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Qué son las células - Parte II


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Proceso de formación de proteínas en la célula

Como ya se dijo, todas las enzimas están compuestas por 20 distintos tipos de aminoácidos los cuales se enlazan en ordenes y formas específicas para poder producir las diferentes enzimas.

¿Pero cómo puede ser que de los 4 tipos de nucleótidos de los que está formado el ADN se pueden producir enzimas compuestas por 20 distintos tipos de aminoácidos?

En la célula hay una enzima muy compleja llamada ribosoma la cual lee una sustancia llamada ARN mensajero (el ARN es por Ácido RiboNucleico) que es producida a partir del ADN y donde se transcribe el código genético correspondiente a un gen del ADN (en cada gen diferente se indica cómo producir cada enzima de la célula); luego el ribosoma produce cadenas de aminoácidos según como se indica en el ARN mensajero.

El ribosoma toma los nucleótidos del ARN mensajero, Adenina, Citosina, Guanina y Uracilo (el Uracilo sustituye en el ARN las funciones de la Timina del ADN) de a grupos de tres nucleótidos y según su composición y orden va tomando un aminoácido y lo coloca en la cadena proteica que va formando. Cada grupo de tres nucleótidos se denomina codón y es donde se indica qué aminoácido hay que colocar en la cadena de aminoácidos que forman las proteínas o enzimas. Todos los codones de un gen contienen la información completa para crear una proteína.

Dado que cada tipo de aminoácido a colocar en una enzima en formación se indica en un codón, que cada codón está formado por 3 nucleótidos y que en total hay 4 tipos de nucleótidos; por un cálculo simple de posibles combinaciones (4 x 4 x 4 = 64); obtenemos que cada codón puede indicar 64 tipos distintos de combinaciones de nucleótidos los cuales servirían para codificar hasta 64 tipos distintos de aminoácidos; pero en el cuerpo humano solamente hay 20 tipos de aminoácidos, por lo que se da una redundancia.

Lo que sucede es que hay varios codones o distintas combinaciones triples de nucleótidos que sirven para codificar el mismo tipo de aminoácido. Además existe un codón (codón de parada) que indica el final de cada gen y por ende de la enzima a formar.

Por ejemplo en un determinado gen del ADN (y en la copia del mismo en el ARN mensajero) hay entre 100 y 1000 codones (300 a 3000 nucleótidos) que especifican los aminoácidos a colocar en una enzima específica, más un codón de parada que indica el final de la cadena de aminoácidos. En el principio de cada gen hay una sección denominada promotor de ADN o promotor de gen, formada por una combinación específica de nucleótidos, que indica el punto de inicio de transcripción de dicho gen. Por lo tanto un gen consiste de un promotor, un conjunto de codones que indican los aminoácidos a colocar en la proteína y un codón de parada indicando fin de la cadena de aminoácidos. De eso está compuesto un gen.

Estructura de un gen
Estructura de un gen del ADN

Para crear una enzima, la célula primero transcribe la información del gen del ADN en un ARN mensajero. La transcripción es efectuada por una enzima especializada que se llama ARN polimerasa. La ARN polimesara se conecta al promotor de ADN de un gen y divide las dos hebras que componen el ADN en la parte que va leyendo y sintetiza o produce una copia complementaria de la hebra de ADN que está leyendo; acuérdense que como ya les mencioné, el nucleótido Adenina siempre está enlazado a la Timina y la Citosina con la Guanina; por lo que:

  • Si la ARN polimerasa lee Adenina en la hebra de ADN que está copiando, agrega Uracilo en la cadena de ARN mensajero que está sintetizando (porque en el ARN mensajero el Uracilo suplanta a la Timina).
  • Si la ARN polimerasa lee Timina en la hebra de ADN que está copiando, agrega Adenina en la cadena de ARN mensajero que está sintetizando.
  • Si la ARN polimerasa lee Citosina en la hebra de ADN que está copiando, agrega Guanina en la cadena de ARN mensajero que está sintetizando.
  • Si la ARN polimerasa lee Guanina en la hebra de ADN que está copiando, agrega Citosina en la cadena de ARN mensajero que está sintetizando.

El ARN (Ácido Ribonucleico) es muy similar al ADN (Ácido Desoxirribonucleico) sólo que a diferencia del ADN que se compone de una doble cadena retorcida en forma helicoidal, el ARN está formado por una cadena simple.

