Siglo Biotecnológico LAS NOTICIAS DE LA INVENCIÓN DE NUEVAS TÉCNICAS DE INTERVENCIÓN SOBRE LA VIDA VEGETAL, ANIMAL Y HUMANA INVADEN CASI A DIARIO LA OPINIÓN PÚBLICA, SUSCITANDO REACCIONES A MENUDO APASIONADAS Y VALORACIONES OPUESTAS.

Desarrollo de una Ciencia La genética, ingeniería genética y los demás términos relacionados con la herencia son referentes de los grandes avances que se esta produciendo la ciencia y las grandes expectativas creadas han provocado una gran conmoción pública. Los impactos más significativos han sido en la agricultura y ganadería. Al empezar a actuar sobre el hombre, sus genes y su descendencia es cuando empiezan a surgir las dudas éticas sobre estas técnicas, sobre si respetan o no la dignidad humana

Cromosoma: corpúsculo intracelular alargado que consta de ADN, asociado con proteínas, y constituido por una serie lineal de unidades funcionales. La especie humana tiene 46 cromosomas (23 pares). Gen: unidad física y funcional del material hereditario que determina un carácter del individuo y que se transmite de generación en generación. Genoma: conjunto de todos los genes de un organismo, de todo el patrimonio genético almacenado en el conjunto de su ADN o de sus cromosomas. Mapa genético: diagrama descriptivo de los genes en cada cromosoma

Ingeniería Genética Técnicas que modifican las características hereditarias de un organismo en un sentido predeterminado mediante la alteración de su material genético La formación de nuevas combinaciones de genes por el aislamiento de un fragmento de DNA, la creación en él de determinados cambios y la reintroducción de este fragmento en el mismo organismo o en otro. Cuando los genes nuevos son introducidos en las plantas o animales, los organismos resultantes pasan a llamarse transgénicos.

OBJETIVOS: Presentar información con validez científica, en forma clara y comprensible. Contribuir a generar un ambiente propicio para la reflexión analítica sobre la Ingeniería Genética (Tecnología del ADN recombinante). Promover el espíritu crítico e identificar el potencial de la investigación biotecnológica para su aprovechamiento en beneficio del mejoramiento de la calidad de vida

BASES MOLECULARES DE LA INGENIERIA GENÉTICA

HECHOS HISTÓRICOS DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR 1953 Watson & Crick determinación de estructura del ADN 1966 Nirenberg, Ochoa y Khorana elucidaron Código Genético 1967 Wise y Richardson aislaron ADN ligasa 1970 Smith y Wilcox aislaron y caracterizaron Hind III 1973 Stanley Cohen y H. Boyer pusieron ADNr en bacterias 1974 Demostración directa de delección génica humana 1975 Edward Southern Southern Blotting 1977 Chow & Roberts, Sharp Intrones-Exones ADN codificante 1978 Y. W. Kan & A. M. Dozy RFPL diag. prenatal, oncogenes 1980 Maxam-Gilbert & Sanger Métodos de Secuenciación 1982 Tabaco, la primera planta modificada genéticamente 1983 Kary Mullis concibe el PCR / Fred Sanger y colegas publican la secuencia del fago lambda 2000 26 de junio se presenta 90% borrador genoma humano 2001 26 de enero borrador genóma del arroz Oriza sativa

Anticuerpos Monoclonales . Marcadores Ingeniería Genética Tecnología del ADN Fármacos Anti-cáncer Diagnósticos Cultivo de Células Vegetales Transferencia de genes en animales Síntesis de Sondas de ADN Localización desórdenes genéticos Clonación Solución de crimenes BIOTECNOLOGÍA Producción de Proteínas humanas Terapia Génica Bancos de ADN, ARN Proteínas Mapas de Genomas completos Biología Molecular Cultivos Celulares Anticuerpos Monoclonales Síntesis de Nuevas Proteínas Nuevos Antibióticos Nuevas Plantas y Animales Alimentos Recursos humanos químicos raros BIOTECNOLOGÍA

BASES MOLECULARES DE LA VIDA ADN ADN ARN PROTEÍNAS genoma Célula cromosomas genes los genes contienen instrucciones para hacer proteínas ADN las proteínas actúan solas o en complejos para realizar las funciones celulares BASES MOLECULARES DE LA VIDA ADN ADN ARN PROTEÍNAS

