La ingeniería genética engloba un conjunto de técnicas y métodos para modificar y transferir genes con el objetivo de manipular algunas características de un organismo. Es decir, la ingeniería genética afirma que la manipulación del ADN es posible para que los genes se manifiesten según nuestros intereses. Sin duda, esto parece sacado de un cuento de ciencia ficción, ya que juega con mutaciones, transformaciones y evoluciones que en un contexto natural tardarían miles de años en concretarse.
En ese sentido, esta disciplina tiene grandes beneficios, que van desde evitar la transmisión de enfermedades hasta ayudar a crear alimentos mucho más nutritivos. Las aplicaciones de la ingeniería genética son múltiples y tan variadas como la posibilidad de eliminar, duplicar e insertar material genético en seres vivos a través de las distintas técnicas utilizadas en la ingeniería genética. ¿Quieres saber más? ¡Conoce en este artículo cuáles son las aplicaciones de la biogenética!
Tabla de contenidos
10 aplicaciones de la ingeniería genética
1. Mejora genética de los alimentos
La ingeniería genética en la industria de la alimentación tuvo un impulso en su desarrollo en la década del 60. Para esta época, el ingeniero agrónomo chino, Yuan Longping, consiguió obtener híbridos de arroz, mejorando la alimentación en China, en un contexto donde el hambre azotaba al gigante asiático. Desde entonces ha aparecido lo que se denomina como organismos o alimentos transgénicos.
Dentro de las aplicaciones de la ingeniería genética en la alimentación se encuentra el hecho de que se pueden obtener frutas sin semillas, se aumenta su resistencia a la sequía o a condiciones desfavorables del suelo, además de que se mejora la salinidad y la resistencia a diferentes virus. Las aplicaciones de la ingeniería genética en la agricultura se centran en modificar o utilizar un gen responsable de ciertas características o beneficios e introducirlo en otro para darle esas atribuciones.
Por lo general, una planta tiene entre 20 y 30 mil genes, sin embargo, para los fines de las aplicaciones de la ingeniería genética en la producción de alimentos solo se modifican entre dos y tres genes.
Ventajas y desventajas de los alimentos transgénicos
Ahora bien, la mejora genética de los alimentos se vislumbra como una solución para erradicar el hambre, especialmente en países subdesarrollados y con altos índices de pobreza.
Del mismo modo, pueden contribuir a combatir la desnutrición, tener mejor acceso a los alimentos y acelerar los tiempos en las cosechas. Esto es totalmente beneficioso, en un escenario donde la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) sostiene que para el 2050 se debe aumentar la producción de alimentos en un 70%.
Por todos sus beneficios, existen algunos proyectos que ya están en marcha. Entre ellos destaca el arroz dorado, una alternativa al arroz convencional que incorpora vitamina A. Asimismo, a largo plazo se pueden tener cereales enriquecidos con más vitaminas y que no necesiten de fertilizantes, porque tendrán una capa de protección contra insectos y plagas.
Pero, desafortunadamente, estos alimentos transgénicos tienen una serie de retos por delante. A pesar de que por el momento se desconocen los efectos, a corto y mediano plazo en la salud humana, se cree que traerán como consecuencia la resistencia a los antibióticos y el incremento del cáncer de mama en mujeres y el cáncer de próstata en hombres.
También, un estudio demostró que las papas transgénicas reducían el ritmo de crecimiento y dañaban el sistema inmunológico de ratas sometidas a prueba en laboratorio, aunque esta investigación fue cuestionada por la aplicación de la metodología, sirvió para avivar la polémica con respecto a los presuntos peligros de la mejora genética de los alimentos y el consumo de organismos transgénicos.
2. Restaurar ambientes contaminados
Las aplicaciones de la ingeniería genética en el medio ambiente están encaminadas hacia la limpieza del mismo y a restaurar ambientes contaminados por la actividad humana. De esta manera, uno de los campos de aplicación de la genética es en microorganismos que pueden ayudar a tener mayor rapidez en la degradación de la basura, desechos tóxicos industriales y en la degradación de los derivados del petróleo.