La función del ARN polimerasa (ARNp) es la de sintetizar una copia de un gen determinado del ADN en una cadena simple (de una hebra) de ARN de tipo ARN mensajero (ARNm).

Una vez sintetizado el ARN mensajero (ARNm de ahora en adelante), el mismo se dirige hasta el ribosoma (que se podría considerar una de las más complejas enzimas de la naturaleza) donde se producirá la nueva proteína o enzima necesaria para el normal funcionamiento de la célula.

Un ribosoma lee el primer codón de la cadena de ARNm, busca el aminoácido correspondiende a ese codón, luego lee el próximo codón, busca el aminoácido que le corresponde y lo enlaza con el primer aminoácido, luego hace lo mismo con un tercer codón, el cuarto, quinto, sexto, séptimo, etc. En otras palabras, el ribosoma lee los codones del ARNm y une los aminoácidos que se indican en los codones, formando así una cadena proteica (proteína) de entre 100 y 1000 aminoácidos. Una vez que el ribosoma llega al último codón (codón de parada) suelta la cadena proteica sintetizada, la cual no es otra cosa que una enzima que efectuará una tarea específica en la célula. Finalmente la enzima se pliega tomando una forma característica y se va flotando a cumplir sus funciones.

En la siguiente tabla se muestran los aminoácidos que indican los distintos codones del ARN mensajero. Cada uno de los nucleótidos se simboliza con sus letras iniciales. Por ejemplo GUU (codón compuesto por Guanina, Uracilo y Uracilo) indica al ribosoma que se debe agregar a la cadena proteica en formación el aminoácido esencial Valina.

Como ya se mencionó antes, por haber mayor cantidad de combinaciones distintas de tripletes de nucleótidos (64 combinaciones) que aminoácidos (20 aminoácidos); varios codones indican o codifican más de un tipo de aminoácido.

  2° nucleótido
Uracilo Citosina Adenina Guanina
1° nucleótido U
r
a
c
i
l
o

UUU Fenilalanina
UUC Fenilalanina
UUA Leucina
UUG Leucina

UCU Serina
UCC Serina
UCA Serina
UCG Serina

UAU Tirosina
UAC Tirosina
UAA Ocre Parada
UAG Ámbar Parada

UGU Cisteína
UGC Cisteína
UGA Ópalo Parada
UGG Triptófano

C
i
t
o
s
i
n
a

CUU Leucina
CUC Leucina
CUA Leucina
CUG Leucina

CCU Prolina
CCC Prolina
CCA Prolina
CCG Prolina

CAU Histidina
CAC Histidina
CAA Glutamina
CAG Glutamina

CGU Arginina
CGC Arginina
CGA Arginina
CGG Arginina

A
d
e
n
i
n
a

AUU Isoleucina
AUC Isoleucina
AUA Isoleucina
AUG Metionina

ACU Treonina
ACC Treonina
ACA Treonina
ACG Treonina

AAU Asparagina
AAC Asparagina
AAA Lisina
AAG Lisina

AGU Serina
AGC Serina
AGA Arginina
AGG Arginina

G
u
a
n
i
n
a

GUU Valina
GUC Valina
GUA Valina
GUG Valina

GCU Alanina
GCC Alanina
GCA Alanina
GCG Alanina

GAU ácido aspártico
GAC ácido aspártico
GAA ácido glutámico
GAG ácido glutámico

GGU Glicina
GGC Glicina
GGA Glicina
GGG Glicina

En la tabla se puede ver que los codones UAA Ocre, UAG Ámbar yUGA Ópalo son codones de parada; o sea que indican que ahí termina la cadena de aminoácidos en formación. Sin embargo en algunos microorganismos no se consideran codones de parada sino como indicadores de otros aminoácidos; así el codón Ópalo puede considerarse como indicador de un aminoácido llamado selenocisteína, mientras que en algunas bacterias el codón Ámbar puede interpretarse como indicador de un aminoácido llamado pirrolisina.

Pero el proceso descrito hasta ahora no es tan simple. Los ribosomas son estructuras muy complejas de enzimas y ARNr (ARN ribosómico) enlazados en una gran máquina molecular.