GENOMAS IDENTIDAD GENÉTICA Todos los seres vivos tienen su información hereditaria codificada en la molécula de ADN. El juego completo de ADN de un ser vivo es el genoma. El genoma humano cuenta con 3 mil millones de pares de bases (pb) y unos 30,000 genes, que son un 3% del genoma. El tamaño del genoma es independiente de la complejidad del organismo. El Genoma de mayor tamaño es el del pez pulmonado africano Protopterus aethiopicus con 139 mil millones de pb; una planta con flores Fritillaria assyriaca tiene 124,900 millones de pb. GENOMAS 60% IDENTIDAD GENÉTICA De 289 genes humanos implicados en enfermedades, hay 177 cercanamente similares a los genes de Drosophila. 20% 70% 95% idéntico Humanos 30,000 genes Chimpancé 30,000 genes Ratón 30,000 genes A. thaliana 25,000 genes C. elegans 19,000 genes D. melanogaster 13,000 genes Entre una persona y otra el ADN solo difiere en 0.2%

COMPARACIÓN DE GENOMAS ESPECIES CROMOSOMAS GENES PARES DE BASES (MILLONES) HUMANO (Homo sapiens) 46 (23 pares) 28-35,000 ~ 3,100* RATÓN (Mus musculus) 40 22.5-30,000 ~ 2,700 PEZ SOPLADOR (Fugu rubripes) 44 ~ 31,000 ~ 365 MOSQUITO DE MALARIA (Anopheles gambiae) 6 ~ 14,000 ~ 289 CHORRO DE MAR (Ciona intestinalis) 28 ~ 16,000 ~ 160 MOSCA DE LA FRUTA (Drosophila melanogaster) 8 ~ 137 LOMBRIZ INTESTINAL (Caenorhabditis elegans) 12 19,000 ~ 97 BACTERIA (Escherichia coli) 1 (cromonema) ~ 5,000 ~ 4.1 En humanos, apróximadamente el 3% son secuencias codificantes (www.jgi.doe.gov)

ESTRUCTURA DE UN GEN Tradicionalmente, un gen se ha Molécula de ADN ESTRUCTURA DE UN GEN Tradicionalmente, un gen se ha definido como un segmento de ADN que codifica para un polipéptido o para una molécula funcional de ARN. Recientemente, los nuevos descubrimientos han alterado radicalmente esta visión, para adoptar una definición más vaga. De acuerdo con ello, un gen es una secuencia de ADN genómico o de ARN que es esencial para especificar una determinada función. Para llevar a cabo su función el gen no necesita ser traducido a proteína, y a veces ni siquiera necesita ser transcrito.

ESTRUCTURA DE UN GEN Elementos típicos: 1) región reguladora promotor basal (caja TATA). sitios de unión de proteinas reguladoras (upstream promoter). Realzadores (enhancers) Silenciadores 2) sitio de inicio de transcripción. 3) 5'UTR. 4) codón de inicio. 5) intrones y exones alternados, con sitios de procesamiento aceptores y donadores 6) Codón de paro. 7) 3'UTR. 8) señal de poli-adenilación. (Gomez, M. & R. Alonso-Allende, CSIC)

ESTRUCTURA GENÓMICA DE GENES Región cromosómica del gen ADAM33. (a) estructura genómica de genes a los lados de ADAM33 (barra 15 kb). (b) Estructura exon intron de ADAM33 (barra 1 kb). Polimorfismos de nucleótidos únicos SNPs se indican abajo del gen. (c ) Organización del Dominio del gen ADAM33 y localización de SNPs 3’UTR Codificantes. Tamaño de exones en pares de bases (pb) (Kreeger, Y. The Scientist apr. 2003).

INGENIERÍA GENÉTICA O ADNr La Ingeniería Genética o tecnología del ADNr se inició en la década de los 70s. Se refiere a un grupo de tecnologías usadas para cambiar la composición genética de las células y mover genes a través de las fronteras de las especies para producir nuevos organismos. Se pueden aislar genes, modificarlos, introducirlos a nuevos hospederos, y clonarlos para obtener una ventaja novedosa sobre el organismo natural.