Con respecto a la investigación de estos microorganismos, integrantes del grupo de microbiología del área de Ciencias de la Vida del Instituto Antártico Argentino (IAA), trabajan en la Antártida para hallar bacterias capaces de limpiar derrames de hidrocarburos y microorganismos que degradan los residuos plásticos arrojados al mar.
Por consiguiente, Lucas Roberto, bioquímico y doctor en biotecnología e investigador del IAA, la Universidad de Buenos Aires (UBA) y el Conicet, dijo:
Lo que hacemos es remover el suelo contaminado con hidrocarburos, medir cuánto combustible hay, cuántas bacterias hay, y le damos a esos microorganismos las condiciones para que se activen y degraden el hidrocarburo; una vez que ese proceso se completó volvemos a colocar ese suelo en el mismo lugar del que lo habíamos retirado.
Beneficios de las plantas transgénicas
Por otro lado, existe una práctica conocida como fitorremediación, que consiste en el uso de plantas transgénicas para eliminar la contaminación de los suelos y aguas superficiales. Estas plantas mediante la fotosíntesis extraen sustancias químicas del suelo, la depositan en su parte aérea donde son convertidas en sustancias menos tóxicas o en gases no tóxicos que son, finalmente, liberados al ambiente.
Para que la fitorremediación sea efectiva, se necesita que la planta sea tolerante a agentes contaminantes, pueda absorber grandes cantidades de agua del suelo y que pueda acumular y degradar contaminantes en su biomasa. Ensayos experimentales con plantas transgénicas han demostrado que pueden remediar contaminantes del suelo como plomo, cadmio, zinc, mercurio y arsénico.
Este tipo de planta se convertirá en pieza clave para eliminar compuestos explosivos que afectan los recursos hídricos y grandes superficies de tierra. De hecho, ya existen plantas de tabaco con un gen bacteriano que expresa una enzima nitrorreductasa que les permite tolerar y degradar altos niveles de TNT.
3. Creación de nuevos medicamentos
La industria farmacéutica también emplea la biogenética para la creación de nuevos medicamentos. ¿Cómo funciona? Básicamente, lo que se hace es introducir un gen en un organismo hospedador fácil de cultivar (una bacteria, por ejemplo). Cuando este proceso finaliza, el organismo pasa a ser conocido como organismo genéticamente modificado y la proteína obtenida se denomina proteína recombinante.
Una de las aplicaciones de la ingeniería genética en la industria farmacéutica más populares es el caso de la insulina. Fue aprobada en 1982 para el tratamiento de personas con diabetes mellitus. Para esa fecha, la insulina era conseguida en el páncreas de cerdos y vacas. Pero luego de este hecho, varios laboratorios han logrado producir insulina humana tanto a partir de bacterias como a partir de levaduras (transgénicas). Este proceso es mucho más seguro y sin riesgos para la salud humana.
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Otro ejemplo de aplicaciones de la ingeniería genética en la farmacéutica se encuentra en el Interferón, que combate enfermedades víricas producidas por el cáncer, y es conocido como la primera sustancia elaborada por transgénicos. Asimismo, la ingeniería genética y sus aplicaciones en la farmacéutica se extienden hasta el desarrollo de hormonas del crecimiento y factores de coagulación, que utilizan la clonación de genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos.
4. Terapia génica
Las aplicaciones de la ingeniería genética en la medicina se conocen como terapia génica. Se trata de un proceso donde se aíslan genes saludables y se insertan en personas que presentan enfermedades causadas por malformaciones genéticas. Esta es de las aplicaciones de la genética en la actualidad más prometedoras y cuyos esfuerzos están siendo exhaustivos.
