presente y futuro de la biotecnologia.pdf

PRESENTE Y FUTURO DE LA BIOTECNOLOGÍA

ÁNGEL MARTÍN MUNICIO

Real Academia de Ciencias

INTRODUCCIÓN

En un informe publicado en 1982 por la Organizaciónpara la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE),se define la biotecnología como la «aplicación de los prin-cipios científicos y técnicos al tratamiento de los mate-riales por los agentes biológicos para obtener bienes y ser-vicios». Los agentes a los que se refiere la definición sonprincipalmente microorganismos, células animales y ve-getales, y enzimas. Los bienes y servicios son principal-mente los productos de las industrias farmacéuticas, bio-médicas, de la alimentación y de transformación dematerias primas.

Los avances recientes en los campos de la biología mo-lecular, la genética y el metabolismo bacteriano han contri-buido eficazmente al desarrollo de las biotecnologías. En par-ticular, los avances técnicos que han permitido el aumentode cantidades muy pequeñas de DNA —el soporte mole-cular del patrimonio hereditario de cada uno de los seresvivos-, gracias a la reacción en cadena de la polimerasa(PCR), se encuentran en la base de gran número de apli-caciones particulares. Aunque, han sido, en general, lastécnicas conocidas como ingeniería genética o de DNA-recombinante las que más han contribuido tanto a un me-jor conocimiento de la expresión y regulación de los ge-nes, como a lograr numerosas aplicaciones en los camposde la medicina, la agricultura, la nutrición y la producción deespecies transgénicas con las que lograr la producciónde sustancias útiles o con nuevas características.

Sin embargo, la biotecnología fue ya, en verdad, un fe-nómeno de la misma Edad de Piedra, por lo que no ha deresultar extraño que exista una tradición intelectual, hue-lla que ha dejado el proceso por el que el hombre ha lle-gado a incorporarse al estudio y al control de su propia evo-lución. Esta tradición intelectual ha ido guiando latrayectoria en que se ha movido la empresa biológica. Po-seedora la biología de un carácter eminentemente histó-rico, cualquier aspecto del comportamiento de los orga-nismos tendrá que ver con el origen o la evolución de lasespecies. Tampoco cabe la menor duda de que, a través delos siglos, la humanidad ha exhibido una sensibilidad dis-

tinta frente a este proceso, que culmina en los tiemposmás recientes con la asimilación del avance de la cienciaal progreso social y con el ejercicio de la ciencia como gru-po de actividad. Por ello, la ciencia y su expresión de lo útil,la tecnología, han sido inseparables del desarrollo social,aunque no hayan caminado siempre en paralelo.

Si los primeros hombres se encontraron con la necesi-dad de afrontar las exigencias de la alimentación, la pro-tección frente a la intemperie y la defensa de otras espe-cies animales, no cuesta trabajo hacerse cargo de la grantransformación que hubo de suponer la primera revolu-ción, la revolución cultural del Neolítico, con la domesti-cación de los animales, el paso de la simple recolección ala producción agrícola y el asentamiento estable y seden-tario de pequeñas poblaciones en el territorio. Estos cam-bios, hace diez o doce mil años, determinaron el desarro-llo de las artes culinarias, multiplicaron los instrumentosdestinados a la transformación y conservación de los ali-mentos, y se vincularon a diversas prácticas biotecnológi-cas. Más cercanas, las grandes civilizaciones de la Anti-güedad, aún varios milenios antes de Cristo, dejarondocumentos, pinturas, tradiciones y mitos acerca de lasfermentaciones utilizadas en la obtención del pan, el vinoy la cerveza. En la Grecia clásica, todo aparecía entreveradode filosofía y, desde los presocráticos a los atomistas, po-cos fenómenos dieron tanto que pensar a los filósofoscomo el de las transformaciones de la fermentación, enla que buscaron con ahínco la sustancia primaria. Desdeestas centurias precristianas, los constituyentes de la ma-teria viva van a ser biológicos antes que químicos, aunque,transcurridos los siglos, habría de ser su química la que to-mara la primacía para, luego, condescender de nuevo anteel mayor significado de su función.

Tras la revolución neolítica no hubo otro cambio de pen-diente en la actitud cultural de la humanidad como el queconsiguió la revolución científica que llevó a cabo Lavoisier.La interpretación de la combustión, la respiración y laproducción de calor, basada en la nueva teoría del oxíge-no, trastocó el pensamiento científico, que urgió el in-mediato desarrollo de la Química y la Biología. A la vez,las fermentaciones, cuyos entresijos tanto habían desespe-


rado a la humanidad, pudieron esclarecerse en su natura-leza biológica y sus transformaciones químicas. El grandebate sobre la naturaleza química de las fermentacionesestuvo siempre en el trasfondo que engarzó la Ilustracióncon la revolución industrial del siglo XIX y, sobre todo,tuvo en Pasteur el soporte biológico en que sustentar la pa-sarela que Lavoisier había lanzado un siglo antes. De estamanera, ya pudieron circular con liberalidad y asimilarselas ideas y los métodos que dieron origen a los nuevos pa-radigmas químico-biológicos; como consecuencias másinmediatas figuran la desaparición de las filosofías vita-listas y el espectacular desarrollo que ha supuesto la bio-química en la historia del conocimiento.

RETAZOS HISTÓRICOS

La historia de la biotecnología puede dividirse en tresgrandes etapas: la primera se extiende a lo largo de vein-titantos siglos, desde los orígenes de la cultura humanahasta el siglo XVIII; la segunda, desde los comienzos de larevolución científica hasta la maduración de la bioquími-ca y la aparición de la biología molecular; y la tercera ocu-pa las tres o cuatro últimas décadas del siglo XX.

La biotecnología de la primera mitad de nuestro siglo sefundamenta, sobre todo, en las propiedades de las enzimas,y persigue, principalmente, mejorar las cualidades de losalimentos. En este periodo comienzan a aparecer desvia-ciones de la idea que la propia ortodoxia semántica impone:el nacimiento bajo el significado de lo biológico y la pro-yección hacia una necesidad social bajo la forma de unatecnología. Adquieren importancia los factores económicosy el análisis riesgo-beneficio da pie a decisiones políticasno siempre vinculadas a las cuestiones científicas; los pro-blemas sociales —de la salud y del ambiente, de modo prin-cipal- buscan soluciones en biotecnologías específicas. Y,pasado el ecuador del presente siglo, la bioquímica pue-de ofrecer a la biología y a la química la tupida red de re-acciones del metabolismo, la especificidad enzimática ysu localización celular. Sin embargo, el flujo de todas es-tas transformaciones adquiere para algunos el signo de lovulgar y, agotadas prácticamente todas sus posibilidades decreación de nuevos paradigmas, una tendencia científicacritica la manera semidescriptiva de los tratamientos bio-lógicos por la bioquímica, afincada casi de modo exclusi-vo en el estudio del metabolismo. Así nació la biologíamolecular, como una forma reduccionista de la física a labiología y bajo una triple concepción elitista: la de los mé-todos, la de los fenómenos estudiados e, incluso, la de loscientíficos implicados en ella. Esta idea restrictiva condu-jo al empleo de las técnicas físicas, sobre todo de la di-fracción de rayos X y los métodos espectroscópicos de todotipo, a la dilucidación de las estructuras químicas de im-portancia biológica, y pronto fue ampliada a la interpre-tación molecular de fenómenos biológicos de la impor-tancia, por ejemplo, de la herencia, de la expresión yregulación génicas, de las interacciones moleculares como