INGENIERÍA GENÉTICA: TÉCNICAS DEL ADN RECOMBINANTE (ADNr) PROPÓSITO Enzimas Restricción Cortan ADN en puntos específicos, hacen fragmentos de ADN ADN Ligasa Une fragmentos de ADN Vectores Virus o fagos: llevan ADN a las células y aseguran replicación Plasmidos Clase común de vector Marcadores Genéticos Identifican a las células que han sido transformadas PCR Amplifica la cantidad de ADN de muestras pequeñas ADNc Copia de ADN a partir de ARN mensajero Sondas de ADN Para identificar y marcar una pieza de ADN conteniendo cierta secuencia Síntesis Génica Para hacer un gen de una base de datos Gel Electroforésis Para separar fragmentos de ADN Secuenciación ADN Para leer la secuencia de bases de un segmento de ADN

Transcriptasa reversa TÉCNICAS DEL ADNr: ENZIMAS PARA LA MANIPULACIÓN DEL ADN Enzimas de restricción ADN polimerasas ARN polimerasas Nucleasa ADN ligasa Kinasa Fosfatasa Transcriptasa reversa

DE TRANSFERENCIA GENÉTICA Técnicas del ADNr: SISTEMAS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA 1. Agrobacterium. Uso de la bacteria Como "Ingeniero Genético". La bacteria conteniendo el inserto, infecta las células de la planta produciendo la recombinación genética. 2. Acelerador de Partículas (Gene Gun). Un cañón artificial bombardea micropartículas con el inserto, sobre la célula. 3. Electroporación. Uso de carga eléctrica para que el ADN atraviese la membrana nuclear. 4. Polietilenglicol. Exposición de las membranas al PEG, facilita el movimiento de las moléculas de ADN. 5. Silicon Wiskers. Inyección con fibras microscópi-cas, que atraviesan las membranas con los insertos.

DE TRANSFERENCIA GENÉTICA Técnicas del ADNr: SISTEMAS DE TRANSFERENCIA GENÉTICA 6. Microinyección. Una célula es adherida a una pipeta bajo un microscopio y el ADN foráneo es inyectado directamente en el núcleo usando una micropipeta muy fina. Se usa cuando hay pocas células disponibles, tales como células fertilizadas de huevo animal. 7. Liposomas. Los vectores pueden ser encapsulados en pequeñas vesículas de membrana para introducir el ADN in vivo en la célula.

Aplicaciones de la Ingeniería Genética Cartografía. Es el Proyecto Genoma Humano: describir todos los genes del organismo humano, localizarlos y secuenciarlos. Diagnóstico. identificar los defectos genéticos y diagnosticar o pronosticar las enfermedades que aparecen o pudieran aparecer. Identificación (forense/paternidad). identificar personas o determinar la paternidad. Terapéutica. corregir defectos genéticos causantes de las enfermedades genéticas. Los "tratamientos genéticos" consisten en la reparación o sustitución de genes defectuosos o delecionados. Biotecnología. alterar los genomas de los seres vivos para dotarles de alguna cualidad que no tenían (plantas resistentes a heladas, frutas que maduran antes, cultivos que crecen más,...).

MODELOS ANIMALES Y VEGETALES Ingeniería Genética: MODELOS ANIMALES Y VEGETALES Los ANIMALES son: Caenorhabditis elegans (100 millones pb, 19,000 genes, Drosophila melanogaster (165 millones pb) Mus musculus (3 mil millones pb, 30,000 genes) Sus scrofa (2 mil 700 millones pb) Los VEGETALES son: Arabidopsis thaliana (100 millones pb) Nicotiana tabacum Orizae sativa (400 millones pb) Solanum tuberosum Blom, N. & Rapacki K. www.dur.ac.uk/biological.sciences/Bioinformatics/dogs.htm

En el año 2000 se cultivaron en el mundo 44,2 millones de ha de PRIMERA GENERACION de cultivos transgénicos. $ 2.1-$ 2.3 miles de millones 1999 Plantas transgénicas Sup. cult. millones ha. cultivos transgén. Produ total plantas 27.8 millones de ha 1998 Soya 25,8 58,4 36 Maiz 10,3 23,3 16 Algodón 5,3 12 11 Colza 2,8 6 7 TOTAL 44,2 99,7 16 NATURALEZA DE LA MODIFICACIÓN GENÉTICA 7% 19% 74% (Counseil de la science et de la technologie, 2002).

