Biotecnologia

Biotecnología (Azul esto lo debió de hacer usted!)

Es el estudio que utiliza la tecnología para estudiar (valgase la redundancia) y aprovecha los mecanismos e interacciones de los seres vivos mediante un amplio campo multidisciplinar. La biología y la microbiología son las ciencias básicas que forman la biotecnología ya que son las que dan el conocimiento básico de mundo microscópico. La biotecnología se puede usar en un montón de campos como: agricultura, farmacia, ciencia de alimentos, combustibles, medicina, etc. También se desarrolló por medio de un montón de ciencias distintas cómo la ingenieria, biología, bioquímica, genética, agronomía, química , medicina, virología y muchas otras.  La Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE) define la biotecnología como la "aplicación de principios de la ciencia y la ingeniería para tratamientos de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes y servicios". Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".

Selección artificial

Es la técnica de control reproductivo por la cual, el hombre selecciona los fenotipos de organismos domésticos o cultivados. Esta técnica usa las características heredables de los organismos, aumentando la frecuencia con la que aparecen ciertas variaciones genéticas en las siguientes generaciones; lo cual produce una evolución dirigida, en la que las preferencias humanas son las que escogen cuáles características pasan a la siguiente generación. Cuando este proceso se lleva a cabo durante varias generaciones, se puede llegar a una estabilidad en la especie ya sea animal o vegetal, que se puede explotar en el uso ganadero o agrícola.

Mediante la selección artificial tenemos todas las razas de perros modernos que se adaptaron para cumplir cierta necesidad de ser humano. También sentimos su efecto en la producción agrícola. Muchas de las frutas y verduras que tenemos hoy en día fueron adapatadas para durar más, o ser más grandes que sus predecesoras. Ejemplo de esto son el maiz y el platano. De igual forma las plantas ornamentales han alcanzado grado de extrema belleza gracias a la selecciona artificial de estas características.

Se puede considerar que hay dos tipos de selección artificial. La que es consciente y por lo tanto se planeó de antemano. Y la que es inconsciente y no se tuvo un plan predeterminado. Este proceso siempre debe de actuar en un marco de ética que favorezca al ser humano pero siempre respetando los fines intrínsecos de cada especie que se modifica. Hay ciertos cambios que son necesario, como el maíz, que hay que modificar por el aumento de personas que tenemos hoy en día que necesitan comer.

Inseminación artificial

Inseminación artificial es todo método de reproducción asistida que consiste en el depósito de espermatozoides en la mujer mediante instrumentos especiales y utilizando técnicas que reemplazan a la copulación (sexo), que los implantan los espermas en el útero, en el cérvix o en las trompas de Falopio, con el fin de lograr la gestación (bebés).

Un poco de su historia:

• Los sumerios (quienes inventaron la escritura) fueron los primeros en realizar una inseminación artificial artesanal en ovinos.
• Juana, la esposa de Enrique IV de Castilla (el Rey Impotente) trato de realizarse una inseminación artificial, ya podemos imaginarnos por qué…
• Lazzaro Spallanzini realizó en 1784 una inseminación exitosa en una perra que tuvo 3 cachorros sanos.
• En 1970 se realiza la primera inseminación exitosa en un ser humano por John Hunter.

Inseminación artificial en animales

La inseminación artificial en animales se hace para pasar las características buenas de un macho a varias hembras y así tener crías con estas cualidades. Se ve mucho en los caballos, vacas, cerdos, ovejas y perros con pedigrí. El semen de macho es congelado y llevado hasta la hembra, donde es implantado. Esta técnica se utiliza para aumentar el número de posibles crías, porqué de este modo un mismo macho bovino puede tener hasta 14,600 crías anuales. Este proceso tiene muchas ventajas, las cuales incluyen:

