Capítulo 1 El siglo de la biotecnología y su capital humano PDF

01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 2 2 Capítulo 1 El siglo de la biotecnología y su capital humano Si alguna vez has comido un snack de maíz, te habrás vivos, o los productos de los mismos, para el beneficio hu- quedado impresionado...

01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 2 2 Capítulo 1 El siglo de la biotecnología y su capital humano Si alguna vez has comido un snack de maíz, te habrás vivos, o los productos de los mismos, para el beneficio hu- quedado impresionado por la biotecnología. ¿No comes mano (o el beneficio de su entorno) con el fin de des- snacks? ¿Y nata, yogur, queso o leche? En este siglo, cada arrollar un producto o resolver un problema. Recuerda vez serán más los alimentos que estarán producidos por esta definición. A medida que aprendas más sobre la bio- organismos que han sido alterados genéticamente a tra- tecnología, ampliaremos y refinaremos esta definición con vés de la biotecnología. Estos alimentos transgénicos ejemplos históricos y aplicaciones modernas del día a día (genetically modified, GM), al igual que los embriones hu- y miraremos hacia el futuro de la biotecnología. manos como el de la imagen de apertura de este capítulo, Estarás en lo cierto si piensas que la biotecnología es han suscitado una gran polémica durante los últimos una disciplina relativamente nueva, que no hace mucho años. Este capítulo se ideó para proporcionarte una in- que ha empezado a polarizar atención. Sin embargo, troducción básica sobre la increíble variedad de temas puede que te sorprenda saber que en cierto modo esta que aborda la biotecnología y que leerás a lo largo del ciencia implica varias prácticas ancestrales. Como seña- libro. Como verás, la biotecnología es una ciencia multi- lamos en la siguiente sección, nuevas y viejas prácticas disciplinar con muchas aplicaciones potenciales y futu- en biotecnología hacen de esta disciplina uno de los cam- ros descubrimientos. pos de la ciencia más emocionantes y dinámicos. Afecta El objetivo de este capítulo no es hacer un repaso ex- nuestra vida cotidiana y adquirirá incluso más importan- haustivo de la historia de la biotecnología y sus aplicacio- cia durante este siglo, el que algunos han denominado nes actuales, sino presentar una breve introducción y un «el siglo de la biotecnología». vistazo sobre muchos temas que se analizarán con más detalle en próximos capítulos. Comenzamos por definir Breve historia de la biotecnología biotecnología y presentar una visión de conjunto de las diferentes disciplinas que forman parte de este campo. Si pides a tus familiares y amigos que definan biotecno- Destacamos tanto las aplicaciones históricas como las ac- logía, puede que te sorprendan sus respuestas. Proba- tuales y definimos los diferentes tipos de biotecnología blemente no tengan ni idea de lo que es y te digan que que estudiarás en este libro. Al final del capítulo, analiza- la biotecnología es cosa de científicos de aspecto serio y remos aspectos del capital humano de la biotecnología y bata blanca que llevan a cabo experimentos sofisticados las destrezas necesarias para trabajar en esta industria. y misteriosos de clonaciones en caros laboratorios. Asegúrate de estar familiarizado con los diferentes tipos Cuando pidas más detalles, no sabrán decirte cómo se de biotecnología y los términos clave que se presentan en realizan esos «experimentos» ni la información que se este capítulo, ya que serán la base de tus futuros estudios. extrae de ellos o cómo se utiliza. Aunque la clonación de DNA y la manipulación genética de organismos son técnicas modernas interesantes, la biotecnología no es una ciencia nueva. De hecho, muchas aplicaciones son 1.1 ¿Qué es la biotecnología antiguas prácticas con nuevos métodos. El hombre ha y qué significa para ti? utilizado organismos en su beneficio en muchos proce- sos durante varios miles de años. Los estudios históricos ¿Alguna vez has comido un tomate Flavr Savr®, te han han demostrado que los