta encontrar la combinación que buscamos, los científicos pueden identificar los pocos genes implicados en ese rasgo y transferir sólo esos genes a la planta, obteniendo una variedad de la misma mejorada.

Con este avance nacería definitivamente lo que hoy conocemos como ingeniería genética.

1.      Introducción

               

Todo organismo, aún el más simple, contiene una enorme cantidad de información. Esta información se encuentra almacenada en una macromolécula que se halla en todas las células: el ADN. Este ADN está dividido en gran cantidad de sub-unidades llamadas genes. Cada gen contiene la información necesaria para que la célula sintetice una proteína. Así, el genoma, va a ser la responsable de las características del individuo. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo.

¿Qué es la genética?

           

informaciónEs el campo de lainformaciónbiologíainformaciónque busca comprender la herencia biológica que se transmite de generación en generación. informaciónNuestro ADN es la base de nuestra genética. El ADN es el ácido Desoxirribonucleico. Es el tipo de molécula más compleja que se conoce. Su secuencia de nucleótidos contiene la información necesaria para poder controlar el metabolismo un ser vivo. El ADN es el lugar donde reside la información genética de un ser vivo.información

¿Qué es la ingeniería genética?

           

La ingeniería genética se define como el estudio y manipulación de los genes de organismos vivos para mejorar la vida del hombre. Posibilita la corrección de los defectos genéticos y la creación de nuevos microorganismos, además de conseguir  variedades de plantas y animales para una obtención más eficiente de sus productos