En ese sentido, el progreso médico más favorecedor es el CRISPR/Cas9. Al respecto, el director de la Cátedra Interuniversitaria sobre Derecho y Genoma Humano organizada por la Universidad del País Vasco (UPV) y la Universidad de Deusto, Carlos María Romeo Casabona, explica:
Hasta ahora este procedimiento solo se utilizaba para la creación de nuevas cepas (microorganismos), variedades (plantas) y razas (animales), consiguiendo productos más eficientes, pero la terapia quiere trasladarse a los seres humanos. En este caso, consistiría en cortar trozos de genes e intentar reinsertarlos donde hay otros que funcionan mal.
Lo preocupante de esta técnica como una de las aplicaciones de la ingeniería genética en la salud es que aún no ha sido probada en humanos. Pero, para lograr resultados concluyentes en los próximos años, los científicos están estudiando el genoma humano para tener más información sobre él.
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Por otro lado, la modificación del ADN o edición de genomas abre un abanico de posibilidades para cambiar o suplantar las funciones de los genes tanto en embriones como en personas ya nacidas. No obstante, hay inconvenientes: manipular embriones es penalizado en la gran mayoría de los países, mientras que esta edición de genomas en personas nacidas tiene efectos adversos a largo plazo.
Además:
Otras posibles aplicaciones en medicina
Con la ingeniería genética también se cree que se alcance la clonación, aunque en este caso se iría un paso más allá. No se trata de solo modificar genes, sino de cambiar todo un genoma por otro. Asimismo, la biogenética en medicina va a permitir conocer las capacidades cognitivas y el aspecto físico de los niños antes de nacer así como mejorar el rendimiento físico y mental de las personas.
Otro de los ejemplos de aplicaciones de la ingeniería genética en la medicina se encuentra en una terapia para combatir el VIH o Virus de la Inmunodeficiencia Humana. Un grupo de investigadores halló una terapia génica cuyo propósito es eliminar por completo el genoma de VIH en las células infectadas.
Esta terapia tuvo como resultado una reducción considerable en la capacidad de las células CD4 de ser infectadas por VIH. Este hito es algo bastante esperanzador, sin embargo, los investigadores reiteran que no se consiguió eliminar el genoma de VIH de todas las células infectadas. Pese a eso, se considera que la ingeniería genética puede ayudar en el tratamiento del VIH/Sida.
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5. Obtención de animales transgénicos
Las aplicaciones de la ingeniería genética en animales tuvo inicio en el año 1980 en un ratón. Un par de años más tarde, los investigadores introdujeron en ratones el gen de la hormona de crecimiento de ratas. Con esto, se tuvo como resultado que los ratones crecieron más rápido y en mayor medida que los ratones naturales. Desde entonces, estos ratos transgénicos han servido de modelos experimentales para entender las bases de muchas enfermedades que afectan al hombre.
En la actualidad, la modificación genética en animales tiene el propósito de producir moléculas de interés industrial; ayudar en la identificación, aislamiento y caracterización de genes para la expresión génica; mejorar el ganado; generar los modelos de enfermedades que afectan al hombre y servir como fuente de tejidos y órganos para trasplantes en humanos.
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Biogenética en la ganadería
En el caso de las aplicaciones de la ingeniería genética en ganadería, son bastante extensas. De esta forma, van desde la creación de pollos transgénicos que no transmitan gripe aviar y que, al mismo tiempo, evite el riesgo de contagio en humanos como sucedió con la gripe H1N1. Así mismo, está en fase experimental las vacas transgénicas que producen leche con mayor caseína. Lo que puede ser crucial para mejorar el rendimiento y la productividad en la fabricación de quesos. Estas vacas transgénicas también son menos propensas a sufrir enfermedades como las mastitis.
Otra de las aplicaciones de la genética en animales transgénicos se halla en los salmones que están alcanzando la adultez en menor tiempo. Estos peces ya están siendo comercializados en Estados Unidos y Canadá.