INDICADORES: CULTIVOS TRANSGÉNICOS POR PAÍS 1999 2000 % de Cambio PAÍS EN MILLONES DE HECTAREAS, 1996 A 2000 PAÍS 1999 2000 % de Cambio Estados Unidos 28,7 30,3 +5,6 Argentina 6,7 10,0 +49,3 Canada 4,0 3,0 -25,0 China 0,3 0,5 +66,7 Africa del Sur 0,1 0,2 +100 Australia Otros <0,1 - TOTAL 39,9 44,2 +10,8 (Counseil de la science et de la technologie, 2002).

CHINA ENCABEZA LA REVOLUCIÓN DE OMGs La investigación en cultivos de plantas genéticamente modificadas para alimentación, está detenida en muchas partes del mundo. En China las políticas están promoviendo el aumento de capacidad de la Biotecnología Vegetal. Los investigadores trabajan con más de 50 especies de plantas, que incluyen (arroz, trigo, papas y mani) y con más de 150 genes funcionales. El AlgodónBt creciendo en China ha reducido el uso de pesticidas, incrementado la eficiencia de la producción y ha mejorado la salud del agricultor (Science,295, 674 (2002).

ANIMALES ACUÁTICOS TRANSGÉNICOS Especies Transgenes Países Ctenopharingodon idella carpa triploide de grama Cyprinus carpio carpa común Carassius auratus pez dorado, goldfish Pez de Wuchang / Charr del artico / Mummychog / Walleye Pangio kuhli locha gigante / Esox lucio lucio del norte Oncorhynchus mykis trucha arcoiris, O. kisuth salmón Salmo salar salmón del Atlántico Oreochromis spp tilapia Artemia spp pulga de agua Macrobrachium rosenbergii camarón de agua dulce Penneus indicus camarón blanco Haliotis kamtschatkana abalón japones Haliothis rufescens abalón rojo Mytilus edulis almeja azul Crassostrea virginica ostra oriental Crassostrea gigas ostra del Pacífico Genes marcadores Hormona de crecimiento Polipeptido anticongelamiento Cecropina Interferon Fitasa Factor VII de coagulación humana Genes reporteros para contaminantes GnRH antisentido (liberación Hormona Gonadotropina) USA Canadá Cuba Reino Unido Francia Noruega China Japón Corea India Israel Hallmark, E. 2003, ISB News Report, april

ARROZ DORADO con beta caroteno de Ingeniería Genética: NUEVOS ALIMENTOS ARROZ con enzima lactoferrina de leche humana, que puede ser utilizada para mejorar las fórmulas de leche infantil. Los niños la necesitan para usar eficientemente el hierro y pelear contra las infecciones (Pearson, H. Nature, 26 april 2002). ARROZ DORADO con beta caroteno de genes de narciso y de Erwinia uredovora, pigmentos que se transforman en pro- vitamina A al ser ingeridos. ARROZ fortificado con un gen de la ferritina. ARROZ con aa esenciales (ISB, 2001, oct; Netlink, 2000).

Ingeniería Genética NUEVAS PLANTAS ARROZ con altos niveles de tolerancia a diferentes condiciones ambientales de estrés. Se insertaron dos genes fusionados de trehalosa de E. Coli y un promotor tejido específico dependiente del estrés. Los genes de trehalosa permiten la producción de arroz aún si está estresado por frio, sequía o altos niveles de salinidad e incrementa la producción en 20%. El azúcar trehalosa ayuda a estabilizar moléculas biológicas: lípidos, enzimas y otras proteínas, en organismos en condiciones de estrés. La composición química de los granos no cambia (PNAS Online, 27 nov. 2002).