• Se aprovecha el macho, incluso después de muerto se puede utilizar su esperma congelado
• Mejoramiento genético por qué solo se utilizan los especímenes con mejores características.
• Evita transmisión de enfermedades por que los especímenes que se utilizan tienen que estar en perfecto estado de salud, por lo que no pasan enfermedades que sean hereditarias.
• Aumenta la fertilidad ya que ayuda a los especímenes con buenas características geneticas pero que sufren algún problema de infertilidad
• Uso de semantales que están en malas condiciones fisicas. Sí hay sementales que se quebraron una pata, o están muy gordos, o viejos o algo por el estilo aun se pueden sacar crías de ellos por medio de esta práctica.
• No importa el peso ni el tamaño. Antes sí el macho era muy pequeño, no podía tener crías con una hembra de mayor tamaño, también si el macho era muy gordo, pero con esta práctica esto ya no tiene injerencia.
• Velocidad de cubrimiento, bueno es obvio que el macho no puede cubrir a la misma velocidad si el estuviera haciendo todo el trabajo.
• Control absoluto de hato ya que se tiene mejor registro de calidad en las crías
• Apareamiento correctivo por tipo. Se puede evaluar cada una de las crías para ver que correcciones se pueden hacer a futuro.
• Costos más bajos ya que no se requiere al macho en presencia de la hembra y la biotecnología en estos ámbitos ha bajado mucho su costo.

Inseminación en seres humanos

En humanos, la inseminación artificial se aplica principalmente en casos de infertilidad. Se tienen dos tipos de inseminación artificial: inseminación con semen de la pareja e inseminación con semen de donante. Los métodos más simples de inseminación artificial consiste en observar el ciclo menstrual de la mujer, cuando esté lista, se deposita el semen en su vagina justo cuando un óvulo es liberado. En algunos casos que son más complicados se deposita en diferentes lugares para tener mayor probabilidad de fecundación.

Inseminación con semen de cónyuge

Esto sucede cuando la pareja tiene semen válido para la fecundación, pero por alguna característica física existe un impedimento fisiológico, tanto en la mujer como en el hombre para realizar el coito. Esto se puede deber a diferentes condiciones como:

• Imposibilidad para depositar el eyaculado en vagina debida a impotencia, anomalías en el pene (hipospadias que es cuando el agujero de pene está en un lugar que no debe), eyaculación retrógrada (cuando en vez de eyacular hacia afuera, eyacula hacia la vejiga) o vaginismo (contracción de los músculos de la vagina).
• Alteraciones del seminograma (análisis de esperma) como la presencia de toxinas en el plasma seminal
• Esterilidad de causa cervical producida por anomalías anatómicas del cuello del útero, moco cervical insuficiente o inadecuado.
• Esterilidad debido a disfunciones ovulatorias o endometriosis
• Esterilidad de causa inmunitaria.
• O porque es estéril sin ninguna razón aparente

En casos excepcionales, cuando hay pacientes que por algún tratamiento van a quedar estériles, estos congelan su esperma.

Este proceso se puede dividir en fases. Las cuáles son:

1. Control y estimulación de la ovulación. Puede hacerse en un ciclo menstrual normal o en uno provocado. La ventaja de hacerlo en un ciclo normal es que se reduce mucho la posibilidad de embarazo múltiple (por qué se puede estimular más de un óvulo) pero tiene el inconveniente de que es más difícil y costoso determinar el día de la ovulación y al haber sólo hay una, las posibilidades de éxito son menores. Si se estimula el ciclo, las posibilidades de éxito son mayores porque hay más ovocitos, se conoce mejor el momento de la ovulación y se corrigen las posibles alteraciones del ciclo.
2. Determinación del momento de la inseminación. La inseminación debe tener lugar lo más próximo posible a la ovulación (momento más fértil de la mujer). Cuando se hace en un ciclo espontáneo, para la determinación de la ovulación pueden usarse medios clínicos como la temperatura basal o las modificaciones del cuello y el moco cervical. En ciclos estimulados, la determinación del momento de la inseminación es fácil: se hace una primera inseminación a las 24 horas de la inyección de hCG y la segunda a las 49 horas.
3. Obtención y preparación del semen. El hombre debe de masturbarse depues de un periodo de abstinencia de tres días. Se recoge en un recipiente de cristal estéril y se mantiene entre 10 a 40 minutos a temperatura ambiente para que licúe.Después, se elimina el plasma seminal y se escogen los espermatozoides con buena movilidad. Para escogerlos hay varias técnicas.
4. Inseminación. El semen se deposita donde sea mejor en cada caso, ya sea en la vagina, en el canal cervical, en el útero, en las trompas de Falopio o en fondo del saco de Douglas. La vía más usada es la intrauterina. En la intracervical se usa un catéter fino para meter los espermatozoides y después se coloca un capuchón que se adapta una convexidad del exocérvix para tapar la vagina para que no se salga el semen, esto se quita a las 6-8 horas. La inseminación intrauterina se realiza con un catéter fino con el cual se meten los espermatozoides en la cavidad uterina. Si la paciente está sometida a estimulación, el catéter suele pasar fácilmente el orificio cervical interno, pero en ocasiones es necesario pinzar y traccionar del cuello o pasar previamente el histerómetro. La inyección de semen se realiza lentamente para evitar la distensión del útero y que se produzcan contracciones que puedan expulsarlo a la vagina.
5. Apoyo a la fase lútea. En los ciclos estimulados se produce grandes cantidades de E2 (hormona sexual femenina) lo que puede ser un efecto negativo para la implantación del cigoto, por lo que para paliarlo se refuerza la fase lútea administrando progesterona por vía sistémica o vaginal.
6. Diagnóstico del embarazo. El éxito de cualquier tipo de tratamiento de esterilidad se evalúa por el porcentaje de embarazos conseguidos, aunque también se hace en función de recién nacidos viables conseguidos. Los resultados globales en cuanto al número de embarazos están entre un 13 (en los casos graves de infertilidad) y un 70 por ciento (en los casos en los que no existen problemas reales). En los casos de esterilidad masculina, el porcentaje cae a entre un 9,5 y un 43 por ciento. En los casos de esterilidad por causa inmunitaria el porcentaje de éxito oscila entre un 5 y un 8,1 por ciento.