chinos, griegos, romanos, babi- tratado con anticuerpos monoclonales, has recibido te- lonios y egipcios, entre otros muchos, han hecho uso de jido cultivado a partir de células madre embrionarias, o la biotecnología desde casi el año 2000 a.C. visto un ratón knockout? ¿Te has vacunado alguna vez de La biotecnología no significa cazar animales y reco- la gripe? ¿Conoces a alguien con diabetes que necesite lectar plantas para el sustento; sin embargo, domesticar inyecciones de insulina? ¿Te has hecho alguna prueba de animales como ovejas y reses para su uso como ganado, embarazo? ¿Has tomado alguna vez antibióticos? ¿Has es un ejemplo clásico de biotecnología. Nuestros ances- bebido un vaso de vino, comido queso o hecho pan? tros inmediatos también han sacado provecho de los mi- Aunque no hayas vivido alguna de las primeras situacio- croorganismos y han utilizado la fermentación para nes, al menos algunas de las últimas deberían resultarte hacer pan, queso, yogur y bebidas alcohólicas como la familiares. Si es así, has visto los beneficios de la biotec- cerveza y el vino. Durante la fermentación, algunas le- nología. vaduras descomponen azúcares para obtener energía, y ¿Puedes imaginarte un mundo libre de enfermedades en el proceso producen etanol (alcohol) como producto graves, donde la comida es abundante para todo el de desecho. Cuando se hace la masa del pan, se añade la mundo y el medio ambiente está libre de contaminación? levadura (Saccharomyces cerevisiae, conocida como leva- Ese panorama es la inspiración de muchos profesionales dura de panadero) para que la masa suba. Esto ocurre de la biotecnología para dedicar sus vidas a esta ciencia porque la levadura fermenta el azúcar liberando dióxido apasionante. Aunque no entiendas del todo la variedad de carbono, lo que hace que la masa suba y se creen agu- de disciplinas y los detalles científicos de la biotecnología jeros en el pan. El alcohol producido por la levadura se la has experimentado de primera mano. La biotecnolo- evapora cuando se hornea el pan, pero el resto del alco- gía se define comúnmente como el uso de organismos hol permanece en el sabor semidulce de la mayoría de 01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 3 1.1 ¿Qué es la biotecnología y qué significa para ti? 3 los panes. Si haces masa de pan o pizza en casa, seguro que le habrás añadido S. cerevisiae comprada en una tienda presentada en un sobre o bote. Como verás cuando analicemos la biotecnología microbiana en el Ca- pítulo 5, existen procesos semejantes muy valiosos en la producción de yogures, quesos y bebidas. Durante miles de años, el hombre ha utilizado la crianza selectiva como una aplicación de la biotecno- logía para mejorar la producción de los cultivos y ganado para propósitos alimentarios. En la crianza selectiva, los organismos con determinados rasgos se emparejan a pro- pósito para que se reproduzcan. Por ejemplo, las plantas cruzadas que producen el maíz más grande, dulce y tierno es una forma para los granjeros de optimizar sus tierras para producir mejores cosechas (Figura 1.1a). Con los animales de granja se utilizan técnicas similares, por ejemplo con pavos (para criar aves que desarrollen pe- chugas más grandes y tiernas), vacas, pollos y cerdos. Otro ejemplo sería el cultivo de especies salvajes de plantas, como las lechugas y los repollos, durante muchas gene- raciones, para producir plantas modernas que se cultiven para el consumo humano. Muchas de estas propuestas (a) son verdaderas aplicaciones genéticas de la biotecnolo- gía. Sin darse cuenta y sin la necesidad de caros labora- torios, equipos sofisticados, científicos con doctorados y experimentos planeados, el hombre ha manipulado los genes durante cientos de años. Seleccionando plantas y animales de rasgos específi- cos, el hombre está escogiendo organismos con genes úti- les y aprovechándose de su potencial genético para su propio beneficio. Recientemente, los científicos del Hos- pital Infantil de Boston produjeron un pez cebra trans- (b) parente al que llamaron Casper (Figura 1.1b). Casper se creó