base de la comunicación ligando-célula y célula-célula, dela malignidad, etc. Sin embargo, y como cualquier ten-dencia en el arte o la literatura, la biología molecular es-tricta, al cabo de algunas décadas, perdió su novedad, de-sapareció el aislamiento derivado de su autonomía, y enesa secuencia recurrente tan habitual en la historia del co-nocimiento, volvió a reunirse con los métodos e ideas dela biología vecina, logrando más extensión y mayor rea-lismo. Y fruto de esta nueva ciencia biológica unificada,colmatada de saberes, la biología molecular contribuyó ala formación y desarrollo de nuevas áreas con las que se vaa solapar: la biología celular, la genética, la microbiolo-gía, la virología y la inmunología. Estos nuevos campos delconocimiento y su conexión con las actividades de la mo-derna biotecnología aparecen en la tabla I.

EXTENSIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA

Resulta, pues, que la biotecnología no puede conside-rarse como una disciplina, sino como un conjunto de ac-tividades basadas en las ideas y los métodos de la bioquí-mica, la biología molecular y celular, la genética, lainmunología y los tratamientos de datos. De esta mane-ra, utiliza todos los instrumentos conceptuales y meto-dológicos de estas disciplinas para lograr una nueva revo-lución -la de la moderna biotecnología-, que penetra y sedifunde en multitud de aspectos de la salud humana y ani-mal, la agricultura y la alimentación, la selección y mejorade animales y plantas, el ambiente, etc. Y así, entre las múl-tiples prácticas de la biotecnología figuran, en la actualidad,la fabricación bacteriana, animal y hasta vegetal'de proteí-nas humanas; la consecución de métodos de diagnóstico yterapéuticos de enfermedades diversas -hereditarias, cán-cer, sida, etc.-; la obtención de especies transgénicas y su granvariedad de aplicaciones -producción de alimentos, va-cunas, animales clonados, modelos experimentales ani-males, embriones manipulados, plantas y árboles orna-mentales, etc.-; la fitorremediación ambiental, y laproducción de plantas clonadas al abrigo de infecciones ode condiciones climáticas o edáficas extremas. Sin olvi-dar la gran potencialidad de la biomasa, la bioenergía, el bio-gas, los biochips, los biosensores, etc., cuyas posibilidades,que no han hecho sino iniciarse, se verán, sin duda, in-crementadas a lo largo del siglo XXI.

En la segunda mitad del siglo XX, una serie de hallazgosconforman el maravilloso camino que ha ido desde la des-cripción de la doble hélice ¿A DNA hasta la secuenciacióndel genoma humano. A continuación se enumeran algunasde las etapas principales de este camino:

1953. El biólogo americano James Watson y el físicoinglés Francis Crick descubren la estructura en doble hé-lice del DNA.

1957. Se descubre que la información genética pasa delDNA a las proteínas, a través del RNA, con lo que se es-tablece el llamado dogma de la biología molecular.


metabolismo intermediario

FÍSICATECNOLOGÍA

FÍSICATÉCNICAS FÍSICAS DE LA

FUNCIONALIDAD BIOLÓGICA

BIOQUÍMICA1940 BIOLOGÍA

MOLECULAR- estructura-funcióndebiopolímeros

- interpretación molecularfenómenos biológicos

CIENCIA

BIOQUÍMICA

UNIFICADA

GENÉTICA

MOLECULAR

CULTIVOSCELULARES

BIOLOGÍA

CELULAR

BIOTECNOLOGÍA

DNA-RECOMBINANTE

CLONACIÓN

ANTICUERPOS

MÓNOCLONALES

NUEVAS ESPECIESANIMALESVEGETALES

PRODUCCIÓN INDUSTRIALDE PROTEÍNAS

INTERACCIONESCÉLULA-CÉLULA

MORFOGÉNESIS

DESARROLLO

METÁSTASIS

ESTRUCTURA-FUNCIÓNENSAMBLAMIENTOS CELULARES

G E N O M A

MEMBRANAS, RECEPTORES

CITOESOUELETO

NEUROBIOLOGÍA

INMUNOLOGÍA

VIROLOGÍA

BIOQUÍMICA

AMBIENTAL

FISIOPATOLOGlAMOLECULAR

ENVEJECIMIENTO

INFLAMACIÓN

ENFERMEDADES INMUNES

ALTERACIÓN DE RECEPTORESATEROSCLEROSISOBESIDAD

1966. Se dilucida el código genético. Los tripletes de ba-ses del mRNA determinan cada uno de los aminoácidosde la cadena polipeptídica.

1972. Primeros experimentos de clonación de un gen.1975. La Conferencia deAsilomar (California, EE. UU.)

confirma la seguridad de las investigaciones sobre DNA-recombinante.

1983. Se describen los genes responsables de enferme-dades hereditarias como la mucoviscidosis y la enfermedadde Huntington.

1984. Primeras investigaciones sobre la impronta ge-nética.

1985. Se inician los estudios preparativos sobre la se-cuenciación del genoma humano.

1988. El Consejo Nacional de Investigación de los Es-tados Unidos aprueba el programa sobre el genoma hu-mano.

1990. Se lanza oficialmente el Proyecto Genoma Hu-mano (HGP) con un presupuesto inicial de 3 millardosde dólares.

1995. Se describe la secuencia del genoma del primerorganismo vivo, el de la bacteria Haemophilus influenzae.

1998. Se describe por primera vez la secuencia del ge-noma de un animal, el gusano Caenorhabditis elegans. Laempresa privada Celera Genomics anuncia su intenciónde trabajar más rápidamente que el HGP.

1999. Se describe la secuencia completa del cromoso-ma humano 22.

2000. En el mes de marzo, la compañía Celera Geno-mics comunica la secuenciación del genoma de Drosophila.El 26 de junio, anuncia la secuenciación del genoma hu-mano.

BASES CIENTÍFICAS DE LA MODERNA BIOTECNOLOGÍA

La moderna biotecnología tiene sus raíces en el conoci-miento científico de la estructura y función de los biopolí-meros, proteínas y ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicosresponden a dos tipos de estructuras: desoxirribonucleicos(DNA), la secuencia de cuyas unidades -los desoxirribo-nucleotidos— es la responsable del almacenamiento de lainformación en los genes; y las distintas clases de ribonu-cleicos (mRNA, tRNA y rRNA), cuyas unidades son los ri-bonucleotidos, que toman parte en las etapas de la ex-presión génica, fundamento de la transmisión de loscaracteres hereditarios, conducente a la gran variedad yespecificidad de las proteínas (tabla II). Una simple célu-la, o un organismo superior, transmite sus propios carac-teres a su descendencia debido a que posee una informa-ción transmisible soportada molecularmente por laestructura en doble hélice del DNA y, en particular, por


FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS

1. CATÁLISIS ENZIMÁTICA

LAS ENZIMAS INCREMENTAN EXTRAORDINARIAMENTE LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN. VARIOS MILLARES HAN SIDO CARACTERIZADASY MUCHAS HAN SIDO CRISTALIZADAS

2. I TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO

MUCHAS MOLÉCULAS PEQUEÑAS -0 2 , Fe, POR EJEMPLO- SE TRANSPORTAN POR PROTEÍNAS ESPECIFICAS: HEMOGLOBINA, MIOGLOBINA,TRANSFERRINA.