Inseminación con semen de donante

Las principales personas que se realizan este tratamiento son las parejas infertiles, parejas de mismo sexo o mujeres solteras. También ocurre en casos de que el padre pueda transmitir enfermedades hereditarias a sus hijos (como la hemofilia) o en el caso de tener una incompatibilidad Rh. Los demás puntos son los mismo que la inseminación con semen de cónyuge.

Fecundación in vitro (del latín "en cristal")

Es una técnica por la cual la fecundación de los ovocitos por los espermatozoides se realiza fuera del cuerpo de la madre. La FIV (siglas en inglés) es el principal tratamiento para la esterilidad cuando se han intentado todos los otros métodos de fecundación asistida sin tener éxito. El proceso implica el control hormonal del proceso ovulatorio, extraer uno o varios óvulos de los  ovarios maternos, para permitir que sean fecundados por espermatozoides en un medio líquido. El ovocito fecundado puede entonces ser transferido al útero de la mujer, para que se pegue en el útero y continúe su desarrollo hasta el parto.

Metodo de la fecundación in vitro

• Estimulación ovárica: Durante los días de la menstruación se le administra a la mujer hormonas para estimular el desarrollo de folículos múltiples en los ovarios.
• Extracción de ovocitos: Cuando la maduración de los folículos es adecuada, se le suministra a la mujer una inyección que provocará la ovulación después de 36 horas. Después de la 36 horas, se procede a la extracción vía transvaginal  de los  ovocitos. Se pincha la pared de vaginal y se aspiran los ovocitos que serán depositados en un termobloque que se pasa al laboratorio. En el laboratorio, se limpian (ya que la sangre de punzón es tóxica para estos) y se clasifican los ovocitos. Los ovocitos son sumamente sensibles a la temperatura, ya que si permanecen a una temperatura menor a 34 C, el huso mitótico se desploma y al formarse de nuevo afecta los cromosomas, por lo que se podrá fecundar pero saldría un embrión anormal.
• Fecundación: Una vez que los ovocitos son extraídos se lavan en el laboratorio y se preparan para la fecundación. Estos deben de permanecer por lo menos 4 horas en el incubador. Al mismo tiempo se va preparando el semen para la inseminación. El esperma y el ovocito se incuban juntos en un medio de cultivo de glucosa por 18 horas. Después de 18 horas se comprueba la fecundación, que ya deberia de haber pasado. El óvulo fecundado pasa a un medio de cultivo y se matiene durante alrededor de 48 horas hasta que alcance el estado de 6 a 8 células.
• Cultivo de embriones: Una vez el óvulo ha sido fecundado y se ha obtenido un cigoto, éste es cultivado para promover su división celular y crecimiento para dar lugar a un embrión. Este cultivo dura entre 2 y 5 días, y es muy importante que se lleve a cabo en las mejores condiciones para el embrión, ya que de ello dependerá su calidad y la tasa de implantación cuando sea transferido a un útero.

Mutación Inducida

Una mutación se define como cualquier cambio en la secuencia de un nucleótido o en la organización del ADN (genotipo) de un ser vivo, que produce una variación en las características de este y que no necesariamente es hereditario. Las mutaciones inducidas son aquellas que son provocadas por exposición a mutágenos químicos o biológicos o radiaciones.