cruzando un pez mutante que carecía de pigmento Figura 1.1 La crianza selectiva es un ejemplo clásico de reflejante con otro que carecía de pigmento negro. Los biotecnología que sigue siendo común hoy en día (a) Maíz peces cebra son organismos modelo experimentales muy cultivado por crianza selectiva. De izquierda a derecha: teosinte importantes y los científicos creen que Casper será im- (Zea canica), híbrido cultivado de forma selectiva, y el maíz moderno (Zea mays). (b) «Casper», un pez cebra transparente producido portante para las pruebas de medicamentos y estudios in por la crianza selectiva. Véase la Figura 7.3 para observar un pez cebra vivo de las células madre y el cáncer. Ya se ha aprobado la normal. utilización de Casper para el estudio de cómo se expan- den las células cancerígenas: los científicos inyectaron cé- lulas tumorales fluorescentes en la cavidad abdominal del en bioquímica y biología celular hicieron posible purificar pez y pudieron trazar la migración de las células cancerí- grandes cantidades de antibióticos de muchas variedades genas para especificar sus localizaciones en el cuerpo. de bacterias. El conjunto de procesos a gran escala, en Una de las aplicaciones más extendidas y comprendi- los que los científicos pueden criar bacterias y otras célu- das de la biotecnología es el uso de los antibióticos. En las en grandes cantidades y pueden obtener infinidad de 1928, Alexander Fleming descubrió que el moho Penici- productos útiles, se desarrolló para aislar moléculas co- llium inhibía el crecimiento de una bacteria llamada mercialmente importantes a partir de microorganismos, Staphylococcus aureus, que provoca enfermedades cutáneas como se explicará con más detalle en el Capítulo 4. en humanos. Los trabajos posteriores de Fleming lleva- Desde la década de 1960, el rápido desarrollo de nues- ron al descubrimiento y purificación de la penicilina an- tros conocimientos en biología molecular y genética, ha tibiótica. Los antibióticos son sustancias producidas por llevado a nuevas y deslumbrantes innovaciones y aplica- microorganismos que inhiben el crecimiento de otros mi- ciones de la biotecnología. Según hemos empezado a di- croorganismos. En la década de 1940, la penicilina se con- lucidar los secretos de la estructura y función del DNA, virtió en un producto de amplia disponibilidad para el uso las nuevas tecnologías han llegado a la clonación de médico en el tratamiento de las infecciones bacterianas genes, la capacidad de identificar y reproducir un gen en en personas. En las décadas de 1950 y 1960, los avances concreto, y la ingeniería genética, manipular el DNA 01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 4 4 Capítulo 1 El siglo de la biotecnología y su capital humano de un organismo. A través de la ingeniería genética, los cromosomas X e Y). El Proyecto del Genoma Humano científicos pueden combinar el DNA de diferentes fuen- supone un potencial ilimitado para el desarrollo de nue- tes. Este proceso, llamado tecnología del DNA re- vos planteamientos diagnósticos para detectar enferme- combinante, se emplea para producir muchas proteí- dades y enfoques moleculares para el tratamiento y cura nas de uso médico como la insulina, la hormona del de las enfermedades genéticas del hombre. crecimiento humano y factores coagulantes. Desde el co- Imagínate las posibilidades. El Proyecto del Genoma mienzo, la tecnología del DNA recombinante ha domi- Humano puede decirnos la ubicación cromosómica y el nado importantes áreas de la biotecnología, como vere- código de cada gen humano a partir de genes que con- mos en profundidad al comienzo del Capítulo 3. A lo trolan los procesos celulares normales y determinan ca- largo de todo el libro comprobarás que la tecnología del racterísticas como el color del pelo o de los ojos, la altura, DNA recombinante ha dado lugar a cientos de aplicacio- el peso y hasta un sinnúmero de genes que causan en- nes, incluyendo el desarrollo de plantas resistentes a fermedades genéticas (Figura 1.2). Durante la próxima enfermedades, cultivos de