3. I SOPORTE MECÁNICO]

LAS PROTEÍNAS FIBROSAS COMO EL COLÁGENO, CONTRIBUYEN AL MANTENIMIENTO DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS HUESOS YLA PIEL.

4. ' RECEPTORES DE MEMBRANA^

LA RESPUESTA A LA ACCIÓN DE FACTORES EXTERNOS A LA CÉLULA -LUZ, HORMONAS, NEUROTRANSMISORES, OPIÁCEOS, TOXINAS,FACTORES DE CRECIMIENTO, ETC.- SE ORIGINA EN SU INTERACCIÓN CON PROTEÍNAS.

5. ' FACTORES DE CRECIMIENTO Y DIFERENCIACIÓN

GRAN NÚMERO DE PROTEÍNAS CUMPLEN ESTA FUNCIÓN EN CÉLULAS ESPECIFICAS -PLAQUETAS, FIBROBLASTOS, NEURONAS, CÉLULASEPITELIALES-, ÉL CONTROL DE LA DIVISIÓN CELULAR Y DE LA RESPUESTA INMUNOLÓGICA SE REALIZA POR MEDIO DE PROTEÍNASESPECIFICAS.

6. .ANTICUERPOS

ESTAS PROTEÍNAS -LAS INMUNOGLOBULINAS- FORMAN PARTE DE LOS SISTEMAS DE DEFENSA.

7. COORDINACIÓN DE MOVIMIENTOS

LAS PROTEÍNAS PARTICIPAN EN LA CONTRACCIÓN MUSCULAR, MOVIMIENTO DE CROMOSOMAS, MICROTÚBULOS, FLAGELOS.

la ordenación de sus unidades. Un gen no es sino unaunidad de información, cuyo conjunto se agrupa en loscromosomas, de número y forma fijos para cada especie;y el conjunto de todos los cromosomas de una célulaconstituye el genoma. Esta información contenida en elDNA se transcribe primero en el RNA mensajero, quedespués se traduce en la ordenación de los aminoácidosen la estructura de las proteínas. El conjunto de ambosprocesos —transcripción y traducción— constituye el fun-damento de la expresión génica; es decir, la manera conarreglo a la cual la información de los genes se utilizapara dirigir la estructura que otorga a las proteínas suespecificidad, a la vez que la enorme colección de susfunciones biológicas (tabla II). El progresivo conoci-miento de los diferentes niveles estructurales de las prote-ínas, desde la ordenación de los aminoácidos —estructu-ra primaria— a la disposición espacial de la totalidad dela molécula y de cada una de sus unidades -estructura ter-ciaria—, y de sus relaciones, y las posibilidades de su mo-dificación y, por lo tanto, de la repercusión correspon-diente sobre su actividad biológica, está originando elnuevo campo de conocimiento designado como proteó-mica. Y puede suceder que cierta función de un ser vivo,el hombre incluido, ya sea de la catálisis enzimática, deltransporte de O2, de la defensa inmunológica, de la acción

hormonal o de los receptores celulares, o de la transduc-ción de las señales biológicas, esté disminuida o ausente,como consecuencia de la modificación o la falta del gencorrespondiente. Es en estos casos cuando la tecnologíadel DNA-recombinante puede lograr transferir el gen de-fectuoso o deficiente, fundamento del método terapéu-tico conocido como terapia génica. Esta tecnología esdeudora de numerosas y valiosas investigaciones funda-mentales que han desarrollado los métodos de aisla-miento, purificación, análisis, fragmentación y engarcede los fragmentos de DNA, así como de diseño de los vec-tores más aptos para su transporte: plásmidos, virus, fa-gos, liposomas y cromosomas artificiales de levadura ohumanos.

El conocimiento de la expresión génica tuvo su puntocrucial en el modelo de la doble hélice, propuesto en 1953por Watson y Crick. A partir de este momento se ha pro-ducido una serie de avances científicos, entre otros:

• Se descifra el código genético.o o

• Se describen con gran detalle los procesos bioquímicosy la maquinaria celular implicados en la replicación delDNA y en la biosíntesis de las proteínas.

• Se desarrolla un modelo que interpreta la regulación dela biosíntesis de proteínas en bacterias.


• Se descubren las enzimas de restricción, con una fun-ción protectora frente a la inserción de fragmentos deDNA extraños por virus.

• Se replica en el laboratorio el DNA viral.• Se aisla y caracteriza el operan lactosa de Escherichia

coli.• Se logra por primera vez la síntesis química de un gen.• La conjunción de procedimientos químicos y enzi-

máticos permite conocer la estructura primaria -la se-cuencia- de las proteínas.

• Se descubre la reacción enzimática debida a la trans-criptasa inversa que invierte (RNA => DNA) el senti-do normal de la transcripción (DNA => RNA).

Con estos antecedentes se encaró la década de los se-tenta, en la que se dirigió la atención hacia la diferencia-ción celular y el desarrollo como mecanismos dependien-tes de la regulación de la expresión del DNA, y hacia elestudio de los virus tumorales animales como modelosde estudio de la transformación celular. Paralelamente, sehizo patente la necesidad de traducir en aplicaciones so-ciales los extraordinarios avances que, conceptual y me-todológicamente, se habían logrado con anterioridad. Y fue,sin duda, de la conjunción del optimismo de los científi-cos, la inquietud de los empresarios y la extraordinariaayuda de las Agencias de Promoción de la Investigación-sobre todo en los Estados Unidos de América-, de don-de surgió un objetivo global común: la inserción en una cé-lula de fragmentos de DNA de otra procedencia. Con este ob-jetivo, centenares de publicaciones fueron desarrollandolas técnicas que permiten la escisión específica del DNA yla reunión de sus fragmentos; la unión de estas piezas aportadores tales como virus y plásmidos; y la inserción delDNA exógeno a células vivas. De la reunión de todas estaspiezas y métodos iba a resultar lo que habría de conocer-se como la nueva tecnología del DNA-recombinante, cu-yos fines fueron, a la vez, y desde sus mismísimos co-mienzos, científicos y prácticos, dualidad que iba acaracterizar todo el ulterior desarrollo de estos procedi-mientos.

En la década de los setenta, la comunidad científicaespecializada admitía sin duda que la reestructuración delgenoma bacteriano mediante la inserción de genes extrañospodría servir para la fabricación comercial de sustanciasvaliosas del tipo de la insulina, la hormona de crecimien-to y el interferón, aunque se admitía también que estos be-neficios podrían ir acompañados de algún coste social. Ycomo respuesta política a la controversia surgida en losEstados Unidos, se creó en la National Academy of Scien-ces, presidida por Paul Berg, una comisión asesora deestos problemas. A los pocos meses, la comisión hizopública su conclusión, en la que refería los peligros po-tenciales o especulativos, superados en gran medida por losbeneficios, y apostaba por el carácter social de la nuevatecnología.

