Cuestionario sobre Biotecnología

Las industrias farmacéutica y agrícola han adoptado tecnologías biotecnológicas para mejorar sus productos. Un ejemplo de esto es la producción de insulina humana recombinante, que ha reemplazado el uso de insulina extraída de animales. ¿Qué característica hace posible esta aplicación biotecnológica?

• Los genes humanos pueden insertarse en bacterias para que produzcan proteínas humanas funcionales.

• Las proteínas de cualquier organismo pueden sintetizarse de manera natural en células animales.

• Las bacterias pueden modificar su ADN para imitar la producción de proteínas humanas sin intervención externa.

• El ADN humano y el bacteriano son idénticos, lo que permite a las bacterias producir cualquier proteína humana.

Un grupo de científicos está utilizando la técnica CRISPR-Cas9 para modificar el ADN de embriones humanos con el fin de eliminar mutaciones que causan enfermedades genéticas. Aunque la tecnología ha demostrado ser efectiva en modelos animales, su aplicación en humanos genera un fuerte debate ético. Uno de los principales riesgos de esta técnica es la posibilidad de efectos fuera del objetivo, lo que significa que:

• La edición genética podría alterar regiones del ADN que no estaban previstas, causando efectos desconocidos.

• Los cambios en el ADN pueden heredarse, lo que haría imposible controlar su impacto en futuras generaciones.

• El sistema inmunológico podría rechazar las células modificadas, impidiendo que los cambios sean permanentes.

• Las modificaciones genéticas solo afectan a células somáticas, por lo que no se transmitirían a la descendencia.

Desde hace décadas, los organismos transgénicos han sido utilizados en la agricultura para mejorar la resistencia de los cultivos a plagas, enfermedades y condiciones ambientales adversas. Un ejemplo es el maíz Bt, que contiene un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis que le permite producir una toxina letal para ciertos insectos, reduciendo la necesidad de pesticidas químicos. Sin embargo, estudios recientes han mostrado que, con el tiempo, algunas poblaciones de insectos han desarrollado resistencia a la toxina Bt, lo que compromete la efectividad de esta estrategia. Para mitigar este problema, los científicos han propuesto la implementación de zonas de refugio, que consisten en sembrar áreas sin cultivos transgénicos cerca de los campos de maíz Bt. ¿Cuál es el propósito de las zonas de refugio en la gestión de cultivos transgénicos?

• Permiten que los insectos susceptibles se reproduzcan con los resistentes, reduciendo la aparición de resistencia en la población.

• Evitan que los insectos resistentes se alimenten del maíz Bt, impidiendo su reproducción y eliminándolos del ecosistema.

• Aseguran que los cultivos transgénicos reciban suficiente polinización al atraer insectos benéficos que favorecen su reproducción.

• Favorecen la evolución de nuevos organismos transgénicos al mantener la diversidad genética dentro de la población de insectos.

En 1996, la oveja Dolly se convirtió en el primer mamífero clonado a partir de una célula adulta mediante transferencia nuclear de células somáticas. Este logro representó un avance significativo en la biotecnología, pero también trajo consigo cuestionamientos sobre la viabilidad y seguridad de la clonación en animales y humanos. Uno de los problemas observados en Dolly fue que, a pesar de haber nacido como un individuo joven, sus células mostraban signos de envejecimiento prematuro. Los investigadores descubrieron que los telómeros de su ADN, estructuras que protegen los extremos de los cromosomas y se acortan con cada división celular, eran más cortos de lo esperado para su edad. Este hallazgo sugiere que uno de los principales inconvenientes de la clonación es que:

• Los organismos clonados heredan la edad celular del donante de ADN, lo que podría reducir su esperanza de vida.

• Los clones no pueden realizar mitosis de manera eficiente, lo que provoca un desarrollo incompleto de sus tejidos.

• El ADN del organismo clonado no es completamente idéntico al del donante, lo que genera incompatibilidades genéticas.

• El proceso de clonación interfiere con la expresión de genes esenciales para la regeneración celular, impidiendo el crecimiento normal del clon.

La contaminación por hidrocarburos es un problema ambiental grave, ya que los derrames de petróleo pueden afectar ecosistemas marinos y terrestres, dañando la biodiversidad y contaminando fuentes de agua. Para mitigar estos efectos, los científicos han desarrollado estrategias de biorremediación, que utilizan organismos vivos para degradar contaminantes de manera natural.

Uno de los enfoques más prometedores es el uso de bacterias degradadoras de hidrocarburos, como Alcanivorax borkumensis, que pueden descomponer los componentes tóxicos del petróleo en sustancias menos dañinas. Sin embargo, en algunos ecosistemas la actividad de estas bacterias es limitada debido a la falta de nutrientes esenciales, como nitrógeno y fósforo.

Para mejorar la eficiencia de la biorremediación en estos entornos, los científicos podrían:

• Liberar enzimas artificiales en el ambiente para acelerar la degradación de hidrocarburos sin necesidad de microorganismos.

• Agregar fertilizantes que proporcionen nutrientes clave para estimular el crecimiento de bacterias degradadoras.

• Introducir especies de plantas transgénicas que absorban los hidrocarburos directamente del suelo y el agua.

• Utilizar radiación ultravioleta para inducir mutaciones en las bacterias y aumentar su capacidad de degradación.