frutas o vegetales de mayor década y después de ella, seremos testigos de muchos productividad, el «arroz dorado» creado para ser más nu- descubrimientos en la genética humana. Como resultado tritivo, y una bacteria creada genéticamente capaz de de- del Proyecto del Genoma Humano, los nuevos conoci- gradar contaminantes medioambientales. mientos sobre la genética del hombre tendrán efectos de La tecnología del DNA recombinante tiene un impor- gran alcance sobre la medicina y ciencia básica en un fu- tante impacto en la salud humana gracias a la identifica- turo próximo. En muchos sentidos la comprensión de las ción de enfermedades genéticas. El último récord de la funciones de todos los genes humanos es uno de los mis- tecnología del DNA recombinante lo alcanzó el Proyecto terios desconocidos y sin resolver de la biología. Explo- del Genoma Humano, un esfuerzo internacional que raremos estos misterios del genoma en diversos capítulos comenzó en 1990. Uno de los primeros objetivos del Pro- de este libro. yecto del Genoma Humano era identificar todos los genes Como acabas de aprender, la biotecnología tiene una (el genoma) contenidos en el DNA de las células huma- larga y rica historia. Los próximos capítulos están dedi- nas y trazar sus localizaciones para cada uno de los 24 cados a explorar los avances de esta materia y mirar hacia cromosomas humanos (cromosomas del 1 al 22 y los lo que depara el futuro. A medida que estudies la biotec- Cromosoma 13 Cromosoma 21 114 millones de bases 50 millones de bases Factor reductor del colesterol Catarata zonular pulverulenta Receptor de adenovirus y virus Coxsackie Síndrome mieloproliferativo transitorio Sordera, autosómica Síndrome del linfoma/leucemia Amiloidosis cerebrovascular, tipo Dutch Leucemia transitoria del síndrome dominante y recesiva de células madre Alzheimer, asociado al APP de Down Síndrome de Vohwinkel Ataxia espástica de tipo Esquizofrenia crónica Deficiencia de enterokinasa Displasia ectodérmica Charlevoix-Saguenay Síndrome de Usher, Deficiencia múltiple de carboxilasa Distrofia muscular Agénesis pancreática autosómico recesivo Invasión y metástasis de linfoma del anillo óseo tipo 2C Manifestación de principio de diabetes Esclerosis amiotrófica lateral de células T Cáncer de mama, principio de sordera juvenil, tipo IV Sensibilidad a la oligomicina Infección micobacteriana atípica Cáncer de páncreas Enuresis nocturna Síndrome de Jervell y Lange-Nielsen Síndrome de Down (región crítica) Alteración de la neoplasia de células B Demencia familiar de tipo británica Síndrome de QT largo Enfermedad poliglandular Leucemia linfocítica Síndrome de Rieger tipo 2 Molécula de adhesión celular autoinmune tipo I crónica de células B Sensibilidad a los rayos X en síndrome de Down Miopatía de Bethlem Deficiencia MHC de clase 2, grupo B Rabdomiosarcoma alveolar Homocistinuria Epilepsia progresiva mioclónica Hiperornitinemia Cáncer de pulmón, de células no pequeñas Catarata congénita Holoprosencefalia alobar Hiperamoniemia autosómica dominante Síndrome de Knobloch Ataxia espinocerebelosa Homocitrulinuria Sordera autosómica recesiva Lipofuscinosis ceroide neuronal Anemia hemolítica Receptor de la serotonina Resistencia al mixovirus (influenza) Microcoria congénita Cáncer de mama Retinoblastoma Leucemia aguda mieloide Susceptibilidad para presentar esquizofrenia Trastorno de las plaquetas con Osteosarcoma malignidad mieloide Xeroderma pigmentoso, grupo G Cáncer de vejiga Deficiencia del factor VIII de coagulación Pinealoma con retinoblastoma bilateral Enfermedad de Oguchi Enfermedad de Wilson Enfermedad de Stargardt, autosómica dominante Polidactilia postaxial Deficiencia del factor X de coagulación tipo 2 SRY (del inglés sex determinig region Y) Enfermedad de Hirschsprung Cáncer de mama ductal Propionicacidemia tipos I o pccA Holoprosencefalia Malabsorción primaria del ácido bílico Figura 1.2 Mapa genético de los cromosomas 13 y 21 El Proyecto del Genoma Humano ha conducido a la identificación de casi todos los genes humanos y ha trazado su localización en cada cromosoma. Los mapas de los cromosomas 13 y 21 indican aquellos genes conocidos por estar implicados en enfermedades genéticas. Identificar estos genes es un primer paso importante hacia el desarrollo de tratamientos para muchas de esas enfermedades. 