Todavía en la década de los setenta, se produjeron in-contables avances científicos, entre otros:

• El diseño de nuevos vectores con. mejores característicasen cuanto a su replicación, escisión por enzimas derestricción y capacidad de unir largos fragmentosde DNA. Uno de estos vectores ha sido el pBR322,muy utilizado posteriormente en la investigación y laindustria.

• El desarrollo de nuevas técnicas de aislamiento de frag-mentos específicos de DNA. Entre ellas: a) los procedi-mientos de síntesis desarrollados por Khorana en elcaso de estructuras conocidas de DNA; b) los méto-dos que logran obtener una copia de DNA (cDNA)a partir de su mRNA correspondiente por medio dela transcriptasa inversa.

• La puesta a punto de métodos relativamente fácilesde secuenciación de la cadena de DNA. Los nuevos mé-todos de Sanger, de un lado, y de Maxam y Gilbert,de otro, dieron un giro excepcional a todos los estu-dios. Con los métodos de análisis y de síntesis de DNAse pudieron preparar fragmentos aptos para fines con-cretos, como disponer de extremos cohesivos.

• El descubrimiento en el genoma eucariótico de regio-nes no codificantes o intrones, de forma que la moléculalarga de RNA sería ulteriormente procesada en la cé-lula dando lugar a las moléculas cortas traducibles demRNA.

Todo este conjunto de innovaciones iba encaminadohacia el objetivo primordial científico-tecnológico de lo-grar no solamente la replicación del DNA exógeno en elseno de las bacterias, sino asimismo la síntesis de proteí-nas específicas. Y, en 1977, Boyer e Itakura alcanzaroneste objetivo, al lograr la primera síntesis bacteriana de unaproteína humana: la somatostatina. El gen utilizado fueobtenido por síntesis, y el plásmido vector contenía unaporción del gen estructural codificador de la (3-galactosi-dasa, seguido por el gen de la somatostatina. Obviamen-te, el producto de la expresión era una proteína resultantede la fusión de la somatostatina y la [3-galactosidasa, quehubieron de separarse posteriormente.

La ingeniería génica es, pues, el «conjunto de técnicas quepermite alterar las características de un organismo me-diante la modificación controlada de su genoma, por adi-ción, supresión o modificación de alguno de sus genes».

Bajo estas premisas, una serie de experimentos condu-jo, a finales de los setenta, a la expresión en bacterias detoda una variedad de genes animales, entre los que se en-contraban los de la hormona de crecimiento, la insulinay el interferón. Por otro lado, los años 1979 y 1980 cons-tituyeron un punto de inflexión de la aceptación políti-ca de las nuevas tecnologías biológicas. La promoción dela innovación tecnológica se concretó en las ayudas de laNational Science Foundation y en la promulgación dedos importantes incentivos legales — The Patent and Tra-demark Amendment Act, de 1980, y The Economic Reco-very TaxAct, de 1981—, en los que se concedían a las uni-versidades los derechos de patentes logrados con ayudasoficiales y a la investigación cooperativa entre las uni-


versidades y la industria privada una serie de beneficiosfiscales.

Así las cosas, no fue de extrañar la reacción favorablede la comunidad científica y la plétora de hallazgos que ha-bía de caracterizar, con mayor potencia si cabe, la décadade los ochenta. En efecto, en la década de los ochenta, labiotecnología perfila sus actitudes en dirección a nuestrosdías. De un lado, las dificultades científico-tecnológicas vana encontrar salida en la colección de variantes que supo-nen tanto la diversificación de la biotecnología vegetalcomola obtención de reactivos biomédicos, de los que son buenejemplo los anticuerpos monoclonales. De otro, se van aintensificar los intereses comerciales, y la investigación demercados calcula que, hasta el año 2000, la venta de pro-ductos obtenidos por síntesis bacteriana habrá alcanzadolos 40 millardos de dólares.

APLICACIONES INICIALES DE LA BIOTECNOLOGÍA

La tecnología del DNA-recombinante ha permitido trans-ferir a ciertas bacterias el gen propio de la insulina o de lahormona de crecimiento del hombre, y producir de formaindustrial estas hormonas simultáneamente al crecimien-to bacteriano. Las bacterias producen de esta manera unaproteína prohibitiva para la especie, un producto ajenopor completo a su identidad. Otros ejemplos relacionadoscon la salud son la obtención de sustancias del tipo delinterferón (X -utilizado en ciertas formas de leucemia o desarcoma de Kaposi-, del activador tisular del plasminóge-no —de gran utilidad en el infarto agudo de miocardio—,del factor V7//-que reemplaza el factor natural carente enlos pacientes hemofílicos-, o de una serie de citoquinas, ta-les como la interleuquina 2 o el interferón y, relacionadascon la estimulación del sistema inmunológico. Aparte detoda esta serie de moléculas terapéuticas, la biotecnolo-gía comenzó a ser de especial aplicación en numerososcampos de la prevención y del diagnóstico clínico.

En abril de 1979 se presentó el primer protocolo clíni-co de terapia génica en la enfermedad conocida como p-talasemia. Hubieron, sin embargo, de transcurrir más dediez años para que, en septiembre de 1990, tras cumplirtodos los requisitos establecidos, se llevase a cabo unatransferencia génica a una niña de cuatro años carente delgen que codifica la adenosina desaminasa, una rara y gra-ve enfermedad de inmunodeficiencia combinada que obli-ga al paciente a vivir en el interior de una burbuja abió-tica. A principios de 1991 se trató a otra niña de nueveaños. A finales de la década se trataba en todo el mundoa unos 250 pacientes con una docena de genes diferentes,utilizando 74 protocolos autorizados, tanto en el caso deenfermedades monogénicas del tipo de la hemofilia, comoen casos de cáncer o sida. Aunque la terapia génica va so-lucionando sus problemas, sobre todo en lo relativo a lavehiculización del gen, y cada vez son más las enfermedadesmonogénicas tratadas —fibrosis cística, hemofilia A, (3-ta-lasemia, distrofia muscular de Duchenne, ictiosis ligada al

cromosoma X—, subsiste el gran reto frente a las enferme-dades multigénicas, como las cardiovasculares, el cáncer, olas debidas a alteraciones neurológicas o psiquiátricas.

En la última década comenzaron asimismo a desarro-llarse las técnicas de micropropagadón que habrían decontribuir al acortamiento de los largos y costosos mé-todos de producción, crecimiento y evaluación de mu-chas especies vegetales, la propagación selectiva de nu-merosas plantas ornamentales y el empleo de cultivos decélulas vegetales, y la mejora de la resistencia a herbici-das, virus e insectos específicos. La biotecnología animalempezó a aplicarse comercialmente a la diagnosis vete-rinaria y a la producción de vacunas y medicamentos; ala fertilización in vitro; a la administración de la hor-mona de crecimiento para incrementar la producciónláctea; y a la obtención de animales transgénicos comomodelos de enfermedades humanas. En tanto que la bio-tecnología enzimática se desarrollaba comercialmente enlos campos de la alimentación relativos a la conversiónde almidón en productos azucarados, la aromatizacióne intensificación de sabores y los tratamientos fermen-tativos de zumos y productos lácteos.

