¿Qué es la Ingeniería Genética?

La ingeniería genética es el conjunto de técnicas que permite la manipulación directa de genes para alterar las características hereditarias de un organismo. Incluye la inserción, eliminación o modificación de genes específicos.

### Objetivos de la Ingeniería Genética

- Terapéuticos: Corregir defectos genéticos

- Productivos: Obtener proteínas de interés médico

- Investigación: Estudiar función génica

- Mejoramiento: Crear organismos con características deseadas

- Diagnóstico: Detectar enfermedades genéticas

## Herramientas Fundamentales

### Enzimas de Restricción

Son endonucleasas que reconocen y cortan secuencias específicas de ADN llamadas sitios de restricción.

#### Características:

- Especificidad: Reconocen secuencias de 4-8 pares de bases

- Palíndromas: Las secuencias se leen igual en ambas cadenas (5'→3')

- Tipos de corte: Extremos romos o cohesivos (pegajosos)

- Nomenclatura: Tres letras del organismo + número romano

#### Ejemplos:

- EcoRI: G↓AATTC (extremos cohesivos)

- HindIII: A↓AGCTT

- SmaI: CCC↓GGG (extremos romos)

### ADN Ligasa

Enzima que une fragmentos de ADN formando enlaces fosfodiéster entre extremos compatibles.

- T4 ADN ligasa: Une extremos romos y cohesivos

- E. coli ligasa: Solo extremos cohesivos

- Requiere ATP: Como fuente de energía

### Vectores de Clonación

Moléculas de ADN que transportan genes foráneos y se replican autónomamente.

#### Plásmidos:

- Origen de replicación: Permite replicación autónoma

- Genes de resistencia: Para selección (antibióticos)

- Sitio de clonación múltiple: Varios sitios de restricción

- Pequeño tamaño: Fácil manipulación

#### Otros Vectores:

- Fagos: λ (lambda), M13

- Cósmidos: Híbridos plásmido-fago

- YAC: Cromosomas artificiales de levadura

- BAC: Cromosomas artificiales bacterianos

## Técnicas Fundamentales

### Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)

Técnica que amplifica exponencialmente secuencias específicas de ADN mediante ciclos repetidos.

#### Componentes:

- ADN molde: Contiene la secuencia a amplificar

- Primers: Oligonucleótidos que flanquean la región objetivo

- Taq polimerasa: Enzima termoestable de Thermus aquaticus

- dNTPs: Nucleótidos (dATP, dTTP, dGTP, dCTP)

- Buffer y MgCl₂: Condiciones óptimas para la enzima

#### Ciclos de PCR:

- Desnaturalización (94-98°C): Separación de cadenas

- Hibridación (50-65°C): Unión de primers

- Extensión (72°C): Síntesis de ADN

#### Variantes de PCR:

- RT-PCR: A partir de ARN (transcriptasa reversa)

- qPCR: PCR cuantitativa en tiempo real

- Nested PCR: Dos rondas de amplificación

- Multiplex PCR: Múltiples productos en una reacción

### Electroforesis en Gel

Técnica que separa fragmentos de ADN por tamaño mediante migración en un campo eléctrico.

#### Tipos de Gel:

- Agarosa: Fragmentos grandes (>500 pb)

- Poliacrilamida: Fragmentos pequeños (<500 pb), mayor resolución

#### Visualización:

- Bromuro de etidio: Intercala en ADN, fluorescencia UV

- SYBR Safe: Alternativa menos tóxica

- Azul de metileno: No requiere UV

### Clonación Molecular

Proceso de hacer múltiples copias idénticas de una secuencia de ADN.

#### Pasos Básicos:

- Inserción: El gen de interés se inserta en un vector

- Transformación: El vector se introduce en células huésped

- Selección: Se identifican células con el vector

- Amplificación: Las células se multiplican

- Purificación: Se extrae el ADN clonado

#### Métodos de Transformación:

- Choque térmico: CaCl₂ y cambios de temperatura

- Electroporación: Pulsos eléctricos abren poros

- Microinyección: Inyección directa en núcleos

- Biobalística: Bombardeo con partículas de oro

## Técnicas de Edición Genética

### CRISPR-Cas9

Sistema de edición genética basado en el sistema inmune adaptativo bacteriano.

#### Componentes:

- Cas9: Endonucleasa que corta ADN

- sgRNA: ARN guía que especifica el sitio de corte

- PAM: Secuencia adyacente requerida para el corte

- ADN molde: Para reparación dirigida por homología

#### Mecanismo:

- sgRNA se hibridiza con secuencia complementaria

- Cas9 reconoce PAM y corta ambas cadenas

- La célula repara la rotura (NHEJ o HDR)

- Se puede insertar, deletar o modificar secuencias

#### Ventajas:

- Alta precisión y eficiencia

- Fácil programación (cambio de sgRNA)

- Múltiples aplicaciones

- Costo relativamente bajo

### Otras Tecnologías de Edición

#### Nucleasas con Dedos de Zinc (ZFN):

- Proteínas de fusión: dominio de unión + nucleasa FokI

- Alta especificidad pero difícil de diseñar

#### TALEN:

- Nucleasas tipo activador de transcripción

- Más fáciles de diseñar que ZFN

- Mayor tamaño que CRISPR

## Organismos Transgénicos

### Definición y Características

Organismos que contienen genes de otra especie integrados establemente en su genoma y que se expresan en sus células.