01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 5 1.1 ¿Qué es la biotecnología y qué significa para ti? 5 nología, te encontrarás con un abrumador número de mitada. Más bien es un campo amplio que en gran me- términos y definiciones. Asegúrate de utilizar el índice y dida depende de las contribuciones de muchas áreas de el glosario del final del libro para que te ayuden a en- biología, química, matemáticas, informática e ingeniería, contrar y definir términos importantes. además de otras disciplinas como la filosofía y la econo- mía. Más adelante, en este capítulo, consideraremos Biotecnología: una ciencia de muchas cómo la biotecnología es una fuente de oportunidades de empleo para aquellas personas que tienen conocimien- disciplinas tos de diversas materias. Uno de los principales retos con los que vas a tropezar La Figura 1.3 muestra un diagrama de las diversas dis- cuando estudies biotecnología será el de intentar ensam- ciplinas involucradas en la biotecnología. Observa que las blar información compleja de muchas disciplinas cientí- «raíces» están formadas en primer lugar por el estudio ficas diferentes. Es imposible hablar de biotecnología sin de las ciencias básicas, la investigación de procesos fun- considerar las importantes contribuciones de diversos damentales de organismos vivos a nivel bioquímico, mo- campos de la ciencia. Aunque un primer enfoque de la lecular y genético. Cuando se ensamblan las investiga- biotecnología involucra el uso de la biología molecular ciones de las ciencias básicas de muchas áreas, con la para llevar a cabo aplicaciones de ingeniería genética, la ayuda de la informática, podemos llegar a planteamien- biotecnología no es una disciplina de estudio única y li- tos de ingeniería genética. En la copa del árbol, las apli- APLICACIONES Figura 1.3 Árbol de la biotecnología: disciplinas Farmacéuticas / Cuidados de salud que contribuyen Biofarmacología en la biotecnología Terapia génica Las ciencias básicas son los Pruebas genéticas knockout fundamentos o «raíces» de todos Tecnología de la fermentación los aspectos de la biotecnología. El enfoque central o el «tronco» de la Detección mayoría de las aplicaciones Forense biotecnológicas es la ingeniería Huellas digitales de DNA Regulación sobre la aprobación/supervisión Detección de enfermedades genéticas Food and Drug Administration (FDA) genética. Las ramas del árbol Identificación de especies Environmental Protection Agency (EPA) representan diferentes organismos, U.S. Department of Agriculture (USDA) tecnologías y aplicaciones que Occupational Safety and Health «brotan» de la ingeniería genética Biotecnología agrícola Administration (OSHA) y la bioinformática, aspectos básicos de la mayoría de los Cultivos transgénicos acercamientos biotecnológicos. La Localización genética de semillas regulación de la biotecnología Animales transgénicos Desarrollo de fármacos depende de las agencias Bioinformática gubernamentales como la FDA, Exploración de alta capacidad USDA, EPA y OSHA, cuyos objetivos Medioambientales y acuáticas de procesamiento y responsabilidades se definirán en Acuicultura Cultivo celular y pruebas en humanos el Capítulo 12. Biorremediación Modificaciones transgénicas Bioextracciones Ingeniería genética a través de la biología molecular y el análisis por medio de la bioinformática Informática Fisiología humana, animal y vegetal Ingeniería química Matemáticas Física Genética Biología molecular y celular Bioquímica Inmunología Estadística Microbiología 01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 6 6 Capítulo 1 El siglo de la biotecnología y su capital humano caciones de la ingeniería genética pueden ponerse en dores. No sólo nos acercamos a los productos para el uso marcha para crear un producto o proceso que ayude al humano, sino que también veremos