Ingeniería Genética: NUEVOS ALIMENTOS Salmón transgénico por hormona de crecimiento. Producido por AF Protein Inc. Cuenta con el promotor de la proteína de anticongelamiento de otra especie de pez. Crece de 4 a 6 veces más rápido que un salmón no transgénico. Tiene un 20% en mejoramiento de la eficiencia de conversión del alimento. (ISB, 2001, oct; Netlink, 2000). VACAS LECHERAS con incremento de proteínas. En Nueva Zelanda se clonaron vacas con óvulos mejorados genéticamente, para mejorar la producción del queso y crema, aumentando dos veces la kappa caseína, crucial para hacer la cuajada y de 20% más de beta caseina, que mejora la acción del cuajo (Hoag, H. Nature, 27 enero 2003).

Reflexiones

Implicaciones Éticas de la Manipulación Genética en Plantas Se refieren al hecho de informar o no al consumidor de que se trata de productos manipulados genéticamente. Son desconocidos los efectos que tendrán estos alimentos en el ser humano ya que se trata de especies nuevas, no surgidas naturalmente.

Implicaciones Éticas de la Manipulación Genética en Animales Las mayores críticas se han dirigido contra la disminución de la biodiversidad de las especies clonadas. Población muy homogénea, que podría sucumbir completamente ante una epidemia, pues ésta afectaría por igual a todos los ejemplares.

Todos los trabajos deben ser sometidos a un análisis en el que se comparen los beneficios con el sufrimiento del animal.

Clonación Animal

Transgénesis. Variante de la recombinación genética, se interviene en el patrimonio genético de un ser con adición de nuevos genes y alteración por tanto, de sus características. Se rompe totalmente la barrera natural entre las especies, y es teóricamente factible insertar genes en casos que es imposible que se den en la naturaleza. La transgénesis debería considerarse éticamente ilícita debido a que supone una grave transgresión contra la naturaleza. Además no se postulan grandes beneficios ni a corto ni a largo plazo, salvo la mera curiosidad de ver como se comporta la naturaleza en estos casos

Implicaciones Éticas de la Manipulación Genética en Microorganismos Manipulación Genética de seres vivos se crean nuevas especies. En el caso de los microorganismos se podrían estar construyendo nuevos patógenos y con ello nuevas enfermedades. Proliferación de nuevos microorganismos con características peculiares y los consecuentes peligros para la especie humana. Entre ellos figuran la introducción de genes productores de neoplasias malignas. Es previsible la formación de microorganismos de una virulencia extraordinaria y resistentes a la terapéutica usual conocida.

Implicaciones Éticas de la Manipulación Genética en Humanos Mientras que los beneficios potenciales de la ingeniería genética son considerables también lo son sus riesgos La ingeniería genética ofrece a este nivel, esperanzas fundadas de que en un futuro próximo se puedan tratar con éxito algunas enfermedades específicas. Dado que todas las actuaciones de la terapia génica tienen un claro fin terapéutico, a priori son moralmente lícitas. Esta licitud desaparece cuando se usan los hombres a modo de "conejillos de indias", desapareciendo el fin terapéutico.

Actuaciones sobre el Genoma Humano Se llama genoma a la totalidad del material genético de un organismo. El genoma humano posee entre 50 000 y 100 000 genes distribuidos entre los 23 pares de cromosomas de la célula somática humana. Cada cromosoma puede contener más de 250 millones de pares de bases de DNA, y se estima que la totalidad de genoma humano tiene 3000 millones de pares de bases. La investigación del genoma, representa un hecho claramente positivo. Los análisis prenatales sirven para determinar si un embrión lleva o no una tara genética. El estudio puede prevenir futuras actuaciones terapéuticas, en este caso es éticamente lícito, porque se busca un fin terapéutico en el análisis. En algunos casos, un análisis genético puede tener como objetivo un tratamiento que como consecuencia del diagnóstico obtenido puede conducir al aborto. Por esto para determinar la licitud de estas actuaciones hay que preguntarse cuál es el fin de las mismas.