El ribosoma se engancha al ARNm (ARN mensajero) y lo va leyendo codón por codón. Como ya se dijo, el ARNm es donde se encuentra transcripta la información de un gen del ADN. En cada uno de sus codones se indica el aminoácido a agregar en la cadena proteica que va a formar el ribosoma. El ribosoma para moverse por el ARNm toma energía del ATP (del inglés Adenosine TriPhosphate - trifosfato de adenosina), su fuente de energía, mientras va leyendo al ARN mensajero y va juntando los aminoácidos que formarán una nueva proteína. El ribosoma además cuenta con la ayuda del ARNt (ARN de transferencia), un conjunto de 20 moléculas especiales que transportan a cada uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas humanas. En cada codón se indica qué aminoácido colocar. Mientras el ribosoma se mueve de un codón al siguiente, éste envía a uno de los 20 ARNt a que traiga el aminoácido que le corresponde. Una vez que vuelve con el aminoácido, el ribosoma lo desprende del ARNt y lo adhiere a la cadena proteica (enzima) que está formando. Una vez hecho eso lee un nuevo codón del ARNm, envía al ARNt a que traiga el tipo de aminoácido que necesita y así sucesivamente hasta terminar de armar la proteína.

Por lo tanto, sintetizando, dentro de cada célula hay una variedad de procesos que la mantienen con vida:

  • Hay una molécula de ADN impresionantemente larga y precisa, en donde se definen las enzimas que la célula necesita para seguir existinedo y además se indica cómo están formadas dichas enzimas.
  • Hay unas enzimas denominadas ARN polimerasas que se enganchan a la cadena de ADN en el principio de cada gen y transcriben en el ARNm (ARN mensajero) la información genética necesaria para formar una enzima.
  • La molécula de ARNm se traslada hasta el ribosoma, el cual lo va leyendo y armando la cadena proteica compuesta por aminoácidos de 20 tipos diferentes.
  • Una vez armada, la cadena de aminoácidos (enzima) se aleja del ribosoma, se pliega obteniendo una forma característica y comienza sus labores específicas en alguna de las reacciones químicas de la célula.

Como se producen las enzimas
Proceso de creación de una enzima

El citoplasma de cualquier célula está lleno de ribosomas, moléculas de ARN polimerasas, ARNm, ARNt y enzimas que efectúan sus reacciones químicas independientes una de la otra.

Mientras las enzimas de una célula se mantienen activas y disponibles, la célula permanece viva. Como ejemplo de interés general, se puede mencionar el de las celulas de levadura: Si se toma un puñado de levadura y se destruye sus células colocándolas en una licuadora, sus enzimas producidas continuarán efectuando por un pequeño tiempo las reacciones químicas comunes de levaduras, como por ejemplo producir dióxido de carbono y alcohol a partir de azúcar, sin embargo como las células ya se encuentran muertas no producirán nuevas enzimas y las enzimas ya existentes de a poco se desgastarán hasta dejar de reaccionar. De esa manera nos damos cuenta que a pesar de haber sido destruidas y ya estar muertas, por un rato se siguen efectuando algunas reacciones químicas y metabólicas, dando el efecto de estar aún con vida.
        

Cómo se reproducen las células

Quizá la característica más destacable de los seres vivos, ya sean unicelulares (una célula) o pluricelulares (compuestos por más de una célula), es la capacidad de reproducción que tienen, o sea la habilidad de producirse dos células nuevas a partir de una célula.

La reproducción de una bacteria es también una función enzimática más de la célula. En las células procariotas (célula sin núcleo definido en la que el ADN se encuentra disperso en el citoplasma de manera enrollada, denominándose nucleoide) la duplicación de una célula se denomina división binaria. La enzima denominada ADN polimerasa, junto a otras que trabajan a la par de ella; recorre toda la cadena de ADN y la replica o duplica. En otras palabras, la enzima ADN polimerasa separa la estructura de doble hélice del ADN en sus dos hebras constituyentes y crea una nueva hebra adyacente y paralela a cada una de las hebras separadas del ADN, produciendo así dos nuevas estructuras de doble hélice del ADN a partir de las hebras que formaban parte del ADN anterior que fue partido en dos; o sea que produce a partir de un ADN original dos copias del mismo. Una vez que la ADN polimerasa haya alcanzado el final del ADN original y terminado de copiar su información, se obtienen dos réplicas del ADN flotando en el citoplasma de la célula.