#### Criterios:

- Integración estable del transgén

- Expresión del gen foráneo

- Transmisión a la descendencia

- Función del producto génico

### Plantas Transgénicas

#### Métodos de Transformación:

- Agrobacterium tumefaciens: Transferencia natural de T-DNA

- Biobalística: Bombardeo con micropartículas

- Electroporación: Protoplastos

- Microinyección: Directa en células

#### Ejemplos:

- Soja RoundUp Ready: Resistente a glifosato

- Maíz Bt: Resistente a insectos (toxina Bacillus thuringiensis)

- Arroz dorado: Enriquecido con β-caroteno

- Tomates Flavr Savr: Maduración retardada

### Animales Transgénicos

#### Métodos:

- Microinyección pronuclear: En zigotos

- Transferencia nuclear: Clonación terapéutica

- Vectores virales: Retrovirus, lentivirus

- Células madre embrionarias: Modificación ex vivo

#### Aplicaciones:

- Modelos de enfermedad: Ratones knockout

- Xenotrasplantes: Cerdos con genes humanos

- Biofármacos: Cabras que producen proteínas en leche

- Mejoramiento: Salmón de crecimiento rápido

### Microorganismos Recombinantes

#### Aplicaciones:

- Producción de proteínas: Insulina, hormona de crecimiento

- Vacunas: Antígenos recombinantes

- Enzimas industriales: Amilasas, proteasas

- Biorremediación: Degradación de contaminantes

## Aplicaciones Médicas

### Terapia Génica

Tratamiento de enfermedades mediante la introducción de genes terapéuticos en células del paciente.

#### Tipos:

- Terapia génica somática: No afecta gametos

- Terapia génica germinal: Afecta gametos (controvertida)

#### Estrategias:

- Reemplazo génico: Gen normal para reemplazar defectuoso

- Terapia antisense: Bloqueo de genes patógenos

- Suicidio celular: Genes que matan células tumorales

- Inmunoterapia: Estimulación del sistema inmune

#### Vectores:

- Vectores virales: Retrovirus, adenovirus, lentivirus

- Vectores no virales: Liposomas, electroporación

- Vectores físicos: Microinyección, biobalística

### Medicina Personalizada

- Farmacogenómica: Medicamentos según genotipo

- Diagnóstico molecular: Detección de mutaciones

- Pronóstico: Predicción de evolución de enfermedad

- Prevención: Identificación de predisposiciones

### Producción de Biofármacos

#### Proteínas Recombinantes:

- Insulina: Primera proteína recombinante aprobada

- Eritropoyetina: Tratamiento de anemia

- Factor VIII: Tratamiento de hemofilia

- Interferones: Tratamiento de hepatitis y esclerosis múltiple

## Aplicaciones Agrícolas

### Mejoramiento de Cultivos

#### Resistencia a Herbicidas:

- Gen EPSPS modificado (glifosato)

- Gen PAT (glufosinato)

- Facilita control de malezas

#### Resistencia a Insectos:

- Genes Bt (Bacillus thuringiensis)

- Proteínas Cry tóxicas para larvas

- Reducción de uso de pesticidas

#### Mejoramiento Nutricional:

- Arroz dorado: β-caroteno (vitamina A)

- Maíz high-lysine: Mayor contenido de lisina

- Soja con ácido oleico: Aceite más saludable

### Resistencia a Estrés Abiótico

- Sequía: Genes para retención de agua

- Salinidad: Tolerancia a suelos salinos

- Frío: Proteínas anticongelantes

- Metales pesados: Fitorremediación

## Aplicaciones Industriales

### Biotecnología Industrial

#### Producción de Enzimas:

- Amilasas: Industria alimentaria

- Proteasas: Detergentes

- Lipasas: Industria química

- Celulasas: Producción de biocombustibles

#### Biocombustibles:

- Etanol celulósico: Microorganismos que degradan celulosa

- Biodiesel: Microalgas modificadas

- Biohidrógeno: Bacterias productoras

### Biorremediación

- Degradación de petróleo: Pseudomonas modificadas

- Metales pesados: Plantas hiperacumuladoras

- Pesticidas: Microorganismos degradadores

- Aguas residuales: Tratamiento biológico mejorado

## Consideraciones Éticas y Bioseguridad

### Aspectos Éticos

- Consentimiento informado: En terapia génica

- Modificación germinal: Implicaciones para futuras generaciones

- Acceso equitativo: Disponibilidad de tecnologías

- Dignidad humana: Límites de la mejora genética

### Bioseguridad

#### Evaluación de Riesgos:

- Flujo génico: Transferencia a especies silvestres

- Resistencias: Desarrollo de resistencia en plagas

- Efectos no deseados: Sobre organismos no objetivo

- Alergias: Nuevas proteínas alergénicas

#### Marcos Regulatorios:

- Protocolos de Cartagena

- Regulaciones nacionales (FDA, EFSA)

- Comités de bioética

- Estudios de impacto ambiental

## Futuro de la Ingeniería Genética

### Tecnologías Emergentes

- Base editing: Modificación de bases individuales

- Prime editing: Edición precisa sin roturas de doble cadena

- Epigenetic editing: Modificación de marcas epigenéticas

- Directed evolution: Evolución dirigida de proteínas

### Aplicaciones Futuras

- Órganos bioartificiales: Crecimiento de órganos

- Biología sintética: Diseño de circuitos genéticos

- Computación biológica: Procesamiento de información en células

- Longevidad: Intervenciones en el envejecimiento