Por su parte, mediante la manipulación genética, científicos pretenden ayudar a los corales de Florida, Estados Unidos, a adaptarse a los cambios climáticos. Los corales están muriendo a un ritmo alarmante, por lo que hay que buscar soluciones que eviten la extinción de estos animales. Es por ello que este grupo de científicos obtuvo el apoyo de la Organización No Gubernamental Revive and Restore, quien considera que la manipulación genética es una buena herramienta para conservar las especies vegetales y animales en peligro de extinción.
6. Realización de procesos u obtención de productos en la industria
Los beneficios de la ingeniería genética en la industria están relacionados con la realización de procesos o productos específicos. De esta manera, mediante microorganismos modificados o recombinantes se puede obtener sustancias para la creación de poliéster. Este, posteriormente, va a ser ser empleado para la confección de telas. Asimismo, las aplicaciones de la ingeniería genética en las industrias se utilizarán para producir enzimas que servirán para realizar detergentes y soluciones líquidas para lentes de contacto.
De igual forma, en la industria vinícola también encontramos otras aplicaciones de la manipulación genética. Este sector se ha transformado, mediante un proceso perfectamente controlado a través de modernas técnicas de bioingeniería. De este modo, se ha reducido la acidez del vino y se le ha dado un sabor adecuado. Así, con distintos tipos de manipulación genética se han podido crear bacterias y modificar levaduras transgénicas que produzcan el vino eficientemente, lo que ha provocado que el vino californiano aumente su calidad, en comparación con otros vinos.
Otros de los ejemplos de ingeniería genética los encontramos en la industria del azúcar y edulcorantes. En atención a esto, se han descubierto proteínas como la taumatina y la monelina, que tienen un poder 5000 y 2000 veces superior al azúcar, respectivamente. Los estudios acerca de estas proteínas se remontan a la década de los 80, cuando se logró la clonación en E. coli de los genes que codifican para la taumatina y sus precursores. Pero, finalmente, esto no pudo ser aplicado a escala industrial. Ahora, el gen de la taumatina fue transferido a plantas de tabaco, como fase inicial, con la finalidad de realizar la misma operación en otras plantas más adecuadas para la producción del edulcorante.
7. Entender y mejorar los genes humanos
La edición o modificación genética humana podrá utilizarse para entender las funciones de los genes humanos. Este proceso puede ser utilizado en dos tipos de células; las somáticas y las germinales. Las primeras tienen la particularidad de que los cambios genéticos efectuados permanecen en el organismo o célula en el que ocurrió y no se transmiten a los descendientes. En el caso de las células germinales, si la edición genética tuviera consecuencias negativas, afectarían a los descendientes.
Otro de los ejemplos de manipulación genética está en la posible aplicación de la biogenética para curar enfermedades hereditarias causadas por mutaciones en un solo gen. De hecho, actualmente expertos en todo el mundo están trabajando en desarrollar tratamientos efectivos para la enfermedad neurodegenerativa de Huntington. La modificación genética humana, de la misma forma, se va a emplear para tratar enfermedades hereditarias para las que no hay tratamientos aún.
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8. Investigación antropológica
La ingeniería genética va a ser empleada en la investigación antropológica. ¿Cómo es esto posible? Pues bien, se cree que estas técnicas permitirán identificar individuos de culturas antiguas así como determinar tipos y clases de migración. Víctor Acuña Alonzo, investigador titular del Instituto Nacional de Antropología e Historia (INAH), adscrito a la licenciatura en antropología física de la Escuela Nacional de Antropología e Historia (ENAH), afirma que se han dado pasos en ese sentido, aunque reconoce que todavía falta un gran recorrido para alcanzar el verdadero potencial.
Acuña, en una entrevista con Cienciamx, sostuvo:
Nuestras líneas de investigación más relevantes son la evolución humana, procesos migratorios como el poblamiento de América y procesos demográficos más recientes desde las épocas prehispánica y colonial hasta el presente.