A continuación la célula rompe su membrana en el medio, dividiéndose en dos y alejando a las dos copias de ADN creadas una de la otra y encerrándolas nuevamente en dos nuevas membranas, produciéndose de esta manera dos células hijas a partir de la original.

Este proceso de autoduplicación celular en el caso de una célula de Escherichia coli en condiciones normales puede ocurrir cada 20 o 30 minutos. Por lo tanto de una célula de E. coli pueden obtenerse en media hora 2 células hijas, en una hora 4 células, en una hora y media 8, en dos horas 16 y así se sigue; luego de un día siguiendo con este ciclo se podrían obtener aproximadamente 281.474.976.710.656 (eso son más de 281,4749 billones de células de E. coli). Como verán el proceso de desarrollo y duplicación de células ocurre muy velozmente.

Division binaria
División binaria de una célula procariota

 

Qué son los antibióticos

Como ya saben, la vida de una célula depende de una gran cantidad de enzimas que flotan en el citoplasma de la célula. Existen distintos tipos de venenos que perturban de distintas maneras el normal funcionamiento de este complejo conjunto de enzimas.

Por ejemplo la toxina de la difteria bloquea o traba las funciones de los ribosomas de una célula; impidiéndoles la lectura de las hebras de ARNm (ARN mensajeros). Otro ejemplo es el de la toxina del hongo venenoso (también conocido como oronja verde o mortal y en término científico Amanita phalloides); el cual bloquea la acción de la ARN polimerasa, impidiendo la síntesis de ARNm el cual como ya se sabe se utiliza como molde donde se transcribe la información genómica del ADN para la fabricación de proteínas. En ambos ejemplos las toxinas mencionadas bloquean la producción de nuevas enzimas, cuya falta imposibilita el desarrollo y reproducción de la célula conduciéndola a su muerte. Dichas toxinas pueden considerarse venenos.

Un antibiótico es un tipo de veneno que puede destruir células bacterianas sin afectar a las células humanas. Todos los antibióticos aprovechan el hecho de que existen muchas diferencias entre las enzimas de células humanas y las enzimas en bacterias. Si por ejemplo se descubre un tipo de toxina que afecta a los ribosomas de las bacterias de Escherichia coli pero no daña a los ribosomas humanos, entonces podría considerarse un antibiótico efectivo. La estreptomicina es un ejemplo de antibiótico que funciona de esa manera.

La penicilina fue uno de los primeros antibióticos; su función es la de bloquear o impedir la producción de membranas celulares en las células que ataca, favoreciendo su destrucción en el momento de reproducción; puesto que sin pared celular éstas no pueden contener al citoplasma, a las enzimas, orgánulos y ADN, los cuales se desparraman, provocándose así la muerte de las células. Dado que las membranas de células bacterianas y humanas son muy diferentes, la penicilina tiene un gran efecto en ciertas especies bacterianas pero ningún efecto en las células humanas.

Las sulfamidas son un tipo de antibiótico bactericida. Se consideran los primeros antibióticos y los únicos disponibles antes de la penicilina. Fueron desarrolladas durante la década de los años 1930s, siendo los primeros medicamentos eficaces para el tratamiento de infecciones bacterianas. Fueron muy populares durante la segunda guerra mundial, salvando muchas vidas. Las sulfamidas actúan en las bacterias inhibiendo la creación de nucleótidos, elementos fundamentales del ADN y del ARN, sin los cuales se impide la reproducción celular. Esta acción se da en células bacterianas pero no en células humanas, convirtiendo así a las sulfamidas en excelentes antibióticos.

La investigación y búsqueda de nuevos antibióticos por parte de científicos se da a nivel enzimático, procurando siempre que las nuevas sustancias sean capaces de destruir células bacterianas sin afectar a las células humanas.

El problema que tiene todo antibiótico es que con el tiempo se vuelve menos efectivo; dado que las bacterias se reproducen tan rápidamente que las probabilidades de mutar algunos genes que pueden causar tolerancia a la acción del antibiótico aumentan. En el cuerpo pueden haber millones de bacterias que el antibiótico mata; pero si tan sólo una de ellas experimenta una mutación en algunos genes haciéndola inmune al antibiótico, esa célula puede sobrevivir y reproducirse tan rápidamente que al poco tiempo pasa a otras personas, desparramándose en la población. De esta forma, muchas enfermedades bacterianas se han vuelto inmunes a varios antibióticos que antes se utilizaban para combatirlas
 

Qué son los virus

Los virus son muy interesantes, ya que no son seres vivos en sí, su única manera de reproducirse es tomando o secuestrando una célula y utilizando la maquinaria de vida de dicha célula (orgánulos, enzimas, citoplasma, membrana celular, etc).
 