las aplicaciones bio- hombre o a su entorno vivo. tecnológicas de la microbiología, la biología marina y la Un ejemplo simplificado de la naturaleza interdiscipli- biología vegetal, entre otras disciplinas. La multitud de nar de la biotecnología puede resumirse de la siguiente productos de la biotecnología disponibles actualmente es forma. En el nivel de la ciencia básica, los científicos que demasiado numerosa para mencionar todas en este capí- dirigen investigaciones de microbiología en universida- tulo de introducción, sin embargo, muchos productos re- des, facultades, agencias gubernamentales y empresas pú- flejan las necesidades actuales del hombre, como por blicas o privadas, pueden descubrir un gen o un producto ejemplo la producción farmacéutica, es decir, la creación de un gen en una bacteria que demuestra ser un prome- de medicamentos para el tratamiento de enfermedades tedor agente para el tratamiento de una enfermedad. Nor- del hombre. De hecho, en Estados Unidos, más del 65 por malmente, la bioquímica, la biología molecular y las téc- ciento de las compañías biotecnológicas están implicadas nicas genéticas se usarían para entender mejor la función en la industria farmacéutica. En 1982 Genentech, una de dicho gen. Este proceso también implica el uso de la empresa californiana de biotecnología, recibió la aproba- informática de forma sofisticada para el estudio de la se- ción para la fabricación de insulina recombinante, usada cuencia de un gen y para analizar la estructura de la pro- en el tratamiento de la diabetes, como el primer producto teína que produce el gen. La aplicación de la informática de la biotecnología en pro del ser humano (Figura 1.4). al estudio de datos del DNA y proteínas ha creado un Actualmente existen cientos de fármacos, vacunas y mé- nuevo y apasionante campo llamado bioinformática. todos diagnósticos en el mercado con más de 300 medici- Una vez que la investigación básica ha proporcionado nas biotecnológicas en desarrollo cuyo objetivo abarca más una comprensión detallada de este gen, éste puede usarse de 200 enfermedades. Casi la mitad de los nuevos fárma- entonces de diversas formas, incluyendo el desarrollo de cos en proceso de desarrollo están diseñados para tratar el medicamentos, la biología agrícola y las aplicaciones me- cáncer. La Tabla 1.1 facilita una breve lista de algunos de dioambientales y marinas (Figura 1.3). La variedad de los fármacos biotecnológicos más vendidos y las compa- aplicaciones de la biotecnología se esclarecerá mucho ñías que los desarrollan. El diagnóstico y/o tratamiento de más a medida que profundicemos en su conocimiento. diversas enfermedades y trastornos como el sida, el de- En este punto, recuerda que la biotecnología requiere del rrame cerebral, la diabetes y el cáncer, conforman la ma- conocimiento de muchas disciplinas. yoría de los productos biotecnológicos en el mercado. Muchos de los productos más utilizados de la biotec- Productos de la biotecnología moderna nología son proteínas creadas por la clonación de genes (Tabla 1.2). Se llaman proteínas recombinantes por- A lo largo del libro se consideran muchos productos y que están producidas gracias a las técnicas de clonación aplicaciones de la biotecnología vanguardistas e innova- genética implicadas en la transferencia de genes de un a) Las células cultivadas en el fermentador producen la proteína de interés Gen de Las células crecen interés en placas de cultivo Se introduce Las células La proteína en una célula que tienen un recombinante de bacteriana gen de interés interés puede aislarse o de mamífero se cultivan de las células cultivadas en un fermentador usando técnicas bioquímicas b) Figura 1.4 Uso de células cultivadas modificadas genéticamente para crear una proteína de interés Los genes de interés pueden introducirse en células bacterianas o de mamíferos. Tales células pueden cultivarse utilizando técnicas de cultivo celular. Las proteínas recombinantes aisladas a partir de estas células se utilizan en cientos de diferentes aplicaciones biotecnológicas. En este ejemplo, se muestran células de mamíferos, pero este proceso también suele llevarse a cabo con bacterias. 