1. Diferenciación Celular

1.1. Definición

Todos los seres vivos proceden de un cigoto. De él se originan los millones de células genéticamente idénticas que forman un organismo. Por diferenciación celular se originan la variedad de células especializadas que forman los tejidos, como consecuencia de la expresión diferencial de los distintos genes.

1.2. Células Madre

Las células madre son células con capacidad para diferenciarse en los distintos tipos de células que forman un organismo. Pueden ser:

• Embrionarias: totipotentes; se encuentran en las primeras fases del embrión y generan todos los tipos celulares.
• Adultas: pluripotentes; se encuentran en tejidos ya formados, para regenerarlos, como sangre o piel; generan solo algunos tipos de células del organismo.

2. Las Mutaciones

Son cambios en la estructura o la composición del ADN. Se pueden producir:

• De manera espontánea.
• Por acción de sustancias, agentes o fenómenos que interactúan con el ADN.

Hay 3 tipos de mutaciones según su extensión:

2.1. Mutaciones Génicas

Afectan a un solo nucleótido o a una sola base y pueden darse de los siguientes modos:

• Sustitución de una base por otra: alteran un único aminoácido y puede mejorar o perjudicar la supervivencia del organismo.
• Delección (supresión de una base).
• Inserción (adición de una base).

2.1.1. Causas de las Mutaciones Génicas

Pueden producirse por tres causas:

• Errores en la lectura, durante la replicación del ADN.
• Lesiones fortuitas, alteraciones fortuitas que aparecen de forma natural.
• Transposiciones, cambios de lugar espontáneos de determinados segmentos de ADN.

2.2. Mutaciones Cromosómicas

Provocan cambios en la estructura de los cromosomas y afectan a fragmentos de los mismos. Pueden afectar al orden de los genes en los cromosomas o a su número; a veces un gen o un grupo de genes puede estar repetido o faltar. Las deleciones son las mutaciones más graves porque pueden implicar la pérdida de fragmentos esenciales para la actividad del organismo.

2.3. Mutaciones Genómicas

Son variaciones en el número total de cromosomas de una especie, debidas en general a una anómala segregación de los cromosomas en la meiosis. Pueden ser:

• Euploidías: son alteraciones en el número normal de dotaciones cromosómicas.
  • Monoploidía: existe un solo cromosoma de cada par.
  • Poliploidía: tienen más de un juego completo de cromosomas.
    • Par: fértiles.
    • Impar: estériles.
• Aneuploidías: se presentan algún cromosoma de más o de menos respecto a la dotación normal.
  • Trisomías: 21, 18 y 13; XXY, XXX, XYY.
  • Monosomías: un solo X (síndrome de Turner).

2.4. Significación de las Mutaciones

Pueden producirse:

• Espontáneas (una cada 2.2 x 10⁹ bases replicadas).
• Inducidas: son el principal mecanismo de variabilidad, sobre el que actúa la selección natural.

Si son:

• Somáticas: no se transmiten a la descendencia.
• Gaméticas: sí se transmiten a la descendencia.

2.5. Agentes Mutagénicos

Son factores que aumentan notablemente la frecuencia normal de una mutación. Pueden ser:

• Físicas
  • Radiaciones
    • No ionizantes, como los rayos UV, son muy absorbidas por el ADN.
    • Ionizantes, como rayos X, rayos gamma, radiaciones alfa y beta muy energéticas que dañan gravemente al ADN.
• Químicas
  • Sustancias químicas mutágenas, como análogos de bases, ácido nitroso, gas mostaza, colorantes.
    • Modifican las bases nitrogenadas.
    • Sustituyen unas bases por otras.
    • Intercalan moléculas similares.
• Biológicos
  • Genes mutadores que tienden a aumentar la frecuencia de mutación de otros genes, contenidos en algunos virus.

2.6. Mutaciones y Cáncer

• PROTOONCOGENES y Oncogenes: genes normales presentes en las células, implicados en mecanismos de crecimiento y proliferación celular, siendo capaces de inducir este proceso; se suelen encontrar reprimidos: pueden sufrir mutaciones y se convierten en oncogenes capaces de originar cáncer.
• GENES SUPRESORES DE TUMORES: unos controlan la proliferación celular y otros están implicados en proceso de diferenciación celular; se les denomina antioncogenes. Las mutaciones de estos genes pueden ser:
  • Hereditarias.
  • Por agentes mutagénicos.

3. Secuenciación

Es la determinación de la secuencia de nucleótidos de un ADN. Es posible gracias a:

• Las enzimas de restricción, que cortan el ADN por sitios diferentes y concretos, con lo que podemos obtener fragmentos específicos que permiten recomponer la molécula original como si se tratase de un puzle.
• La posibilidad de obtener numerosas copias de ADN por clonación.

4. Métodos para la Introducción de Vectores

En bacterias (células procariotas), mediante estos procesos:

• Transformación: ocurre espontáneamente en ciertos tipos de bacterias y se consigue artificialmente sometiendo a la célula bacteriana a tratamientos físicos y químicos. La célula capta moléculas de ADN que se encuentran en el medio externo, las introduce en su interior y las incorpora a su genoma.
• Transducción: este método consiste en introducir el ADN en la célula hospedadora mediante un virus, utilizando como vector de clonación el genoma del virus.
• Conjugación: es un proceso de intercambio de material genético entre bacterias que tiene lugar mediante plásmidos.

5. Biotecnología en la Ciencia Forense

Perfilado del ADN o identificación de la huella genética (fingerprint).

6. Riesgos de las Aplicaciones Biotecnológicas

• Pérdida de biodiversidad.
• Paso de genes transferidos a especies naturales.
• Posibles efectos perjudiciales para la salud.

7. Patentes de Seres Vivos

Forma de propiedad intelectual que otorga derechos exclusivos de explotación comercial de una invención a un titular por un plazo de 20 años.

Para poder patentar se debe cumplir:

• Tiene que ser algo nuevo sobre lo que no haya información de dominio público.
• Debe implicar un paso inventivo no obvio.
• Debe tener una aplicación industrial o ser de utilidad.

En Europa se prohíbe otorgar patentes por:

• Descubrimientos.
• Métodos médicos de cirugía, terapia o diagnosis.
• Invenciones contrarias a la moralidad o el orden público.
• Variedades de plantas o animales y procesos biológicos.

Mientras EEUU y Japón son más permisivos a la hora de conceder patentes biotecnológicas.

8. Proyecto Genoma Humano

• Identificar los genes existentes, en qué cromosoma están y en qué lugar del cromosoma.
• Determinar la secuencia exacta de nucleótidos de cada gen para conocer la proteína que codifica y sus posibles alteraciones.