Los virus cuentan con dos ciclos, uno extracelular en el que carecen de actividad metabólica (por falta de elementos vitales como los que tienen las células) y un intracelular que se da luego de infectar una célula, tras lo cual pueden utilizar sus elementos vitales (orgánulos, enzimas, ribosomas, mitocondrias, citoplasma, etc).
 
Como ya se dijo los virus no se pueden considerar seres vivos ya que para serlo deben cumplir todas las siguientes condiciones:

  • Todos los organismos vivos están compuestos por células. La célula es la unidad estructural de vida y por ende de los seres vivos.
  • Todas las células se forman por la división de células preexistentes, cuyo material genético se transmite de una generación a la siguiente.
  • Todas las funciones químicas y físicas vitales ocurren en el interior de las células.
  • Las células cuentan con información hereditaria necesaria para regular sus funciones vitales y transmitirlas a generaciones siguientes.

Por lo tanto dado que son organismos acelulares (carecen de células y maquinaria celular, o sea la unidad estructural de la vida) no pueden ser considerados seres vivos en sí. Además, para reproducirse necesitan invadir o tomar una célula huésped y utlilizar su maquinaria vital. Por otro lado fuera de las células huéspedes tomadas, por sí solas no pueden hacer intercambios de proteínas, ni tener ninguna actividad vinculada a la vida como la creación de enzimas. Simplemente son estructuras orgánicas que pueden interactuar con los seres vivos de manera parasitaria aprovechándose de la maquinaria de vida con que cuentan los últimos. Se asemejan a las células vivas porque cuentan con material genético (ADN o ARN) y porque pueden crear múltiples copias de sí mismos (siempre y cuando se encuentren dentro de una célula huésped). Sin embargo no tienen metabolismo propio por lo que no pueden crear proteínas ni se pueden reproducir estando fuera de una célula huésped. De hecho estas características de los virus los hacen muy interesantes para el estudio del origen de la vida ya que se podría decir que se encuentran en el límite de la vida.
 
Los virus son aproximadamente 100 veces más pequeños que las bacterias, la mayoría miden entre 10 y 500 nanómetros (un nanómetro equivale a una mil millonésima de metro o una millonésima de milímetro). No se pueden ver con un microscopio óptico, por lo que se necesita un microscopio electrónico especial; por todo eso se los considera submicroscópicos.
 
Los virus consisten en información genética que puede estar en ADN o ARN; una cubierta proteica denominada cápside que cubre el ADN o ARN; y en algunos tipos de virus también puede haber una envoltura vírica compuesta por una bicapa lipídica (doble capa de lípidos) que cubre y protege a los elementos que forman parte del virus cuando se encuentra fuera de la célula huésped. Además en los virus con envoltura vírica hay una especie de púas o espinas denominadas espículas que son glicoproteínas (una proteína unida a uno o varios glúcidos o hidratos de carbono) que le permiten identificar el tipo de célula huésped y unirse a un determinado punto de la membrana de la célula donde el virus va a introducirse.

Una vez adherido el virus a la membrana celular, la envoltura vírica se deja en la parte de afuera de la célula a infectar mientras que el ADN o ARN vírico junto a la cápside que lo cubre se introducen en la célula, dicha etapa de infección se denomina penetración vírica.

Una vez dentro de la célula huésped, el virus se despoja de la cápside la cual es degradada por enzimas (este proceso se llama despojo), quedando así el ADN o ARN vírico suelto dentro de la célula para poder comenzar a fabricar enzimas víricas con la maqunaria de la célula huésped.