La utilización de las huellas de DNA comenzó a teneraplicaciones forenses y antropológicas, así como en la de-terminación prenatal de genes relacionados con enfer-medades. Y, junto a los tratamientos económico-finan-cieros de la biotecnología, empezaron a adquirir mayorrelevancia los aspectos éticos y sociales de diversa natu-raleza.

LA BIOTECNOLOGÍA MODERNA

Aparte de los múltiples factores basados en la ciencia yla técnica, la biotecnología aparece rodeada de un entornode otros diferentes problemas, de naturaleza económica,legal y de seguridad, así como de actitudes políticas y so-ciales.

De igual manera, la mencionada definición de 1982 havisto ampliados los conceptos de agentes biológicos y losde bienes y servicios. Así, la biotecnología incluye en la ac-tualidad todos los procedimientos para la transformaciónde materias primas renovables y aquellos otros de pro-ducción por medio de microorganismos, cultivos de cé-lulas animales y vegetales, y sus distintos componentes,de numerosas sustancias útiles para la humanidad.

Los avances llevados a cabo en el ámbito de la bio-química, la biología molecular, la genética y el metabo-lismo bacteriano han contribuido al desarrollo de los di-ferentes campos de la biotecnología, entre los que cabedestacar la tecnología del DNA-recombinante. Esta técni-ca se añade a las clásicas de reproducción convencionalpor hibridación y cruzamiento intra e interespecífico, ypuede dar lugar a microorganismos, animales y vegeta-les transgénicos, con nuevos genes que controlan la pro-ducción de sustancias útiles o de nuevas características de-seables.


La tecnología del DNA-recombinante, componente fun-damental de la ingeniería génica, puede modificar el patri-monio genético de un organismo, el hombre incluido, me-diante la transferencia de genes aislados o creando secuenciasartificiales de información genética, con lo que se consigueañadir nuevas propiedades o cambiar las existentes en unasimple célula o un organismo superior. Otros ámbitos dedesarrollo de la moderna biotecnología están relacionadoscon las nuevas técnicas de las fermentaciones y de la pro-ducción industrial de células y de productos de su metabolis-mo; la modificación de la estructura y, por tanto, de la fun-ción de las proteínas, incluidos los anticuerpos; la obtenciónde hibridomas, productos de la fusión de dos tipos de cé-lulas -una del tipo de los linfocitos B productores de an-ticuerpos y otra del tipo de las células de mieloma en per-petua reproducción- que originan anticuerpos frente a unúnico tipo de antígenos, los llamados anticuerpos mono-clonales, de gran aplicación diagnóstica y terapéutica; y elbloqueo de la síntesis de proteínas en alguna de sus etapas.

En el tránsito hacia el siglo XXI, las líneas principalesde actuación en biotecnología aparecen resumidas en la ta-bla III.

Tabla III. Lineas principales de actuación en biotecnología

PROTEÍNAS HUMANAS

INGENIERÍA DE PROTEÍNAS,

METABÓLICA Y DE TEJIDOS

FARMACOLOGÍA,

ENZIMOLOGlA INDUSTRIAL,

BANCOS DE CÉLULAS

MANIPULACIONES GÉNICAS

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

TÉCNICAS ESPECIALES

BIOTECNOLOGÍA MILITAR

Anticuerpos monoclonales, citoquinas (inter-ferones, factores estimulantes de colonias), en-zimas (activador tisular de plasminógeno, en-zimas híbridas), hormonas (insulina, hormonade crecimiento, eritropoyetina), vacunas.

Proteína pancreática (GAD) responsable de ladiabetes tipo 1.Metabolitos, aceites.Ingeniería de tejidos, biomateriales.

Vacunas, vacunas-DNA, terapia antisentido, tri-ples hélices.Productos biofarmacéuticos. Biomasa. Ali-mentos fermentados.Cultivos de células vegetales y animales. M¡-cropropagación in vitro.Células embrionarias totipotenciales.

Plantas transgénicas. Hemoglobina humana entabaco.Arquitectura floral.Materiales vegetales industriales. Polímeros de-gradables.Animales transgénicos. Peces y aves transgé-nicos.Terapia génica. Terapia antitumoral. Repro-ducción asistida.Proteínas terapéuticas en mamíferos.Clonación. Clonación reproductora. Clonaciónterapéutica.

Fitorremediadón de suelos. Bioabsorción demetales. Biodiversidad.

Reactivos de diagnóstico. Diagnóstico génicocon sondas-DNA. Biosensores.Cromosomas artificiales. Electroporación. Ba-lística de genes. Liposomas.Fecundación in vitro. Tecnología «terminator».Biochips-DNA. Bioinformática.

BIOTECNOLOGÍA VEGETAL

En el terreno de la explotación vegetal, se aplican las nue-vas biotecnologías con fines comerciales a:

• La obtención de materiales de diagnóstico de plantas.• El desarrollo de técnicas de micropropagación de ár-

boles y plantas ornamentales y de cultivos de células ve-getales.

• La obtención de plantas transgénicas, con el fin prin-cipal de lograr un aumento de la producción, el con-trol de herbicidas, insecticidas, etc., o simplementede crear árboles originales, como los manzanos sin ra-mas y los cerezos enanos.

• Las aplicaciones no alimentarias, como la conversión enbiomasa y la obtención de productos vegetales y deriva-dos -celulosa, almidón, aceites vegetales, etc.

• La producción de plásticos biodegradables.

Después del periodo de la agricultura extensiva, carac-terizado por el predominio de la química y la mecaniza-ción, se ha abierto la etapa de las nuevas tecnologías. Laagricultura se enfrenta en la actualidad a tres problemas:alimentación y desarrollo, alimentación y población, y ali-mentación y territorio. Y, a pesar de que la agricultura haexperimentado avances muy profundos, el equilibrio ali-mentario sigue siendo muy precario; seguramente porqueel notable aumento de los recursos, que serían por sí mis-mos capaces de atender a los grandes aumentos de la po-blación mundial, no ha estado acompasado con la solu-ción de los problemas geopolíticos.

Una planta transgénica no es sino una planta cuyo ge-noma ha sido modificado mediante ingeniería génica paraintroducir uno o varios genes nuevos -procedentes decualquier ser vivo— o para modificar la función de un genpropio. Y, como consecuencia de la nueva información, laplanta exhibe nuevas características. La producción deuna planta transgénica se lleva a cabo a través de dos eta-pas fundamentales: transformación y regeneración. Latransformación consiste en la inserción del nuevo gen enel genoma de la planta, en tanto que la regeneración tratade la obtención de la planta completa a partir de la célu-la transformada. La transformación se logra en la actua-lidad mediante la bacteria del suelo, Agrobacterium, ca-paz de transferir genes a las células vegetales; o medianteel disparo de microproyectiles recubiertos de DNA, quepenetran en la célula e integran el nuevo DNA en su ge-noma.