• La radiacion: Uno de los primeros mutagénicos conocidos. Depende de tipo de radiación causan diferentes tipos de cambios genéticos. La radiación ultravioleta (UV) causa mutaciones en punto. Los rayos X pueden causar rompimientos en la doble hélice del ADN. La exposición a los rayos UV bajo el sol han sido relacionados con el cáncer de la piel. Sin embargo, las propiedades dañinas al ADN de la radiación han sido usados para varios tipos diferentes de tratamientos para el cáncer a base de la radiación (radioterapia).
• Químicos mutágenos: Se conocen de varios químicos que causan mutaciones. Estos químicos causan sus efectos al unirse con el ADN o los componentes básicos del ADN e interferir con los procesos de replicación o transcripción. Algunos ejemplos de estos mutagénicos fuertes son benzopireno (químico en el humo del cigarro) y la aflatoxina (químico en productos agrícolas).

Transgénicos u organismo genéticamente modificado (OGM)

Un OGM es un organismo que ha sido genéticamente modificado por medio de la ingeniería genética. Esto se puede realizar gracias a la inserción de uno o más genes en el genoma. Algunos de los organismos genéticamente modificados son las bacterias, la levadura, insectos, plantas y animales. Estos organismos son la fuente de los famosos alimentos transgénicos y también se producen otros bienes aparte de alimentos. Para los OGMs se utilizan varias técnicas para hacerse, tales como la inserción, mutación o deleción de genes. Cuando se insertan genes, estos suelen ser de otra especie, y se hace de forma parecida a la transferencia horizontal de la naturaleza. Para que esto ocurra los genes debe de ser transferidos de modo artificial por un virus o inyectados manualmente al núcleo con una aguja ultrafina o un canon de genes. También a veces se utilizan los lentivirus o algunas bacterias. Estas transferencias pueden darse de especies muy distintas o especies más próximas entre sí. Estas prácticas tienen un gran uso en el sector médico y de alimentos.

Usos de los OGM

• Investigacion: Mediante la inserción, mutación o deleción de genes en distintos organismos se puede investigar que hacen ciertos genes. Un ejemplo es el knock out de genes que al desactivarlos se observan los cambios que pasan en el fenotipo. También se pueden crear animales con enfermedades parecidas a las de los seres humanos para poder observarlas, estudiarlas, y crear posibles curas o tratamientos para estas.
• Tratamientos: Los OGM son utilizados para fabricar productos destinados al tratamiento médico de muchas personas. Ejemplo de esto son las antes muy costosas proteínas de la insulina, hormona de crecimiento y factor de coagulación.
• Terapia genética: Esto es algo relativamente nuevo que ya ha tenido ciertos éxitos para curar enfermedades como inmunodeficiencia combinada grave o la amaurosis congénita de Leber.  Además se encuentra en investigación para curar enfermedades que hasta hoy son incurables como   la diabetes, Parkinson o la distrofia muscular.
• Animales de compañía: Actualmente se fabrican perros y gatos modificados para no afectar a las personas alérgicas al pelaje de estos animales.
• Producción industrial: Esta  modificación permite la obtención de plantas que sintetizan ciertos materiales muy importantes para la industria, como  una papa que produce material para el papel, tejidos y adhesivos.
• Resistencia a plagas y herbicidas: Con los OGM se producen plantas que ya están acondicionadas para ser inmunes a ciertas plagas y herbicidas. Esto da un gran avance en la alimentación a nivel mundial.
• Alimentos mejorados: En algunos casos se pueden insertar genes para que sinteticen una mayor cantidad de nutrientes o nutrientes nuevos.

Clonación

La clonación es el proceso por el cual se consiguen, de forma asexual, copias iguales de un organismo, célula o molécula ya desarrollado. El primer clon fue una oveja llamada Dolly. Para que sea catalogado como un clon se necesitan cumplir varias características:

• Clonar las células, no se puede hacer un órgano o parte del "clon" si no se cuenta con las células que forman a dicho cuerpo.
• Ser parte de un organismo ya desarrollado en otras palabras que ya sea adulto, ya que hasta esta etapa se conocen sus verdaderas características.
• Que sea de forma asexual. La reproducción sexual no permite obtener copias idénticas, ya que este tipo de reproducción por ser de la naturaleza nunca dará dos copias iguales.