Como sucede con el proceso de transcripción de información del ADN celular, los virus transcriben la información genética vírica de la misma manera. La ARN polimerasa transcribe los genes del ADN o ARN vírico y los ribosomas producen enzimas acorde a lo especificado en dichos genes, las cuales le serán útil al virus que infectó la célula huésped. Las enzimas que los genes del ADN o ARN vírico especifican, pueden crear nuevas cápsides, envolturas víricas así como otros elementos útiles para las copias del virus. Luego comienza a autoreplicarse el ADN o ARN del virus produciendo muchas cadenas de ADN o ARN dentro de la célula huésped infectada. A continuación las cápsides y envolturas víricas producidas dentro de la célula se autoensamblan cubriendo las cadenas de ARN o ADN replicadas.

Eventualmente, la célula huésped se llena de tantos nuevos virus, que la misma se rompe reventando su membrana y dejándolos libres para que infecten otras células. Mediante este método, la velocidad a la que se pueden reproducir e infectar otras células es asombrosa.

En la mayoría de los casos el sistema inmunológico produce anticuerpos, los cuales son proteínas que se adhieren a los virus evitando que infecten otras células. El sistema inmunológico puede también detectar células infectadas por las envolturas víricas que quedan en la parte de afuera de sus membranas celulares, de esta manera sabiendo a cuáles células debe destruir.

Los antibióticos no tienen efectos en los virus dado que no sos seres vivos los cuales dependen de la maquinaria celular para seguir existiendo, aquí se trata de simples cadenas de ADN o ARN cubiertas por cápsides y en algunos casos también por una envoltura vírica, que pueden buscar otras células para infectar y seguir multiplicándose. Por lo tanto no hay nada para matar ya que no son seres vivos. Una manera de prevenir el ataque de un determinado tipo de virus es preinfectando el cuerpo con una pequeña cantidad de aquel virus, para que el cuerpo pueda aprender a producir los anticuerpos necesarios para destruirlo, y haciendo acopio de los mismos para prevenir en el futuro una posible infección del mismo tipo de virus, evitando de esta manera el desarrollo de la enfermedad; este método de prevención es concido como vacunación.

Estructura de los virus
Estructura de los virus

 

Enfermedades genéticas

Muchas enfermedades genéticas ocurren porque en el ADN del cuerpo de la persona puede faltar el gen con la información necesaria para la producción de un determinado tipo de enzima. Algunos problemas comunes causados por la falta de ciertos genes son:

  • Intolerancia a la lactosa: La imposibilidad de digerir lactosa (el tipo de azúcar presente en la leche) es causada por la falta del gen que indica cómo producir la enzima lactasa, la cual sirve para digerir la lactosa, o sea romperla en sus moléculas constituyentes para que las mismas puedan pasar del sistema digestivo al sistema circulatorio del cuerpo y de ahí dirigirse a las distintas células del cuerpo. Sin este gen en el ADN, las células intestinales no pueden producir lactasa y por ende no pueden digerir la lactosa, haciendo a la persona intolerante a dicha sustancia.
  • Albinismo: En los albinos, el gen necesario para la producción de la enzima tirosinasa. Esta enzima es necesaria para la producción de melanina, el pigmento que produce el color y efecto de bronceado en la piel así como el tinte de cabello y ojos. Sin tirosinasa no se puede producir melanina y la persona termina teniendo piel muy blanca así como color de ojos y pelo muy claros.
  • Fibrosis quística: En las personas con fibrosis quística, el gen con la información necesaria para la producción de la proteína denominada regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística (CFTR, a partir de sus siglas en inglés) se encuentra dañado. El defecto o mutación de dicho gen hace que las personas con este problema produzcan la proteína anteriormente mencionada de manera incompleta, con la falta de un aminoácido llamado fenilalanina (acuérdense que las proteínas son cadenas de aminoácidos). Teniendo esta proteína dicha falla, se distorsiona el tránsito de agua y sales a través de las membranas de los pulmones y los intestinos, deshidratando así las mucosas que cubren aquellas superficies. Así la mucosa que se acumula en los pulmones se vuelve gruesa, seca y pegajosa; obstruyendo los bronquios y dificultando la respiración. Esto termina causando infecciones respiratorias crónicas provocadas por bacterias como el Estafilococo áureo (o dorado) o la Pseudomonas aeruginosa. Entre las mayores manifestaciones o consecuencias se dan la tos crónica, neumonías frecuentes y la progresiva pérdida de funciones pulmonares.