Las nuevas biotecnologías no solamente pretenden mejorarlos rendimientos agrícolas y las propiedades cualitativasde los productos, sino que atienden también a obtencio-nes menos costosas y en condiciones más ecológicas; porejemplo, creando especies menos dependientes de los abo-nos químicos y más adaptables a las condiciones climáti-cas y geoquímicas de las zonas áridas. La primera aproxi-mación experimental tuvo por objeto incorporar a lasplantas un gen, procedente de bacterias o de levaduras,


capaz de suministrar resistencia a la molécula de glifosa-to, componente principal de una variedad de mezclas her-bicidas que actúan inhibiendo el metabolismo de las ma-las hierbas. Un criterio análogo se ha utilizado paramodificar las plantas con objeto de hacerlas resistentes alherbicida de amplio espectro fosfinotricina. De esta manerase evita la aplicación mucho más costosa de herbicidas se-lectivos. Asimismo, desde hace bastantes años, se ha con-seguido transferir un gen procedente de Streptomyces hi-groscopicus a una serie de plantas -patata, remolacha,tabaco, tomate, alfalfa, etc.-, cuyo producto convierte lafosfinotricina en un derivado desprovisto de toxicidadpara la planta transgénica. En 1985 se logró incorporar elgen formador de la toxina bacteriana del Bacillus thurin-giensis, activa frente a las larvas de insectos. Este gen se haincorporado a la patata, el tabaco, el tomate y, más re-cientemente, al maíz. La lucha contra los virus vegetalesencontró una salida al descubrirse que la transferencia altomate o al tabaco del gen responsable de la cubierta delos virus hace a las plantas insensibles a estos agentes.

Los ejemplos de las aplicaciones biotecnológicas au-mentan con objeto de procurar a las plantas nuevas pro-piedades de consistencia, conservación, gusto y valor nutri-tivo. Así, mediante la incorporación al tomate del gen queinhibe la formación de pectinasa -un activo participantede la maduración del fruto al degradar su cubierta exter-na aun en frío- se ha logrado mantener una tersura cons-tante del producto. Los efectos de las heladas en los vege-tales superiores se han atenuado mediante otro tipo singularde procedimiento biotecnológico, que consiste en tratarlas plantas con cultivos bacterianos de Pseudomonas sy-ringae o de Erwinia herbicola a las que se ha privado del

gen responsable de la elaboración de una proteína que ac-túa como núcleo de cristalización del hielo. Al inocular lasplantas con cantidades elevadas de estas bacterias modi-ficadas, se produce un antagonismo biológico que redu-ce el efecto nocivo de las bacterias originales cuyos hábi-tats naturales son las plantas. También se ha conseguidomodificar las características nutritivas de las proteínas dereserva de determinadas plantas, mediante la incorpora-ción de los genes responsables de la síntesis de algunosaminoácidos esenciales, como la lisina o la metionina. Delmismo modo, un gen de resistencia a la bacteriosis delarroz, el Xa21, suministra una fuerte resistencia frente aXanthomas orizae, una de las más nefastas enfermedadesde este cereal en África y Asia, que ha llegado a destruirhasta la mitad de las cosechas.

Las plantas ornamentales se han modificado para lo-grar variedades coloreadas, imposibles de obtener por losprocedimientos clásicos de cruzamiento o hibridación.

El notable progreso en el conocimiento de las bases ge-néticas de la fermentación láctica y la liberación de pro-teasas, y su atribución a plásmidos perfectamente identi-ficados y clasificados, está contribuyendo a facilitar laestandarización de las bacterias lácticas y, por consiguiente,la homogeneidad de muchas producciones españolas dequesos y otros productos.

En la actualidad, se está llevando a cabo un ambiciosoprograma biotecnológico consistente en el diseño de plan-tas capaces de sintetizar polihidroxibutirato-covalerato(PHB/V). Este copolímero vegetal posee propiedades quelo hacen utilizable en muchas de las aplicaciones de losplásticos, en la industria del embalaje principalmente, conla ventaja de su biodegradabilidad ambiental. La figura 1

piruvato

acetilCoA

biosíntesisdelípidos

acetilCoA

isoleucina

cetovalerilCoA

I©hidroxivalerilCoA

acetoacetilCoA

I®hidroxibutirilCoA

polihidroxivaleratoo

polidroxibutiratoFig. 1

10


gran

represordeDNA

enzimagen —esterilizador

plantas adultas

toxinas desemillas

Fig. 2

muestra, en un bonito ejemplo de ingeniería metabólica,cómo las rutas del metabolismo vegetal van dirigidas ha-cia la obtención de estos polímeros. Ello abre un inmen-so campo de posibilidades de síntesis vegetal de políme-ros de gran utilidad. De esta manera, los cereales, mediantetécnicas de transgénesis, son capaces de mejorar algunosde los componentes de sus granos, y se han logrado, porejemplo, harinas funcionales, almidones modificados de ma-yor duración o de superior estabilidad a las condiciones decongelación/descongelación, cremas cosméticas ricas en ce-ramidas, pentosanas con propiedades gelificantes, geles ali-mentarios, etc. Una sociedad holandesa trabaja en la crea-ción de una patata capaz de producir albúmina humana,con un costo cinco veces inferior al de la procedente delplasma sanguíneo. Y, paralelamente, un grupo de inves-tigadores americanos proyecta la producción de alfalfa ybananas transgénicas, aptas para la vacunación contra elcólera. En otros casos, el arroz toma un bonito color do-rado por la transferencia de genes que suministran dosisadecuadas de (3-caroteno y de hierro, con lo que, al ladode sus mejoras nutritivas, la biotecnología suministra lascaracterísticas organolépticas de una sabrosa paella aza-franada. Asimismo, el contenido del precursor de la vita-mina A, [3-caroteno, se ha elevado en las plantas transgé-nicas de tomate mediante la expresión del gen bacterianocrtl, capaz de codificar la enzima fitoeno desaturasa, que ca-taliza la conversión de fitoeno en licopeno.

Los progresos llevados a cabo en el conocimiento de losprocesos de biosíntesis, y de los correspondientes sistemasenzimáticos, de los componentes industriales de la made-ra—celulosa (B,-l,4-glucano), lignina (polímero fenólico) yhemicelulosas (polisacáridos heterogéneos), en la proporción2:1:1— han permitido recientemente reprimir la actividaddel gen Pt4CLl, codificador de la enzima 4-cumarato:coenzima A ligasa, mediante una inhibición «antisentido».De esta manera se ha reducido hasta un 45% de la pro-ducción de lignina en el árbol transgénico Populus tremu-loides, lo que se compensa con un aumento del 15 % de laproducción de celulosa. Esta flexibilidad metabólica, con lacompensación de los niveles relativos lignina/celulosa, abrenuevas perspectivas en la biotecnología de la madera.

En 1986, en el ensayo de Jacques Grall y Bertrand Ro-ger Lévy titulado La Guerre des semences, se aseguraba: «Levéritable pouvoir vert est la: dans la faculté de creer, de dis-tribuer, de vendré des semences». Al cabo de diez años, lascompañías biotecnológicas se aprestan a proteger los de-rechos de propiedad intelectual de una colección de plan-tas esenciales para la alimentación mundial, a través deuna herramienta biológica conocida como «terminator»,que, al impedir la descendencia de la planta, obliga al agri-cultor a la adquisición periódica de las semillas. En la fi-gura 2 se muestran los mecanismos mediante los que lassemillas compradas por el agricultor se desarrollan nor-malmente hasta que, una vez adultas, entra en acción elgen de esterilización y bloquea la función de reproduc-ción. Esta tecnología pudiera tener, de otro lado, conse-cuencias beneficiosas, ya que la esterilidad de las cosechasmodificadas genéticamente impide su polinización cru-zada con las variedades naturales.