Existen diferentes argumentos que tratan de justificar la interrupción del embarazo por motivos eugenésicos: El caso de la tesis que sostiene que el nacimiento de niños minusválidos sería irresponsable. Los niños con taras no se incluyen dentro de los niños deseados. Todas estas justificaciones y otras similares son inaceptables ya que ignoran totalmente el respeto a la dignidad de cada ser humano. La Declaración Universal sobre el Genoma y Derechos Humanos, en el artículo 10 dice que: "Ninguna investigación relativa al genoma humano ni sus aplicaciones, en particular en las esferas de la biología, la genética y la medicina, podrán prevalecer sobre el respeto de los derechos humanos, de las libertades fundamentales y de la dignidad humana de los individuos o, si procede, de los grupos humanos". Con esto se ratifica la ilicitud de las actuaciones eugenésicas

Discriminación Genética Se están usando como método de discriminación, hecho que aparte de ilegal, moralmente es inaceptable. Muchas compañías de seguros están haciendo análisis genómicos de los peticionarios de seguros de vida. Con este fin buscan el mayor beneficio al discriminar (excluyéndolos o con tasas abusivas), a los que parece que tienen alguna mayor predisposición a enfermedades graves o a muertes prematuras. Las empresas: no contratarían a un obrero cuyos genes revelaran que concluiría pronto su vida útil. Las personas: podrían guiarse por la genética a la hora de escoger una pareja que encajara con ellos.

Clonación Humana La generación de una entidad biológica idéntica a otra entidad: es decir, a la obtención de seres humanos genéticamente idénticos a un ser humano ya existente. Mientras la clonación reproductiva dejaría nacer al individuo clonado, la así llamada “clonación terapéutica” lo habría fabricado para experimentar con él y luego destruirlo, lo cual es un acto que atenta gravemente contra el respeto debido a todo individuo humano, incluso al que es “producido” por clonación

Fabricándonos Casi sin que nos demos cuenta, los científicos han llegado a un punto en el que no sólo serían capaces de clonar seres humanos, sino que podrían modificar genes en embriones para producir seres superiores. Los problemas éticos que plantean estas técnicas afectan fundamentalmente a la dignidad humana. Estas técnicas plantean una serie de preguntas sobre qué significa "ser humano", sobre las relaciones familiares y entre generaciones, el concepto de individualidad y el tratamiento de los niños como objetos.

En busca de la Inmortalidad Científicos de la Universidad de California han conseguido multiplicar por seis la expectativa de vida de un gusano, gracias a una terapia genética. El nematodo del experimento comparte muchas características genéticas con nuestra especie, por lo que la proeza puede en principio escalarse a nivel humano y aumentar nuestra expectativa de vida hasta 500 años sin perder la juventud.

Mejoramiento del Patrimonio Hereditario Eugenesia Mejoramiento del Patrimonio Hereditario

Tecnología Segura ? Para crear una alteración genética a través de empalmes de genes es necesario romper y reconstruir directamente el código genético por procedimientos que nunca podrían ocurrir en la naturaleza. Lejos de ser precisas, estas alteraciones son realmente azarosas. En la mayoría de los casos, la función del gen que se altera no se conoce completamente, sus interacciones con otros procesos bioquímicos en el organismo son oscuras, y no se pueden predecir los efectos a largo plazo ¿No hemos sido suficientemente advertidos por el DDT, la talidomida, dioxinas, plutonio, Chernobyl, la enfermedad de las vacas locas, las abejas asesinas, los clorofluorocarbonados, el asbesto...?

Bioindustria La ausencia de conocimiento de peligro no debe confundirse con la ausencia de peligro. Los gobiernos tienen que comprender que están legislando para los hijos de otras personas, no sólo los propios. La responsabilidad de los científicos En el pasado, los científicos fueron motivados por la inspiración del descubrimiento científico.. Ahora, sin embargo, la presión sobre los científicos es económica y es de tal magnitud que los genetistas han abandonado su preocupación principal por la vida humana.

Reflexión Final La sociedad tiene que promover, también en el mundo de la investigación y la ciencia, valores y principios fundamentales. Los derechos humanos valen para todo hombre. La ciencia ofrece a la humanidad un número creciente de descubrimientos. Cada nueva frontera conquistada abre nuevas posibilidades. Orientar bien todo este cúmulo de saberes depende de la ética. No basta con enseñar en la universidad lo que es posible hacer, sino lo que es correcto. El respeto al hombre, a cada hombre, desde que inicia su existencia como cigoto hasta que muere, debe ser el criterio de discernimiento fundamental para juzgar las acciones. Fuera de ese respeto podrán darse descubrimientos importantes, pero será mucho más lo que se pierda. No vale la pena vivir en un mundo técnicamente perfecto y éticamente inhumano.

GRACIAS