Otras enfermedades genéticas incluyen a la anemia de células falciformes (también conocida como drepanocitosis "falcemia" o anemia drepanocítica), la cual se da por un error en el gen que produce hemoglobina en la sangre; o la hemofilia, enfermedad que causada por la falta de un gen necesario para el factor de coagulación de la sangre. En el genoma humano (conjunto de genes contenidos en el ADN) hay aproximadamente 32.000 genes, 5.000 de los cuales pueden conducir a problemas o enfermedades genéticas si se encuentran defectuosos o simplemente faltantes. Así, la simple falta o falla de una enzima, en muchos casos puede conducir a graves enfermedades mortales o problemas degenerativos de todo tipo.

Qué es la biotecnología

Hoy en día es muy común escuchar hablar de la biotecnología o de la ingeniería genética. Hay tres desarrollos importantes que marcaron el avance de la biotecnología.

  • La producción de sustancias como insulina u hormonas de crecimiento humano mediante el uso de bacterias. Por ejemplo se toman simples bacterias de E. coli, cuyo ADN se manipula y modifica para producir estas sustancias químicas vitales para los seres humanos. Por lo tanto se cultivan estas bacterias en grandes cantidades para el uso en medicina. Las bacterias se pueden modificar para producir todo tipo de sustancias químicas y enzimas.
  • Modificación de plantas para poder cambiar su reacción o respuesta al medio ambiente, enfermedades o pesticidas. Por ejemplo el tomate puede adquirir tolerancia a hongos si se le agrega el gen que produce la enzima quitinasa, la cual destruye las membranas celulares de ciertos hongos compuestos en parte por una sustancia llamada quitina. Otro caso es el del pesticida Roundup que elimina todo tipo de plantas, sin embargo si las plantas de cultivo son modificadas, agregando ciertos genes se puede hacer que se vuelvan inmunes a dicho pesticida.
  • Identificación de personas a través de su ADN. EL ADN de cada individuo es único, por lo que con varias pruebas simples de restos de ADN hallados en una escena de crimen se los puede comparar con los de una persona y determinar así quién es el sospechoso y posiblemente culpable. Este proceso ha sido potenciado por el invento de una técnica llamada reacción en cadena de la polimerasa, la cual permite tomar pequeñas muestras y agrandarlas millones de veces en un breve período de tiempo.

Para entender mejor algunas de las técnicas utilizadas en biotecnología, veamos un ejemplo de cómo se modifican las bacterias para producir insulina humana.

La insulina es una proteína simple, normalmente producida por el páncreas. En las personas con diabetes, ciertas células del pancreas se encuentran dañadas, no pudiendo producir insulina. Dado que la insulina es vital para el procesamiento de la glucosa en la sangre, se trata de un problema muy serio. Por lo tanto muchos diabéticos deben inyectarse la insulina en sus cuerpos diariamente. Antes de la década de los '80, la insulina era obtenida de cerdos y además era muy costosa.

Para poder crear insulina de manera económica, se comenzó a agregar el gen que produce insulina humana en bacterias comunes de Escherichia coli. Una vez que el gen se encuentra dentro y en su lugar, la maquinaria celular la produce como cualquier otra enzima. Cultivando grandes cantidades de bacterias modificadas y luego matándolas y abriéndolas se puede extraer la insulina, purificarla y utilizarla de manera muy económica.

La técnica consiste en colocar el nuevo gen de la insulina en las bacterias. La manera más fácil de lograrlo es insertar el gen en un plásmido. Los plásmidos son pequeñas moléculas de ADN de forma circular o lineal, las cuales pueden transmitirse de una bacteria a otra y se introducen en las células quedando separadas del ADN de la célula huésped. Los científicos han desarrollado herramientas muy precisas que permiten cortar plásmidos e insertarles nuevos genes. Luego se introducen estos plásmidos modificados en una muestra de bacterias, las cuales tras multiplicarse le heredan la información genética a las bacterias que se producen a partir de ellas. Para separar las bacterias "infectadas" con el tipo de plásmido modificado de las no "infectadas", el plásmido contiene además un gen que le da a la bacteria inmunidad ante un cierto tipo de antibiótico; dicho antibiótico es aplicado en la muestra de bacterias matando así a las células que no adquirieron el plásmido con el gen protector y el de la producción de a insulina mueren, mientras que las que sí tomaron el gen son inmunes, por lo que se obtiene un "cultivo" puro de bacterias de Escherichia coli productoras de insulina para diabéticos.


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