En 1997, se utilizaron plantas transgénicas, en parti-cular de tabaco, como fuente de hemoglobina humana,al conseguirse la coexpresión en ellas de las a y [3-globi-nas de la hemoglobina HbA, mediante el empleo de unplásmido especializado (pBIOC59). Las plantas trans-génicas están siendo en la actualidad objeto de intensasinvestigaciones en la producción de proteínas terapéuti-cas, debido al reducido riesgo de contaminaciones víri-cas, a la posibilidad de llevar a cabo producciones a granescala y bajo costo, y a las bajas exigencias de manteni-miento.

BlORREMEDIACIÓN

La biorremediación consiste en el empleo de organismosvivos, fundamentalmente microorganismos, para impe-dir o corregir la contaminación ambiental. En un docu-mento de 1994, titulado Biotechnology for a Clean Envi-ronment, la Organización para la Cooperación y elDesarrollo Económicos calculaba que la inversión en bio-tecnologías ambientales alcanzaría en 2000 la cifra de 75millardos de dólares.

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ÁNGEL MARTIN MUNICIO

Las tecnologías tradicionales para poner remedio alos ambientes contaminados, basadas en aproximacio-nes mecánicas y fisicoquímicas y, en todo caso, en pro-cedimientos no biológicos, resultan excesivamente cos-tosas. El empleo de microorganismos capaces de convertirlos compuestos tóxicos en otros inofensivos ha sido laalternativa más económica para remediar contamina-ciones como las originadas por hidrocarburos y disol-ventes clorados. La biorremediación in situ de las con-taminaciones metálicas presenta mayores problemas,dado que, en cualquier caso, y con independencia del me-canismo de actuación del microorganismo, el metal nose destruye.

Hasta 1960, se tenía la creencia de que los microorga-nismos eran capaces de degradar todo tipo de sustanciasque se incorporaran al ambiente natural. La lección delDDT, con su resistencia al ataque microbiano y la acu-mulación en los tejidos por su solubilidad en los lípidos,cambió radicalmente este punto de vista. No obstante, seha continuado utilizando la gran capacidad natural de losmicroorganismos para degradar los compuestos orgáni-cos, así como sus posibilidades de adecuación a condi-ciones extremas de temperatura o de concentración de di-solventes orgánicos; así, por ejemplo, un grupo japonés haaislado una especie de Pseudomonas capaz de crecer enmedios con más del 50% de tolueno. Por otro lado, laintroducción de los genes conducentes a enzimas catabó-licas específicas es la base del gran potencial de expansiónde la bioconversión en disolventes no acuosos.

Recientemente se ha descrito un método de biorreme-diación de la contaminación metálica mediante el empleode microorganismos específicamente modificados. Y, de estemodo, en la superficie de la bacteria Gram negativa Rals-tonia eutropha se ha expresado el gen de la metalotioneina,capaz de secuestrar cadmio de los suelos contaminados.

La idea de utilizar plantas como medio directo de ex-tracción de contaminantes de los suelos data de la déca-da de los ochenta. Este procedimiento reemplazaría a losde inmovilización química de metales y de lixiviación demetales con tratamientos ácidos. Las plantas poseen unaimportante cualidad para extraer y concentrar elementosy compuestos diversos a partir del aire, del agua y de lossuelos, a manera de estaciones de bombeo gobernadas porla energía solar. Los metales esenciales para las plantas in-cluyen Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Ni, Zn, Co y Na. Lasplantas son asimismo capaces de transformar las molécu-las orgánicas e inorgánicas que extraen de su entorno. De-bido a todo ello, se ha introducido recientemente el tér-mino fitorremediación para significar el empleo de plantaspara la separación de contaminantes del ambiente y hacerlosinofensivos. La ingeniería génica de plantas tiene plan-teadas en la actualidad importantes transformaciones me-tabólicas para conseguir modificar su comportamientofrente a diversos metales. Así, por ejemplo, la expresión delgen bacteriano merA en plantas daría lugar a una enzimadisulfuro oxido-reductasa, soluble, que contiene FAD y esdependiente de NADPH, la cual es capaz de catalizar la

reducción del ion mercúrico, Hg2\ a mercurio elemental,eliminable a la atmósfera por la planta.

Por otro lado, ciertos ecotipos de la planta Thlaspi cae-ndescensson capaces de acumular en sus raíces hasta 30.000ppm de Zn y 1.000 ppm de Cd, sin mostrar síntoma al-guno de toxicidad. El mecanismo de transporte y de hi-peracumulación ha resultado ser debido a la sobreexpre-sión del gen ZNT1, lo que abre nuevas vías de estudio ala ingeniería génica de plantas y a los avances de la fito-rremediación.

Otro avance tecnológico para la eliminación de conta-minantes, sobre todo de los efluyentes industriales, con-siste en la utilización de bioadsorbentes capaces de secues-trar los metales pesados tóxicos. Los bioadsorbentes sepreparan a partir de biomasa muerta procedente de resi-duos abundantes de algas, hongos, liqúenes, etc., mediantetratamiento con ácidos o álcalis, y posteriores tratamien-tos alternativos de desecación y granulación, de inmovi-lización sobre matrices poliméricas sintéticas o soportadospor materiales inorgánicos del tipo de la sílice. Con estaspartículas de bioadsorbentes se preparan columnas queoperan en ciclos continuos de purificación, regeneracióny lavado, de acuerdo con los procedimientos habitualesde la ingeniería química. En comparación con los méto-dos convencionales de separación de metales tóxicos delos efluyentes industriales —tales como precipitación concal, cambio de ion y precipitación con sulfuros—, los pro-cesos de bioadsorción tienen la ventaja de su bajo coste deoperación, los pequeños volúmenes utilizados y su eleva-da eficacia a bajas concentraciones. En la década de losnoventa se han comercializado diversos tipos de bioad-sorbentes, tales como AlgaSORB'M y AMT-Bioclaim™.

CLONACIÓN Y CULTIVO DE CÉLULAS EMBRIONARIAS

«Siete días que agitaron el mundo» fue el titular de unartículo aparecido el 22 de marzo de 1997 en New Scien-tist. En efecto, el 27 de febrero anterior la revista Naturehabía publicado la clonación de la famosa ovejita Dolly, ymuy pocos días antes, con motivo de su anuncio, las ac-ciones de la compañía implicada en el trabajo, PPLThe-rapeutics (Roslin, Reino Unido), pasaron de 5.36 a 7.22dólares, y cientos de miles de acciones cambiaron de pro-pietario en los días siguientes. En marzo de 1996 (Natu-re, n.° 380, págs. 64-66), los investigadores del mismoinstituto habían demostrado la regeneración de ovejas a par-tir de células embrionarias blastocísticas que, tras 6-10pases en cultivo, habían transferido sus núcleos a oocitosanucleados. Efectivamente, Dolly había nacido el 5 de ju-lio de 1996 a partir de células de una hembra, sin inter-vención alguna del macho, con arreglo a la técnica detransferencia de núcleos que aparece en la figura 3. Los ovo-citos recogidos en metafase II de la meiosis, tras una su-perovulación provocada, y su posterior enucleación, fue-ron microinyectados con células de glándula mamaria enreposo (2« cromosomas) obtenidas a partir de la biopsia

