¿Qué es la transformación?
En la película de 1986 The Fly , el científico Seth Brundle creó la criatura Brundlefly después de mezclar accidentalmente su propio ADN con el ADN de una mosca doméstica. En realidad, la transformación de un organismo no es tan fantástica. Pero los científicos han manipulado la capacidad de las células para tomar ADN extraño para hacer cosas bastante sorprendentes.
La transformación es el desarrollo de nuevos rasgos genéticos después de que se toma ADN extraño. La transformación ocurre cuando las bacterias toman ADN del medio ambiente y luego convierten los genes codificados por el ADN en una proteína o rasgo que se puede observar. Las bacterias tienen un cromosoma genómico circular, pero algunas bacterias tienen ADN adicional llamado plásmidos. Se puede insertar ADN extraño en un plásmido o en el cromosoma genómico.
¿Por qué funciona?
Los plásmidos tienen características que permiten que los genes ubicados en ellos se copien y expresen como rasgos. Un promotor es una secuencia que marca el comienzo de un gen y se une a las enzimas necesarias para la transcripción o conversión del ADN en ARN. Una vez que la secuencia se convierte en ARN, se puede traducir en un rasgo o proteína. Si el ADN extraño se inserta en el cromosoma, se copiará y traducirá de la misma manera que lo haría cualquier otro gen, siempre que esté cerca de un promotor.
El origen de la replicación es otra característica que se encuentra en los plásmidos. Se trata de una secuencia corta de ADN que permite copiar el ADN plasmídico. Las células copian su ADN cuando están listas para dividirse en dos células o con fines reproductivos. Tener un origen de replicación asegura que se copiará el plásmido. Independientemente de si el ADN está en un plásmido o integrado en el genoma, el ADN extraño le da a la bacteria nuevos genes. Los nuevos genes dan a la célula bacteriana nuevos rasgos cuando las secuencias de ADN se transcriben y traducen.
Una de las razones de la resistencia a los antibióticos en las bacterias que causan enfermedades humanas es el hecho de que las bacterias pueden tomar el ADN de su entorno y traducirlo en un nuevo rasgo. Piense en el intestino humano como una barra realmente genial donde a las bacterias les gusta pasar el rato debido a los nutrientes gratuitos. Dado que hay muchas bacterias en el intestino humano, es fácil que las bacterias obtengan plásmidos que albergan resistencia a los antibióticos.
Para que una célula bacteriana se transforme, tiene que ser competente. Una célula competente es aquella que tiene la capacidad de absorber ADN extraño del medio ambiente. Hay varias teorías que describen cómo las bacterias se vuelven competentes, pero el resultado final de todas ellas es que la célula se vuelve permeable al ADN. Si la célula no recibe las señales adecuadas, no absorberá ADN extraño en la membrana plasmática.
Cómo forzar la transformación
Las bacterias son las únicas células que experimentan una transformación natural, por lo que no hay necesidad de preocuparse de que sus células se transformen a partir de fragmentos aleatorios de ADN en el medio ambiente. Sin embargo, utilizando técnicas de biología molecular, se pueden transformar muchas células. Los científicos tienen varias técnicas que pueden usarse para transformar células en el laboratorio. Cada una de estas técnicas obliga a la célula a volverse competente y tomar ADN.
Competencia química
Algunas células pueden volverse competentes tratándolas con productos químicos, como calcio o cloruro de magnesio, y calentándolas. El ADN entrará en la célula a través de la membrana debilitada. El uso de productos químicos para hacer que las células sean competentes solo se puede utilizar para transformar organismos unicelulares o cultivos celulares.
Electroporación
La electroporación es una técnica que utiliza un pulso eléctrico para obligar a las células a absorber ADN. Al igual que las técnicas químicas, se limita a las células que se pueden cultivar en el laboratorio.
Gene Guns
También conocidas como sistemas de liberación de partículas biolísticas, las pistolas de genes son herramientas que utilizan partículas recubiertas de oro de ADN para entregar mecánicamente ADN extraño en el núcleo disparando la célula. Originalmente, este método se utilizó para la modificación genética de plantas, pero también se puede utilizar en células cultivadas.
La ventaja de la pistola genética es que se puede utilizar en organismos completos y no solo en células cultivadas. El uso de pistolas genéticas en humanos y otros animales todavía es experimental, pero recientemente los científicos pudieron usar una pistola genética para cambiar el color de la piel en ratas vivas. El uso de pistolas genéticas para administrar vacunas de ADN en humanos es prometedor. Estas vacunas funcionarían haciendo que las células transformadas de su cuerpo produzcan una proteína que proporcionaría una respuesta inmunitaria para protegerlo de una enfermedad infecciosa. La pistola genética es un poco como el hypospray de la serie Star Trek. Entrega medicamentos sin el uso de agujas.
Microinyección
La técnica de microinyección para transformar células utiliza una aguja microscópica para introducir ADN extraño en el núcleo. En los organismos multicelulares, incluidos los humanos, la microinyección generalmente se realiza poco después de la fertilización. Este procedimiento se utiliza para crear animales modificados genéticamente que pueden transmitir un rasgo introducido a una futura progenie porque el gen extraño estará presente en cada célula del cuerpo.
Infección viral
Algunos virus tienen la capacidad de insertarse en el genoma de las células que infectan. Las infecciones por el VIH y el virus del herpes duran toda la vida de la persona porque una vez que la persona se infecta, los virus insertan sus genes en el genoma de la persona. Los científicos han modificado los virus de manera que, en su lugar, el virus inserte el ADN deseado. Una vez insertadas, las células infectadas del organismo contienen una copia del gen extraño y las células se consideran transformadas. Al igual que los otros métodos potenciales para administrar genes extraños a los seres humanos, el uso de virus todavía es experimental.
Resumen de la lección
La transformación ocurre cuando las células toman ADN extraño y expresan los genes codificados en ese ADN. La expresión de los genes le da a la célula nuevas características, literalmente transformando la célula. Las bacterias pueden sufrir una transformación natural, pero las células de otros organismos solo pueden transformarse en el laboratorio utilizando competencia química, descargas eléctricas, pistolas genéticas, microinyección o infección viral. La transformación es la idea detrás de la terapia genética humana. Si los científicos pueden transmitir genes sanos a las células de forma segura y eficaz, las células que albergan defectos genéticos pueden transformarse en células sanas.
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