Además, añadió:
Por ejemplo, hemos estudiado la variación genética en el ADN mitocondrial de la población indígena, con el objetivo de entender la historia de esas poblaciones, cómo se diferencian unas de otras y por ejemplo, si la diferenciación genética en la población indígena de México, tiene una correspondencia con las clasificaciones lingüísticas existentes en la literatura.
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9. Investigación forense
En la investigación forense se cree que se tendrá una de las aplicaciones más importantes de la ingeniería genética. En ese sentido, la gerente del laboratorio de Identificación Genética de GENOMICA S.A.U (Grupo Zeltia), Amaya Gorostiza, durante un encuentro organizado por Promega Biotech Ibérica, explica que cada día existen más instrumentos y técnicas capaces de detectar con mayor precisión el ADN de los individuos.
A partir de muestras de sangre, cabello, saliva o semen la ciencia forense identifica con exactitud en pocas horas a sospechosos de crímenes. Esto se debe a que el ADN es único e irrepetible en cada ser humano y con las técnicas de análisis genético adecuado se puede detectar la huella digital microcelular.
Además, la ingeniería genética está impulsando la existencia de líneas de investigación destinadas al descubrimiento de nuevos métodos que permitan monitorizar elevados volúmenes de información genética en paralelo. Dentro de los futuros avances están los biochips o microarrays, que permiten generar información en muy poco espacio.
Estos biochips tienen ventajas como las siguientes: permiten unir las cadenas de ADN a la superficie del cristal; tiene una baja fluorescencia que evita ruidos de fondo y aguanta altas temperaturas y lavados de elevada fuerza iónica. De igual manera, las aplicaciones de estos biochips se extienden hasta la monitorización de expresión génica, para la medicina preventiva, permitirán el estudio de todos los posibles polimorfismos y la detección de mutaciones en genes complejos.
10. Producción de energía eléctrica
En 1910 se descubrió que algunas bacterias son capaces de generar corrientes eléctricas. Pero ahora lo que se busca es emplearlas en celdas microbianas de combustible, que son dispositivos que convierten la energía química en electricidad. Para esta misión se utilizaría la Geobacter sulfurreducens, una bacteria muy abundante en los sedimentos acuáticos.
Estas bacterias anaeróbicas tienen la característica de que son capaces de transferir los electrones a numerosos metales. Asimismo, producen de manera natural unos filamentos muy delgados que a manera de nanocables se utilizan como conductores de electricidad. Estos filamentos ayudarían a transferir los electrones a los electrodos.
¿Cómo se da la producción de electricidad por medio de estas bacterias? Naturalmente, ellas tienen el aceptor de electrones fuera de la célula, así que, si se cultivan en una pila, producen corriente eléctrica. O, al menos, eso es lo que en teoría se cree.
Por lo anterior, es que se está estudiando la factibilidad de producir esta energía eléctrica. A cargo de esto, se halla actualmente un grupo de expertos del Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis del Instituto de Biotecnología de la UNAM. Ellos usan la ingeniería genética para generar mutantes que puedan emplearse en las celdas microbianas y en la bioremediación de metales tóxicos para el ambiente.
Si tienen éxito, van a lograr regular los procesos de transferencia de electrones con el fin de incrementar la generación de electricidad y la reducción de metales pesados. Por su parte, con las celdas microbianas de combustible se tiene el beneficio de que no necesitan mantenimiento constante, lo que va a permitir elaborar una estrategia para la producción de bioelectricidad en sitios aislados o remotos.
Palabras finales
¿Cuáles son las aplicaciones de la ingeniería genética? ¡Muy variadas, como hemos podido ver en este artículo! Aunque la biogenética tenga muchos detractores, sobre todo cuando se habla de la posibilidad de experimentar con embriones, es innegable que sus usos serán un agente transformador de otras ciencias y disciplinas.
Esperamos que en los próximos años se puedan ver nuevas maneras de aplicación y que, en resumen, sea un cambio favorable como sociedad y especie. ¿Cuál es tu opinión acerca de la ingeniería genética? ¡Déjanos un comentario!
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