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gestante

biopsia de glándulamamaria

superovulaciónprovocada

z

ALA

2n cromosomas

z1

/

cultivo celular

detención delciclo celular

/

A

recogida de oocitosmembrana

. ,_ pelúcida

oocito conn cromosoma:

enucleación

células de glándula mamaria en reposo

contactoembrión monocelular

2n cromosomas

reimplantaciónen el útero

gestación: 5 meses

implantacióncultivo in vivo

Dolly

Fig. 3

de una hembra gestante; y ambas células fueron fusiona-das con la ayuda de una corriente eléctrica. El inicial es-tado embrionario de una célula (2«) se implantó en eloviducto ligado de una hembra hasta lograr un embriónde 6 días, el cual se reimplantó en el útero de una nuevahembra. De esta gestación nació, al cabo de 5 meses, la ove-ja Dolly. Sin embargo, para que naciera Dolly fue nece-sario emplear 400 óvulos de oveja, de los cuales solamente277 fueron fecundados con éxito, y sólo uno nació per-fecto. Los demás no se desarrollaron correctamente o na-cieron con defectos físicos. Y así, solventadas progresiva-

mente las dificultades técnicas, con el consiguiente aba-ratamiento económico y de costes de óvulos, se planteanen la actualidad diferentes modalidades de clonación, in-cluyendo la forma terapéutica humana, utilizando célulassomáticas como donadoras en las técnicas de transferen-cia de núcleos.

Tan importante, pues, como la clonación de Dolly hansido las posibilidades que ha abierto en cuanto al futurode la clonación, en combinación con otros métodos de labiología celular, sobre todo en lo referente a la terapia desustitución de tejidos, con la consecuente eliminación del

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célula

donador de células de piel

enucleación

inyección denúcleos bajo la

membrana de ovocitos

fusión

Fig. 4

rechazo inmunológico. La transferencia de núcleos se llevaríaa cabo a partir del de una célula de piel -nada se opone aque fuera humana, por ejemplo- hacia un óvulo privadopreviamente de su material genético. Tras su fusión, pro-piciada por descargas eléctricas, la célula humana resultantese dividiría hasta lograr un embrión en fase muy precoz,del que pueden aislarse las células pluripotentes, capacesde diferenciarse ulteriormente y originar los distintos ti-pos de células del organismo (figura 4), tales como neu-ronas, hepatocitos, cardiomiocitos, islotes pancreáticos océlulas hepatopoyéticas. Y entre estos tipos se incluirían losadecuados para el tratamiento de enfermedades neurode-generativas, como Alzheimer o Parkinson, u otras, como

diabetes tipo I, infartos, distrofias musculares, etc., en queesta terapia celular puede suponer el adecuado suministrode los materiales biológicos deficitarios.

Recordemos a este propósito que en el proceso biológicode la reproducción humana se pueden distinguir variasetapas, a las que, lógicamente, corresponden situacionesjurídicas y éticas diferentes. En una primera etapa, la fe-cundación de dos gametos, óvulo y espermatozoide, ori-gina una célula única: el cigoto. En la segunda etapa, elcigoto da lugar sucesivamente al embrión (2, 4, 6 y 8 cé-lulas), la mórula (16, 32 y 64 células) y el blastocisto, quese forma entre los días 7 y 14 después de la fecundación.El blastocisto consta de una capa externa de células -el

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trofoblasto- con una cavidad interior hueca y un grupode células adheridas a su cara interna que constituye elembrioblasto o masa celular interna. Este conjunto celu-lar interno está formado por las células troncales o célulasmadre (stem cells), caracterizadas por ser pluripotentes, es de-cir, capaces de dar lugar a todos los tipos de células delorganismo adulto. En la tercera etapa tiene lugar la ani-dación y el desarrollo del feto, culminado con el naci-miento de un nuevo organismo.

El anuncio de que las células troncales o células madre plu-ripotentes pueden cultivarse a partir de fetos humanosabortados, o de los embriones sobrantes procedentes de lafecundación in vitro, ha sido saludado con el mismo gra-do de entusiasmo que de oprobio. Las extraordinarias po-sibilidades del uso médico de la terapia de sustitución tisularno han acallado el debate ético planteado. La controver-sia se ve atemperada, sin embargo, con los resultados ini-ciales, ya que las células madre derivadas de tejidos adul-tos poseen un mayor potencial de diferenciación que elinicialmente previsto.

En efecto, además de las células embrionarias proce-dentes de tejidos embrionarios o fetales, capaces de ori-ginar todos los tipos de células, inclusive las células ger-minales, existen otros tipos de células madreque, sin serpluripotentes como las embrionarias, ofrecen la posibi-lidad de dar lugar a un restringido número de células.El término célula madre hace referencia a aquella dota-da de capacidad prolongada o ilimitada para produciral menos un tipo de descendencia altamente diferen-ciada. Y, por lo general, entre la célula madre y su pro-genie diferenciada terminal existe una población inter-media de progenitores con capacidad proliferativalimitada y un potencial restringido de diferenciación.Entre ellas, se encuentran, por ejemplo, las células he-patopoyéticas de la médula ósea adulta, que dan lugar alas células sanguíneas; las neuronas fetales, que generanlas neuronas y las células gliales; y el mesénquima de lamédula ósea adulta, que origina células musculares,óseas, de cartílago y tendón. La tabla IV da cuenta dealgunos ejemplos de las aplicaciones potenciales de laterapia de sustitución tisular.

No deja de ser importante señalar a este respecto que laAdministración de los Estados Unidos decidió, en 1997,otorgar subvenciones para la investigación con este tipo decélulas de embriones humanos sinfines reproductoresy conel único objetivo de contribuir al progreso de la terapia ce-lular humana.

A su vez, la conjunción de los métodos de transferenciade núcleos y los de transgénesis ensancha extraordinaria-

Tabla IV. Aplicaciones de los transplantes celulares

alteración

Artritis reumatoide

Ateroscterosis

Degeneración macular

Diabetes

Distrofia muscular

Dolor crónico

Enfermedad cardiaca

Enfermedad de Alzheimer

Enfermedad de Huntington

Enfermedad de Parkinson

Enfermedad hepática

Enfermedad renal

Epilepsia

Esclerosis múltiple

Hipercolesteremia

Hipocalcemia

Lesiones medulares

Osteoartritis

células transplantadas

Condrocitos

Células endoteliales

Células de retina

Islotes pancreáticos

Células musculares

Células cromafines

Cardiomiocitos

Neuronas

Neuronas

Neuronas dopaminérgicas

Hepatocitos

Células renales

Neuronas

Células gliales

Hepatocitos

Células paratiroideas

Neuronas

Condrocitos

mente las posibilidades de producción de materiales te-rapéuticos humanos.

A estas alturas, sin embargo, permanece abierto el dile-ma ético acerca de la investigación con células madre em-brionarias humanas, concerniente de modo principal a laconsideración moral del embrión.

BIBLIOGRAFÍA

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presente y futuro de la biotecnologia.pdf

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