Existen varios tipos de clonación.

• Clonación molecular: La clonación molecular se usa en una gran variedad de experimentos biológicos y las aplicaciones prácticas van desde la toma de huellas dactilares a producción de proteínas a gran escala. Con el fin de amplificar cualquier secuencia en un organismo vivo, la secuencia que se va a clonar tiene que estar vinculada a un origen de replicación, ósea  una secuencia de ADN.
• Clonación celular: Clonar una célula consiste en formar un grupo de ellas a partir de una sola. Cuando son organismos unicelulares es más sencillo ya que solo requiere la inoculación de las células. En organismos multicelulares es más complejo, ya que requiere condiciones específicas.
• Clonación de organismos de forma natural: Esto se da cuando organismos tienen una reproducción asexual, donde no hay fertilización. En la naturaleza esto ocurre en organismos como las amebas y otros seres unicelulares, también en bacterias y hongos.
• Gemelación artificial: Esto consiste en agarrar embriones de ocho células (aprox.) y producir embriones idénticos (se podrían producir hasta 8). En la veterinaria esta práctica tiene más de treinta años. En los que se pueden preservar las razas puras y características deseadas. Pero cómo se considera una clonación está prohibido en seres humanos. Esta sería una práctica idónea en los procesos de fecundación in vitro al poder utilizarse solo un óvulo en vez de tener que utilizar varios.  
• Clonación terapéutica: La clonación terapéutica es un área que se está estudiando mucho actualmente, consiste en clonar tejidos y órganos que se pueden trasplantar y curar así enfermedades. Los diferentes avances en legislación internacional e investigación permiten la clonación de ciertos tejidos animales y humanos con fines de investigación médica. Este tipo de clonación consiste en poner un núcleo a una célula que no tiene.
• Clonación  de sustitución: Es el cuarto tipo de clonación. Es una combinación de la clonación reproductiva y la clonación terapéutica. En este tipo de clonación se produciría la clonación parcial de un tejido o una parte de un humano necesaria para realizar un trasplante.

Mapeo del genoma humano

EL mapeo del genoma humano fue un proyecto de investigación cientifica que buscaba determinar la frecuencia de pares de básicas químicas que componen el ADN y mapear aproximadamente 20.000-25.000 genes del  genoma humano. El genoma es la secuencia de ADN en un ser humano. Está dividido en 23 pares de cromosomas distintos. El genoma humano está compuesto de aproximadamente 22500 y 25000 genes distintos. Todo ser humana, a excepción de los gemelos idénticos, tiene un genoma único. Conocer la secuencia de genoma humano podría traer muchas ventajas en los estudios de la biomedicina y la genética clinica, ampliando el concimiento en enfermedades poco estudiadas, nuevas medicinas y nuevos tratamientos. Con este proyecto se pretendia averiguar la posicion de todos los nucleotidos de genoma (secuencia de de cada una de las posibles cuatro bases nitrogenadas de ADN) y el mapeo genético , que consiste en localizar los genes en cada uno de los 23 cromosomas.

Métodos de estudio de genoma humano

Existen dos técnicas de mapeo genetico principales: el ligamiento, que intenta averiguar el orden de los genes; y la cartografía física, que estudia la distancia de los genes en el interior del cromosoma. Las dos técnicas usan marcadores genéticos, que son características moleculares o físicas que se heredan, y son detectables y distintas para cada individuo. Al principio esto servia nada más para determinar características fisicas de familias muy extensas que tenian los ancestros conocidos, pero ahora se pueden detectar características más profundas creando mapas genéticos. La cartografía física es capaz de medir la distancia real entre puntos de los cromosomas. Las técnicas más avanzadas combina robótica, informática y uso de láser para calcular la distancia entre marcadores genéticos conocidos. Para conseguirlo, se fragmenta el ADN de los cromosomas humanos aleatoriamente. Luego se duplican muchas veces para estudiar en las secuencias duplicadas, la ausencia o presencia de marcas genéticas identificables. Estas regiones pueden utilizarse después para determinar el orden de las marcas en los cromosomas y su secuencia. Para obtener la secuencia real de nucleótidos hacen falta mapas físicos altamente detallados que recogen el orden de las piezas clonadas con exactitud. Actualmente existen modernos secuenciadores de ADN que duplican el ADN rápidamente para cartografiarlo.