El uso indiscriminado de antibióticos en la medicina y la ganadería ha generado un grave problema de resistencia bacteriana, donde algunas cepas han desarrollado mecanismos que las hacen inmunes a múltiples fármacos. Un caso alarmante es el de bacterias resistentes a carbapenémicos, una clase de antibióticos considerados de última línea en tratamientos hospitalarios.

Uno de los mecanismos que las bacterias pueden utilizar para volverse resistentes es la transferencia horizontal de genes, que les permite adquirir genes de resistencia desde otras bacterias. Este proceso ocurre a través de diferentes mecanismos, como la conjugación, en la cual:

• Una bacteria resistente libera fragmentos de ADN al ambiente, que luego son captados por otra bacteria cercana e incorporados a su genoma.

• Un virus bacteriófago transfiere genes de resistencia de una bacteria a otra durante su ciclo de infección.

• Dos bacterias establecen contacto directo a través de un pili, permitiendo la transferencia de plásmidos con genes de resistencia.

• Las bacterias inducen mutaciones aleatorias en su ADN cuando detectan la presencia de antibióticos en el ambiente.

En la industria de los alimentos, se han desarrollado organismos genéticamente modificados (OGM) para mejorar la calidad nutricional, la resistencia a enfermedades y la producción de ciertos compuestos. Un ejemplo es el arroz dorado, una variedad transgénica que ha sido modificada para producir β-caroteno, un precursor de la vitamina A.

A pesar de sus beneficios, algunos grupos han expresado preocupaciones sobre la liberación de cultivos transgénicos al ambiente, argumentando que podrían afectar a especies silvestres mediante la transferencia de genes a través del polen.

Para reducir este riesgo, una estrategia biotecnológica viable sería:

• Modificar los cultivos transgénicos para que solo produzcan semillas viables en condiciones controladas de laboratorio.

• Eliminar la capacidad de las plantas transgénicas de realizar la fotosíntesis, impidiendo que sobrevivan fuera de cultivos controlados.

• Diseñar barreras químicas en el suelo para evitar que los transgénicos puedan germinar en ambientes naturales.

• Aplicar radiación a los campos de cultivo para inactivar los genes transgénicos antes de la dispersión del polen.

La hemofilia es un trastorno genético caracterizado por la falta de proteínas necesarias para la coagulación de la sangre. En el pasado, los tratamientos para esta enfermedad dependían de la extracción de factores de coagulación desde sangre donada, lo que presentaba riesgos de transmisión de enfermedades infecciosas. Gracias a los avances en biotecnología, actualmente se pueden producir factores de coagulación en células modificadas genéticamente, lo que ha hecho los tratamientos más seguros y accesibles. ¿Cuál es la principal ventaja de producir biofármacos mediante biotecnología en lugar de extraerlos de fuentes humanas?

• Los biofármacos generados por organismos modificados pueden producirse en grandes cantidades con menor riesgo de contaminación.

• Las células humanas pueden modificar naturalmente su ADN para producir cualquier biofármaco necesario.

• Los biofármacos son más eficaces cuando se obtienen de sangre humana en lugar de células modificadas genéticamente.

• Las proteínas generadas por biotecnología no pueden ser utilizadas en humanos debido a diferencias estructurales.

Ante la crisis energética global, los científicos han desarrollado nuevas tecnologías para producir combustibles renovables mediante procesos biotecnológicos. Uno de los enfoques más prometedores es el uso de microorganismos modificados genéticamente para transformar materia orgánica en biocombustibles como etanol y biodiésel. Sin embargo, uno de los mayores desafíos en esta tecnología es la eficiencia de conversión de los sustratos, ya que muchos microorganismos no pueden descomponer ciertos tipos de polisacáridos complejos presentes en los desechos agrícolas. ¿Cuál sería una posible solución biotecnológica para mejorar la producción de biocombustibles?

• Modificar genéticamente los microorganismos para que expresen enzimas capaces de degradar polisacáridos complejos en azúcares fermentables.

• Aumentar la cantidad de materia prima utilizada sin modificar genéticamente los microorganismos, asegurando mayor producción.

• Utilizar exclusivamente microorganismos naturales en el proceso para evitar cualquier alteración en la cadena de producción.

• Desarrollar combustibles sintéticos sin base biológica para reemplazar los biocombustibles y eliminar su impacto ambiental.

La medicina personalizada busca adaptar los tratamientos médicos a las características genéticas de cada paciente. Una de las aplicaciones más innovadoras en este campo es la utilización de terapias génicas y edición genética para tratar enfermedades hereditarias como la fibrosis quística y la anemia falciforme.

Para determinar si un paciente es apto para recibir una terapia génica específica, los médicos deben analizar su perfil genético mediante pruebas avanzadas como la secuenciación de ADN.

¿Por qué es crucial secuenciar el ADN de un paciente antes de aplicar una terapia génica?

• Para identificar mutaciones específicas y diseñar un tratamiento que se adapte a su genética.

• Para eliminar completamente cualquier riesgo de efectos adversos en la terapia génica.

• Para modificar la estructura del ADN del paciente y prevenir cualquier enfermedad en el futuro.

• Para asegurar que la terapia génica se aplique únicamente en células somáticas y no en células germinales.