01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 7 1.1 ¿Qué es la biotecnología y qué significa para ti? 7 Tabla 1.1 LOS DIEZ FÁRMACOS BIOTECNOLÓGICOS MÁS VENDIDOS (VENTAS DE MÁS DE 700 MILLONES DE EUROS) Fármaco Fabricante Función (tratamiento de enfermedad) Procrit Johnson & Johnson Anemia Epogen Amgen Anemia Enbrel Amgen & Wyeth Artritis reumatoide Aranesp Amgen Anemia Remicade Johnson & Johnson Artritis reumatoide y Schering-Plough Corp. Rituxan Roche Holding Ltd. Linfoma no Hodgkin Neulasta Amgen Incremento del recuento de glóbulos blancos en pacientes con cáncer Avonex Biogen Idec Inc. Esclerosis múltiple Neupogen Amgen & Roche Incremento del recuento de glóbulos blancos en pacientes con cáncer Lantus Sanofi-Aventis Diabetes organismo a otro. Por ejemplo, la mayoría de ellas están dentes del Proyecto del Genoma Humano, posiblemente producidas por genes humanos insertados en bacterias generarán vidas más sanas y un incremento potencial de para producir proteínas recombinantes usadas en el tra- la esperanza de vida. tamiento de enfermedades humanas. Cómo se clonan genes y se usan para producir proteí- nas de interés es un tema que veremos con más detalle en el Capítulo 3. Como introducción a este concepto con- sideremos el diagrama mostrado en la Figura 1.4. Como Tabla 1.2 EJEMPLOS DE PROTEÍNAS OBTENIDAS pronto aprenderás, los científicos pueden identificar un A PARTIR DE GENES CLONADOS gen de interés y colocarlo en células bacterianas o de ma- míferos que se crían por medio de una técnica llamada Producto Aplicación cultivo celular. En el cultivo celular, las células se crían Activador tisular Tratamiento de ataques al corazón en placas o matraces dentro de un medio líquido de cul- de plasminógeno y derrame cerebral tivo diseñado para facilitar los nutrientes necesarios para Anticuerpos Diagnóstico y tratamiento de varias el crecimiento celular. Ya que sólo se puede cultivar un monoclonales enfermedades, entre ellas número limitado de células en placas de cultivo peque- el cáncer ñas, las células se transfieren a grandes contenedores de Factor de crecimiento Estimulador del factor de la cultivo llamados fermentadores o biorreactores, epidérmico producción de anticuerpos en donde las células que contienen DNA de interés pueden pacientes con alteraciones del producirse en masa. Usando las técnicas detalladas en el sistema inmunitario Capítulo 4, los científicos pueden cultivar la proteína pro- Factor sanguíneo VIII Tratamiento de la hemofilia ducida por el gen de interés a partir de esas células y uti- (factor de coagulación) lizarlas en aplicaciones como las descritas en la Tabla 1.2. Si las Tablas 1.1 y 1.2 no te parecen claros ejemplos de Hormona del Corrección de deficiencias de la la importancia de la biotecnología en la salud, considera crecimiento pituitaria y baja estatura en que, en un futuro cercano, los genes se introducirán de humanos, otras formas se usan forma rutinaria en las personas igual que se utilizan apro- en vacas para incrementar la producción de leche ximaciones de terapia génica para tratar y curar enfer- medades. La genética y la ingeniería de los tejidos pueden Insulina Tratamiento de la diabetes mellitus conducir a la capacidad de hacer órganos para trasplan- Interferones Tratamiento del cáncer y tes que rara vez serían rechazados por el receptor. Los enfermedades virales nuevos productos de la biotecnología procedentes de Interleuquinas Tratamiento del cáncer y organismos marinos se usarán para tratar cánceres, de- estimulación de la producción rrames cerebrales y artritis. Los avances modernos en de anticuerpos medicina, derivados de los nuevos conocimientos proce- 01_THIEMAN:01_THIEMAN 25/2/10 18:53 Página 8 8 Capítulo 1 El siglo de la biotecnología y su capital humano míferos como ovejas, vacas y monos, se ha sugerido que PR y P ¿Qué productos podrían fabricarse mediante el cultivo de células transgénicas? R Las proteínas humanas terapéuticas necesarias en