Importancia histórica y ventajas del método
Antes de la introducción activa de los métodos de biología molecular en la práctica clínica, la principal fuente de medicamentos para el tratamiento de la diabetes mellitus eran los extractos obtenidos del páncreas de cerdo o vaca. El uso de insulina de origen animal salvaba la vida de los pacientes, pero conllevaba un inconveniente sustancial: estos preparados provocaban un número considerable de reacciones adversas en el organismo.
La introducción de la tecnología del ADN recombinante permitió dar un verdadero giro revolucionario. La primera proteína humana obtenida con éxito mediante ingeniería genética fue precisamente la insulina humana. El uso de un preparado recombinante ya elaborado para el tratamiento de pacientes con diabetes aporta una ventaja clínica fundamental: genera muchos menos efectos secundarios en comparación con los preparados de origen animal.
Otros productos de la ingeniería genética
El éxito en la producción de insulina humana demostró la alta eficacia de la tecnología y abrió el camino para la síntesis de muchos otros compuestos biológicamente activos. Hoy en día, mediante un método similar de ingeniería genética, se obtiene toda una serie de productos de importancia crítica, entre los cuales se encuentran:
- Hormona de crecimiento (somatotropina).
- Interferón.
- Diversas vacunas.
- Proteína de seda y otros compuestos.
Etapa preparatoria: vector y gen diana
El proceso para obtener insulina recombinante comienza con una cuidadosa preparación de dos componentes básicos: el vector, que transportará el material genético, y la propia inserción genética (el gen).
- Preparación del vector. Como transportador se utiliza un plásmido, que se aísla cuidadosamente de una célula bacteriana. Para que el plásmido pueda aceptar el nuevo material genético, su estructura circular se corta de manera específica mediante enzimas especializadas de restricción.
- Preparación de la inserción. Paralelamente se trabaja con material humano. Del tejido pancreático humano se extrae ARN mensajero (ARNm), que porta la información sobre la estructura de la insulina. Dado que es imposible insertar una molécula de ARN directamente en el plásmido de ADN, se recurre al proceso de transcripción inversa. Mediante la enzima transcriptasa inversa (o revertranscriptasa), se sintetiza una molécula de ADN complementario (ADNc) utilizando como matriz el ARNm. Es precisamente este ADNc el que actúa como el gen que necesitamos.
Creación de ADN recombinante y expresión proteica
Una vez que el vector y la inserción están listos, se pasa a la etapa de ensamblaje directo y puesta en marcha de la «fábrica» biológica.
- Creación del ADN recombinante. El ADNc obtenido en la etapa anterior se integra firmemente en el vector plasmídico cortado.
- Transformación. El plásmido recombinante construido se introduce en una célula bacteriana huésped. Una condición indispensable es que esta bacteria no contenga inicialmente otros plásmidos, para evitar la competencia de material genético.
- Clonación y expresión. Las bacterias genéticamente modificadas se colocan en un medio de cultivo donde se multiplican activamente. A medida que las bacterias se dividen, los plásmidos se replican junto con ellas. Como resultado, la maquinaria celular de las bacterias comienza a sintetizar el producto de interés: la insulina.
- Obtención del producto. En la fase final de la producción se lleva a cabo un complejo aislamiento y una purificación profunda de la insulina humana sintetizada. Solo después de esto el preparado se considera listo para su uso en el tratamiento de la diabetes mellitus.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué tipos específicos de enzimas de restricción (restringasas) se emplean para la construcción del vector?
Para la construcción del vector se emplean endonucleasas de restricción capaces de cortar el ADN generando extremos monocatenarios complementarios («extremos cohesivos»).
Características de las enzimas utilizadas:
- Reconocen específicamente regiones de ADN estrictamente determinadas (sitios de restricción).
- Reconocen secuencias que poseen simetría central (palíndromos).
- Rompen los enlaces fosfodiéster en la cadena.
Para una exitosa construcción de la molécula recombinante, el corte del vector (plásmido) y del ADN diana debe realizarse obligatoriamente con la misma restrictasa.
La regla de las dos «R»: las enzimas de restricción cortan el plásmido, mientras que la revertranscriptasa pone en marcha la reversión (transcripción inversa del ARNm al ADN).
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué se ha prescindido de la insulina animal en la medicina moderna?
Los extractos del páncreas de cerdo o vaca provocaban reacciones adversas. La insulina humana recombinante genera muchos menos efectos secundarios.
¿Cómo se obtiene el gen de la insulina humana para insertarlo en el vector?
Del páncreas se aísla el ARNm, tras lo cual, mediante la enzima revertranscriptasa (transcriptasa inversa), se sintetiza ADN complementario (ADNc).
¿Qué papel desempeñan las bacterias en el proceso de ingeniería genética?
La bacteria actúa como célula huésped. En ella se introduce el plásmido recombinante, tras lo cual se cultiva la bacteria y su maquinaria celular comienza a sintetizar insulina humana.
Qué más repasar sobre el tema
- Características estructurales y funcionales de los plásmidos bacterianos
- Mecanismo de acción de las enzimas de restricción
- El proceso de transcripción inversa y la función de la transcriptasa inversa
- Métodos de transformación de células bacterianas
- Procedimientos de aislamiento y purificación de proteínas recombinantes
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