masa se producen mediante el debería permitirse la clonación humana. ¿Qué opinas personalmente ante esta idea? Si en el futuro, tú y tu cónyuge no pudierais tener hijos por ningún otro medio, ¿te gustaría tener la oportunidad de tener un bebé gracias cultivo de células transgénicas. La insulina, los factores de coagulación sanguínea y las hormonas, como la hormona del a la clonación? En los cuadros «Tú decides» de cada ca- crecimiento utilizada para tratar el enanismo, se encuentran pítulo te presentamos situaciones o dilemas éticos para entre los muchos ejemplos de proteínas producidas de esta tu propia consideración. Date cuenta de que hay pros y forma. Muchas otras enzimas que utilizamos habitualmente contras y temas de controversia asociados con casi todas también se consiguen gracias a esta tecnología. las aplicaciones de la biotecnología. Nuestro objetivo no La renina, una enzima necesaria para la elaboración de es decirte lo que tienes que pensar, sino proporcionarte queso, es un buen ejemplo. En el pasado, la renina se los conocimientos necesarios para que tomes tus propias aislaba a partir del estómago del ternero. Por medio decisiones. de la clonación y la expresión de la renina en bacterias, la tecnología del DNA recombinante permite ahora que se produzca renina de forma barata, en grandes cantidades y sin tener que sacrificar terneros para este fin. 1.2 Tipos de biotecnología Ahora que sabes la cantidad de campos de la ciencia que contribuyen a la biotecnología, deberías reconocer que hay muchos tipos de biotecnología diferentes. Considera esta sección como una introducción a lo que aprenderás Ética y biotecnología con más profundidad en próximos capítulos. Al igual que en cualquier otro tipo de tecnología, las po- derosas aplicaciones y potenciales usos de la biotecnolo- Biotecnología microbiana gía levantan muchas conciencias éticas, y no debería sor- prenderte que no todo el mundo sea un fan de la En el Capítulo 5 exploraremos diferentes campos donde biotecnología. Las implicaciones éticas, legales y sociales la biotecnología microbiana tiene impacto en la sociedad. de la biotecnología son causa de grandes debates y diálo- Como ya hemos visto, el uso de la levadura para hacer gos entre científicos, público general, religiosos, políticos, cerveza o vino es una de las aplicaciones más antiguas de abogados y muchos otros colectivos (Figura 1.5). A lo la biotecnología. A través de la manipulación de micro- largo de este libro, presentamos temas éticos, legales y so- organismos como bacterias y levaduras, la biotecnología ciales para que los tengas en cuenta. Cada vez afrontarás microbiana ha creado mejores enzimas y organismos mayor número de temas éticos en biotecnología que te para hacer muchas comidas, simplificando los procesos pueden influenciar directamente. Por ejemplo, ahora que de producción y manufacturación, y haciendo más efi- la clonación de organismos se ha llevado a cabo en ma- cientes los procesos de descontaminación para la retirada de los productos de desecho industriales. La lixiviación (leaching) de aceite y minerales del suelo para incremen- tar la eficiencia de la explotación minera es otro ejemplo de la acción de la biotecnología microbiana. Los micro- bios también se utilizan para clonar y producir grandes cantidades de importantes proteínas para fabricar medi- camentos de uso humano, como la insulina y la hormona del crecimiento. Biotecnología agrícola El Capítulo 6 está dedicado a la biotecnología de plantas y aplicaciones agrícolas de la biotecnología. En este tipo de biotecnología examinamos gran variedad de temas, desde plantas transgénicas resistentes a las pestes que no necesitan fumigación, hasta alimentos de mayor conte- nido proteico o vitamínico y medicamentos desarrolla- dos y cultivados como productos vegetales. La biología agrícola ya es un gran negocio de rápida expansión; en Figura 1.5 La biotecnología es una ciencia polémica Estados Unidos. se estimó que en 2008 tendría un mer- que presenta muchos dilemas éticos cado de siete mil millones de dólares.